自动化技术对矿山运营行业的影响

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乔恩·劳森(Jon Lawson)报告了矿山车辆自动化的最新发展。完全自动化的装载和运输部门可以为矿山运营商提供巨大的优势,既可以节省成本,又可以提高安全性和排放量。


自动化技术对矿山运营行业的影响

HX2原型

自动化技术对矿山运营行业的影响

物体检测传感器


沃尔沃建筑设备公司正在这里大力投资新技术,并于去年在瑞典哥德堡附近的Skanska的Vikan Kross水泥采石场成功完成了一个项目。沃尔沃的新兴技术经理UlrichFaß解释了从中学到的东西:“让客户早日参加测试概念非常有益。与选定的客户一起查看可行方案的“概念实验室”构想与过去的机器开发方法大不相同。仅开发产品,然后向客户展示很晚的产品将无法适应我们今天瞬息万变的变化。这是一个反复的过程,我们需要客户的定期反馈,以保持开发快速朝正确的方向发展。”


快速发展到今天,Eskilstuna与Telia和Ericsson正在进行一个项目,最初的设计已移交给产品开发团队,以确定如何将到目前为止所学到的知识商业化。


HX2机器


研究的核心机器是HX2。Faß解释说:“ HX2是概念的证明–我们所学到的很多东西将来都会用于商业产品。我们需要简化,所以我们不仅要使用最新的技术,还希望开始使用更广泛,更便宜的商业技术。汽车行业的自主研究将有助于使零部件的价格更便宜。”


在自主性方面,建筑和采矿业一直是汽车行业的最前沿,越野设备在某些领域处于领先地位,并受益于汽车和卡车行业的规模经济。矿山和建筑工地不是公共空间的一部分-他们已经使用这些传感器很多年了,以适应周围环境-因此,我们的行业比乘用车更早地看到半自动和自动机器。也就是说,与汽车相比,变量相对简单。但是进步是非常迅速的。多年前,它是单层激光雷达-现在是64层。


传感器技术是成功实现自动化的关键。Faß确认:“传感器和计算机是机器的心脏。为了确保人身安全,需要激光雷达,雷达以及配有摄像头和GPS的超声波。当人类不在身边时,我们可以减少使用这些传感器。由于电力站点是一个狭窄的区域,访问受限,因此我们减少了HX2的雷达和雷达的传感器数量。”


自动化安全


安全始终是研究的重中之重。Faß说:“我们可以在这里做很多事情。我们正在努力实现未来的零事故。我们正在与保险公司和最终用户进行大量研究,以获取有关造成事故的适当统计信息。自动化最终将使我们在整个转变过程中享有全面意识的自由。例如,操作振动机,不会让操作员感到疲劳和粗心。这建立了信任。”


无人地雷是未来吗?


我们的目标是让人们完全脱离现实,沃尔沃的客户已经在谈论完全无人的地下矿井,一天有一天将每年365天全天候运行24/7。


沃尔沃确实在推动这项研究的极限。Faß说:“我们正在尽一切可能的努力-当然-我们将永远做到。今天有100百万像素的摄像头,而且质量很高。价格是一个问题;他们太昂贵了。遗憾的是,数据压缩还不够好。原始数据传输也不够好。我们需要改进,但这正在发生。”


那么下一步是什么?Faß认为,随着高动态范围(HDR)技术的兴起,分辨率将会提高。“当我们现在谈论视觉时,我们谈论的是带有无缝传感器的RGB相机。HDR提供了捕获多个帧并将其合并在一起的功能。它模仿了眼睛看到事物的方式–普通相机无法做到这一点。HDR现在是手机的标准配置,我们需要使用它。并将激光雷达与RGB数据融合在一起–我们希望制造商在此方面发挥带头作用。


此外,我们还需要考虑更广泛的环境,因此固定式摄像机和基于无人机的摄像机将非常有用。不要仅仅依靠机器中的东西,而是在机器外部构建静态相机和移动相机。由于具有这种外部视野,因此能够在拐角处看到图像。别忘了红外线,夜视现在几乎和日视一样好。分辨率和价格分别上升和下降,太神奇了。


沃尔沃正在学习的HX2项目之美在于如何适应不同环境中的障碍物。Faß认为:“因此,对于采矿来说,当在地下是严酷的,转弯狭窄,空间狭窄,而且经常潮湿而黑暗。在采石场的地面上,您会遇到雪,雨,灰尘和高海拔地区的问题。也有对速度的渴望。”


