小松豪赌自动化无人驾驶在矿区能翻出怎样的浪花

　　|智慧矿山 |  SMART MINE
　　提及日本，匠人精神几乎是无人不知无人不晓的特质，这一点也在小松（Komatsu）身上得到了充分体现。研究这个行业的人都知道，如果说卡特彼勒坐上了无人驾驶矿卡领域的头把交椅，那么小松便是对其威胁性最大的企业。
　　来自日本的小松创建于1921年，今年是小松成立的第100个年头。依靠品质第一的理念，小松在矿山机械领域站稳了脚跟。但创新，一直也是小松所看重的，经历百年经营，小松创新的脚步从未停止。
　　上世纪末，随着技术的不断变革，小松研发的自动运输系统——AHS便有了雏形，小松也成为全球较早尝到自动运输系统甜头的企业之一。截至2020年底，小松共有221辆装备了AHS的车辆在全球部署。但这并不是小松的终局，小松最终希望实现的，是整个施工现场的智能化。
　　01
　　构建AHS的商业帝国
　　2005年
　　小松在智利的铜矿进行自动运输系统试验。通过传感器、控制器和通讯组件等设备，小松实现了矿车在一些控制指令之下进行自动行驶。
　　2008 年
　　小松的自动驾驶矿用车首次在智利的铜矿实现了商业化部署。这一年，成为小松历史上值得记录的一年。从此之后，小松在无人驾驶领域的道路越走越远，成为全球无人驾驶矿卡领域的领头羊。
　　2017年9月
　　为了进一步拓展自动运输系统的价值，在澳洲矿业巨头力拓(Rio Tinto)现有的矿区，小松成功完成了标准型自卸卡车加装自动运输系统套件的试运行。这套安装于小松220吨级830E型电驱动标准型自卸卡车上的改装配件，能够使卡车在自动驾驶的模式下运行。
　　日前
　　已经实现自动驾驶矿用卡车商业化部署的小松又有了新动作。据报道，小松计划在巴西的卡拉加斯矿山增加37台930E无人驾驶矿车。这是小松在全球四个国家的10个矿山部署AHS业务的又一动作，也是其在南美市场的进一步拓展。
　　在3年前的2018年，小松的AHS投入商业运行整整十年，当时，共有超过100台无人驾驶自卸卡车在澳大利亚、北美洲和南美州运行。然而，仅仅在三年后（截至2020年3月31日），小松在其2020年财报中公布，小松共有221辆装备了AHS的车辆在全球部署。小松矿业事业部市场部总经理黑川俊夫曾表示，＂我们的矿业客户在向自主运输过渡的技术和设备上的持续投资，凸显了该系统所提供的价值。＂
　　所谓AHS，即小松的自动运输系统，是一个综合性的矿山车队管理系统，2008年首次在智利铜矿实现商业化部署。小松全球业务发展总监Brian Yureskes曾经表示，自动化系统中有一系列技术和设备，包括有人驾驶车辆、计算机辅助有人驾驶车辆、远程控制车辆，以及完全由人工智能操控的车辆。
　　另据公开信息，在一些引入AHS的矿区，小松也在通过开设培训课程等方式，为工作人员提供操作和养护培训，以便让AHS系统真正有效运转起来。
　　放眼全球，美国的卡特彼勒、日本的小松把控着全球主要的无人驾驶矿卡市场，其中的澳大利亚成为无人矿卡的＂试验田＂，并在首次引入无人矿卡之后一步步深入与卡特彼勒和小松的合作。而在国内，2019年被称为矿区无人化元年，2020年八部委联合印发《关于推进煤矿智能化发展的指导意见》，鼓励智慧矿山与矿区无人化发展。
　　在政策引导与市场需求下，国内也出现了诸多优秀案例，比如在准能集团露天煤矿自卸车无人驾驶系统  中，以准能集团智能化建设方针为指引，2020年8月，航天重工与慧拓共同完成了对小松290吨级无人驾驶矿卡的改造，而双方目前正在积极研发的363吨无人驾驶矿卡项目，不仅有望进一步打破之前创造的最大矿卡项目记录，也将成为我国完全自主创新的全球最大载重无人驾驶矿用卡车，从解决＂卡脖子＂难题，到产品填补国内外市场空白。当下，以小松和卡特彼勒烧起的矿区无人化这把火，也正在国内市场熊熊燃烧，俨然燎原之势。
　　准能集团露天煤矿自卸车无人驾驶系统 中国煤炭网《准能集团无人驾驶卡车混编运行全面开启》
　　02
　　自动运输搞定一切
　　据介绍，AHS由装备了高精度定位能力GPS系统的车队监测中心管理，为每辆车指定运输目的地，车辆通过接收无线指令以合适的速度按照目标路线运行，卡车由GPS、控制中心无线指令(信息)和其它导引装置来确定车辆在矿山的准确坐标以及周围的情况，使得自卸车能在无人操作的情况下实现复杂的装载、运输和卸载循环的自动运行。
　　根据公开信息，AHS具备有人驾驶卡车和自动化卡车协同工作的能力，依靠FrontRunner和Dispatch量大系统来实现。其中，FrontRunner负责车辆操作和导航，Dispatch负责车队管理、位置跟踪和生产力优化，二者相结合从而实现效益的最大化，被喻为左脑和右脑。
　　使用FrontRunner实现自动化需要在卡车驾驶室座椅后方安装一个控制箱，还有用于Wi-Fi和LTE连接的无线天线、GPS定位的一组陀螺仪、雷达、激光器。使用FrontRunner进行卡车操作和交通控制，常常会遇到以下几个场景：自动卡车交互、有人驾驶车辆交互、防撞探测系统(CDS)、障碍探测系统(ODS)、紧急停车按钮(ESB)。简言之，FrontRunner能够安全地操作每一辆自动化卡车，同时还要跟踪它们以及该区域内全部有人驾驶车辆的位置，避免发生碰撞等事故。