如果扩大这一范围,我们可以学习有关在其他环境中需要做什么的经验教训,因此在林业中我们需要准确的定位,而在农业中则需要滑行,并且需要避免收成过高。趋势是在机队中使用较小的机器,这将提供更多的冗余并且更易于处理。


解释数据


所有这些传感器数据都需要解释。TorbjörnMartinsson是瑞典沃尔沃新兴技术团队的一名研究工程师。在处理能力方面,他说:“机器学习非常流行,并且对资源的需求很高-数百万亿次每秒。这进展很快。现在有100 teraflops可用,而且价格实惠。硅制造商将在几年(神经形态加工)中拥有哺乳动物的思维能力。”


那么,将大脑置于机上还是单独行动,并由网格连接,哪个更好呢?Martinsson指出:“ 5G和网络使我们有可能基于网格而不是基于板载。但是,对于功能安全性而言,它太脆弱了,无法保证100%的安全性。因此,混合将非常重要。我们希望网格共享数据,但是如果网格出现故障,则板载安全性对于冗余来说至关重要。将来我们可能会对此改变看法。”


“ 5G似乎是我们需要的技术,研究表明这已经足够了,瑞典在这方面处于领先地位。它提供了非常小的延迟,数据移动迅速。数据需要以正确的顺序到达并且稳定,快速和可预测,这对于远程控制至关重要。


WLAN应该是5G的一个很好的选择。TSN是一种通讯技术,这看起来非常有趣。TSN I(对时间敏感的网络)意味着您确切地知道何时要花费几微秒的时间来获取数据。有几种有趣的可能性,目前正在研究中。”


AI在哪里适合?


马丁森说:“从简单的驾驶员控制器到像人类智能(我该如何做?)到最复杂的行为,这是一个非常广泛的领域。从非常简单到打击大数据,我们将在多个级别上使用AI。机器学习是AI的一部分-更大了。


“我们已经证明,我们可以拥有一台自动挖掘的自主机器,并学习如何做得更好。强化学习将成为重要的因素,但是我们需要确保它是安全的。您需要软件来了解它是否做得很好。现在还不成熟。我们需要定义“好”的外观。”


电气化至关重要


Martinsson认为电气化对于自动化的增长至关重要。“电动驱动器更有利于自治,因为运动部件更少。整个行业对Powerpack的固态技术都有兴趣。我们正在调查这个。这是有希望的,但还很早。通过充电,它可以快速移动,并且通过再生,可以更容易地通过自主方式进行优化-对人来说则更加困难,并且因为我们不想打扰操作员的工作。自主机器不在乎。


“维护也更容易。自动化的机器知道它做了什么,它是如何完成的,它必须做什么,并且维护是可预测的。人类以不确定的方式使用机器:机器可预测地使用机器。”


卡特彼勒参与自主研究


卡特彼勒(Caterpillar)从事自治研究已有数十年。采矿技术首席工程师Michael Murphy是卡特彼勒(Caterpillar)最初团队的成员,该团队开发了自动采矿车,他提供了一个简短的历史课程:“我们30年前开始与卡内基梅隆大学合作,致力于GPS的开发,筑路机–当天空中只有很少的卫星时。我们知道,这项技术将是开发自主机器功能的关键。实际上,我们在23年前的MINExpo上于1996年展示了我们在Terrain产品上首次使用高精度GPS。我们还向MINExpo 1996现场直播了在图森试验场运行的自动驾驶卡车。


“然而,当时采矿业还没有为自动机器做好准备,该技术需要进一步发展。1998年,我们开始致力于创建自治所需的构件-核心技术。我们推出了Terrain,以为采矿操作员提供有关铲,钻,轮式装载机和推土机的生产率信息。而且,我们继续使用Cat VIMS(一种实现自主性的重要组成部分)在外部监控机器的运行状况。在没有操作员的情况下,我们需要能够远程监控和了解机器出现的任何问题。”


DARPA(国防高级研究计划局)挑战赛为自主性的发展提供了一个新的台阶。“我们与卡内基梅隆大学合作,赞助了屡获殊荣的'Boss',这是一款自主的雪佛兰Tahoe,在2007年DARPA城市挑战赛上获得了第一名,” Murphy说。“我们是第一家利用DARPA Challenges技术的公司。从那以后,我们相信我们的机器行驶的里程是任何汽车公司的自动驾驶汽车的两倍。”