　　Photo by Dominik Vanyi on Unsplash
　　以有人驾驶车辆交互为例，一辆无人驾驶车辆和有人驾驶车辆交互时，FrontRunner对这两种车辆进行跟踪、并掌握它们的行驶、会车和停车等运行状况，系统根据此信息和有人驾驶车辆的位置进行自动操作和交互管理。
　　而Dispatch通过使用定制的硬件和软件，可优化卡车在装载点和卸载点的任务分配，能生成操作员报告。在当时，这一技术备受市场关注，亦是小松引领自动化市场的一个强力佐证。
　　同时，在AHS的运营中，中央控制中心通常有2名操作人员，监测着几个显示屏并不断同采坑内人员通信联络。据悉，当一座矿山卸载点和开采位置在AHS系统中全部建立并完成定位后，一名训练有素的操作人员通常可以运行最多达30辆卡车。这便是自动化所展现出的提高效率的证明。
　　这种经过精密计算的系统，不仅有效的提高了运营效率，同时也可延长工作时间、减少人工成本。另一方面，优化的自动控制系统减少了车辆的突然加速或紧急转向，使得轮胎使用寿命同比提高40%。业内数据显示，与传统的运输方式相比，自动运输系统可降低15%以上的装卸成本。更值得关注的是，精密的计算帮助系统制定了完美的运行方案，大大提高了作业安全。
　　而在国内，作业安全也是矿区企业首要关心的问题，尤其是在某些地区，特殊的自然环境对矿区安全作业造成了进一步挑战，而矿区无人化则有望从根本上解决这一问题。2020年5月，神宝能源联合航天重工与慧拓智能启动极寒型复杂气候环境露天矿无人驾驶卡车编组安全示范工程项目，最终形成一套完整的露天矿无人运输作业系统，目前该项目正在平稳试运行中。项目完成后，对极端环境的克服，不仅仅是对行业技术创新的突破，也意味着无人运输作业系统在一般环境中的普适性，这将带来规模化商业应用的巨大潜力。
　　世界首个极寒工况5G+无人驾驶卡车编组 腾讯网《航天重工破解＂卡脖子＂难题 鄂产超级矿车终结国外垄断》
　　03
　　智能施工才是终极目标
　　自动化并不仅限于AHS，整个矿区的互联网化才能最终推动智能矿山的形成。基于智能化的目标，小松还有另一套系统备受瞩目——设备运行管理系统-KOMTRAX，负责远程监控。
　　据介绍，当设备连接上挖掘机以后，便可通过GPS卫星定位挖掘机设备的位置，回传挖掘机实时的使用工况和挖掘机维修保养时间到设备管理人员的手机上。设备管理者只需要查看手机就能了解自己设备的使用情况。
　　挖机自动化，KOMATSU REPORT 2020
　　小松还推出了另一款系统——KOMTRAX plus，该系统是小松专门针对大型装备(如矿山卡车)开发的远程监控系统，通过远程位置的卫星信号，反馈挖掘机的健康情况，挖掘机工厂通过分析设备的维修记录尽可能的预判挖掘机将会出现的故障，降低维修成本。
　　此外，小松采用美国Skycatch无人机对现场进行航拍测量，无人机将配备立体摄像头和三维激光扫描仪，对施工区域进行扫描从而获得相关三维数据，然后在电脑上绘制3D立体图像。数据搜集完成后，将会被上传到小松云（KomConnect），用户可以在小松云系统中对现场的三维数据与施工图数据进行对比，计算出实际施工过程中需要进行的挖土、填土等施工土方量。同时，在小松云中可以对工期、成本等综合条件进行对比，对施工计划进行模拟，选择最佳方案。
　　Photo by Vladimir Patkachakov on Unsplash
　　小松也在积极与第三方的测量行业如拓普康进行合作，开发专门的测量及设备管理软件和算法。通过这套软件，可以方便地上传设计图纸，下载工作数据，发送消息，以及使用设备监控和远程诊断等功能。
　　不论是AHS还是KOMTRAX，抑或是无人机航拍和研发专门的测量软件，都在构筑小松智能施工（Smart Construction）解决方案的大局。
　　2015年，小松开始在日本为建设施工现场提供的＂智能施工(SMART CONSTRUCTION)＂，即通过采用无人机对施工现场进行3维测量等手段来积极推进现场施工过程的数字化。而在未来，小松将在全球范围内积极推进＂智能施工＂的应用，不仅提供高品质、高可靠性的产品，同时也提供服务和全面的解决方案。
　　小松商业模式，KOMATSU REPORT 2020
　　作为能源领域智能化的代表，小松的AHS业务势头正盛。在疫情的影响之下，无人驾驶所体现的＂少人则安，无人则安＂的优势被进一步放大。小松总裁兼CEO小川啓之(Hiroyuki Ogawa)表示，在客户的工作场所方面，有必要采取一定措施避免拥挤、封闭的空间和亲密互动。＂为迅速满足这些需求，未来小松将加快在建筑设备领域的＂智能建设数字化转型＂和自动化解决方案的交付，继续在采矿设备领域提供新平台、自动运输系统和远程操作等解决方案。＂小川啓之说道。
　　此外，小松在其2020年年度财报中也多次提出，要继续向海外拓展智能施工业务，同时也要在自动化、自动操作、电气化和远程控制技术领域取得进一步的发展。
　　小松的发展轨迹与国内市场有着十分相似的目标。如果说小松正在围绕施工现场采取智能化战略布局，那么国内则以政策为主导、市场为引领者，形成一股矿山工业互联网的旋风，激励和督促着矿区进行数字化转型。
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