该公司的记录确实令人印象深刻。目前,有超过225辆自动驾驶卡车在运营,它们完成了超过15亿吨的运输,超过了5,000万公里,受伤时间损失为零。


MineStar Solutions的Surface Autonomy商业经理Gary Cook详细介绍了这项技术,他说:“这些卡车具有与自动驾驶汽车类似的技术堆栈,但在更严酷的环境中具有耐用性并带有附加的安全系统。


“我们的主要优势是我们使用旋转激光雷达来检测物体。使用激光雷达就像驾驶带有远光灯的汽车一样,在这种情况下,您可以获得更好的视野,可以安全,有信心地以更高的速度行驶。这种强大的感知技术使我们能够在条件允许的情况下以最高速度驾驶卡车。”


卡特彼勒使用多个定位系统(GNSS和惯性测量单元)以确保准确性。如果卫星信号丢失,自动驾驶卡车可以继续短时间运行。


该公司的理念是拥有Cook所称的“先进的处理能力和决策能力,从而可以在船上做出更多决策。” 云计算可处理非时间敏感的非关键分析,并且可以在系统中跟踪事件时在外部进行更深入的分析。


该公司已经在地下运营了15年。库克认为,提高生产率在自主地下作业中更为普遍。“机械生产率更高,隧道导航的准确性得到提高,并且由于与驱动器壁接触而造成的损坏而缩短了停机时间。结合了自动化的矿井,地下人员更少,生产率更高。无需工人疏散爆破或往返地面。


现实世界中的自动化


该计划是将从自治中学到的知识带入有人驾驶的机器中。避免碰撞方面的工作就是一个例子。“避免碰撞是一种新兴技术,” Cook说。“在条件允许时防止机器运动是关键特性。”


Cook指出:“过去20多年来,我们一直在利用通信技术方面的改进。我们认为5G是一种非常适合拥挤的城市环境的技术。它将在需要大量数据传输的消费类城市和大城市环境中得到广泛使用,但由于传输距离短,因此这不一定适合露天矿和露天采矿。随着技术的发展,我们将继续监视如何利用它来改进解决方案。”


在后台,Cat在设计和制造机器及其相关技术中使用VR / AR技术已有10多年的历史了。硬件在环测试和软件在环测试可实现更高效的产品开发过程。


Cook解释说:“我们使用从测试中获得的知识来应用于新模型。从仿真开始,我们拥有将系统安装在小型设备和汽车上的设施,以便进行早期现场测试。接下来,我们将系统安装在试验场上的实际设备上,并在运行两次班次的采矿环境中进行测试。所有这些都是在我们将其安装到客户现场之前发生的。”


半自动车的争论


除了纯粹的自动驾驶产品外,该公司还对将这项新技术用于半自动和正常驾驶车辆感兴趣。Cook继续说道:“我们为推土机提供了多种选择,从远程控制到半自动操作,其中一个操作员可以控制四到五台机器。同样,允许操作员在安全的环境中远程操作机器是关键。半自治系统由于视频而需要额外的通信带宽,但可以用作最大化推土机推入操作的理想解决方案。


“这取决于客户要解决的问题。机器恢复,不稳定的立足点,剧烈的撕裂,失火,堆放,工作台滑梯和陡坡都是远程推土机操作的理想操作。如果客户试图消除过程可变性,那么自治可能就是答案。”


为了帮助驾驶员,Cat采用了疲劳检测技术,该技术可通过监控眼睛闭合的持续时间和头部姿势来发挥作用。


JCB采取了“使用技术帮助驾驶员”的途径,而不是自治,并且刚刚宣布扩大其正常运行时间中心计划,并在新加坡开设了最新办事处,以覆盖东南亚地区。使用LiveLink监视收集数据,并使用预测算法检查是否可能发生即将发生的维护问题。此外,该公司还为操作员创建了一个新的应用程序,以执行诸如使启动前机器检查过程电子化以及允许操作员发表评论等任务。车主可以更轻松地访问空闲时间和油耗等数据。


因此,随着技术的不断发展,运营商可以期待逐步的改进,从而实现更安全,更清洁的矿山。



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