澳大利亚力拓公司矿区的一辆自动驾驶运输卡车
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数字化和自动化在采矿业中已不再是科幻概念。在过去十年左右的时间里，采矿可以在一定程度上实现自动化，使某些功能能够解放双手甚至远程控制的设想已经成为现实。
如今，矿山自动化已经发展成为一个数十亿美元的产业，世界各地的采矿运营商都在投资开发和推出自动驾驶车队。根据GlobalData 2023年的报告，遥控和自主地下采矿卡车及铲运机的总数估计为1032辆，包括自主就绪设备和正在自主运行的设备。澳大利亚和加拿大处于领先地位，分别占该车队的41%和17%，其次是美国占7%。
芬兰奥卢大学理工学院研究主任兼采矿自动化专家吉尔基·萨尔米（Jyrki Salmi）解释说：“自动化的应用显然因矿山和全球各地而异。但总的来说，我们可以说现代采矿业正朝着更智能、更自动化的工作方向迈进。”
采矿业中的自动驾驶
似乎很少有矿山子系统是无法实现数字化和自动化的。从矿山开采到设备和车辆管理，其所带来的所谓“免接触”功能正迅速成为必需品，而不仅仅是理想选择。
萨尔米（Salmi）表示：“许多现代化矿山早已引入了自动化机器，如远程控制的卡车以及钻孔和锚固设备，甚至在没有操作员的情况下完全自主运行。” “即使是岩石开采过程，比如装药和爆破，也最终实现了自动化和数字化。” 他认为，这种范围甚至扩展到了矿石运输和物流。
正如他所说，矿用卡车、装载机以及钻孔和锚固设备车的车队，已经可以在大多数工作阶段完全自主地运行，无需人为控制，从而提高了安全性并增加了运营效率。
全球矿山车队的自动化趋势
据GlobalData最近统计，全球矿山车队中拥有超过10万辆车辆，其中包括8.6万多辆卡车、1.6万辆液压挖掘机和铲运机、2千辆电动铲运机和1.9万辆推土机。到目前为止，大多数车辆自动化都体现在运输卡车上，并且取得了很大的成功，这主要归功于其劳动密集型的特性。
运输卡车通常可以连续作业，每天需要多次换班，并且需要一批驾驶员，这显然存在相关的安全风险。但萨尔米（Salmi）表示，运输卡车自动化之所以如此成功，还有其他原因：“与矿山中的其他工作环境相比，运输路线和环境通常更可预测且更稳定，而其他工作环境可能会更加复杂和多变，从而使自动化在技术上更具挑战性。”
正是运输中这些元素的重复性、清晰的道路网络、标志、明确的交通规则和标准化规范为自动化提供了有利条件，简化了此类系统的设计和实施。
然而，萨尔米（Salmi）补充说，这些已经明显的支持特性不应阻碍自动化向矿山车辆车队其他部分的迁移。“软件和算法的开发当然也将有助于提高除运输以外的其他功能的自动化水平，”他相信。
软件解决方案
AI、云计算和物联网共同解决自动化挑战
通过增强视觉传感器技术，如摄像头或激光雷达系统，可以提高在复杂工作环境中检测机器的能力，从而提供更准确的信息。
AI和机器视觉还可以借助强大的算法来为机器操作和自主决策提供智能化，例如识别障碍物和适应快速变化的环境条件。此外，实时计算可以实现对传感器数据的即时和远程分析，从而提高自动化性能并减少延迟。
“借助合适的软件，可以创建智能数据管理系统，以提高矿山运营的效率并实现对流程的更好控制，”萨尔米（Salmi）补充说，这些软件包，特别是算法和现在的AI，进一步支持了先进的采矿功能，如自主车辆移动、来自智能传感器的数据采集以及实时数据分析。还有云计算和边缘计算，为新的信息和通信技术提供了机会。
它们共同使“学习和适应不断变化的采矿环境变得比以往任何时候都容易，”萨尔米（Salmi）说道。这些类型的解决方案以及物联网（IoT）的发展——即装载传感器的设备通过互联网进行通信的能力——为越来越受欢迎的智能矿山提供了可扩展性和灵活性。
“智能传感器和物联网技术还将来自采矿车辆的实时大数据传输到矿山综合管控系统，”他解释道。“对这些数据进行适当分析，将能够实现更好的车队监控、预测性维护和更安全的应用。”
萨尔米（Salmi）补充说，生成的数据随后可用于持续自动监控设备的状况和性能，从而进一步促进设备的有效管理。由于这种增加的自主性，机器的效率已经得到了提高，并且还可以进一步提高，使它们能够在没有人为干预的情况下连续、不间断和准确地运行。“远程控制和管理……反过来也促进了集中控制和操作的车队体量。”萨尔米（Salmi）补充道。
投入多，节省更多
尽管购买具有数字化和自动化功能的机器和工具往往成本高昂，但其益处是显而易见的，并且随着时间的推移，通过提高效率、更高的生产力和甚至在运营方面减少劳动力支出，有助于降低成本；此外，更有效的维保策略和设备本身更长的生命周期也是如此。
作为矿山运营商采购策略的一部分，考虑选择用于管理硬件的软件应用程序同样重要。
“软件采购总是战略性的决策，”萨尔米（Salmi）说道，“这对公司的运营自然会产生长期影响。”他表示，采购流程的第一步是评估需求，并确切了解业务需求和目标是什么。然后，在比较选项时，要考虑必要的软件功能，并考虑其特性、可用性、价格和竞争力。另一个关注点应该是软件包与现有平台的集成和兼容性。
萨尔米（Salmi）建议在做出最终决定之前，利用测试运行和演示，征求即将成为入围选项最终用户的意见，如果可能的话，寻求其他用户的反馈——特别是关于软件可用性和功能的反馈。考虑到用户通常不熟悉新软件包，因此这些要点非常重要。还强调需要考虑售后客户支持和用户培训。“这些都是必不可少的考虑因素，”萨尔米（Salmi）表示，“其重要性不容忽视。”
自动化时代的劳动力重塑
随着采矿业中更传统的人工技能逐渐被一系列新的技术技能所取代，数字技能正迅速成为该行业和专业领域的优先事项。“与这一技术飞跃相关的技能……当然将在未来继续受到重视，”萨尔米（Salmi）说道。
下一代——以及那些已经入职的——采矿专业人员将越来越需要数字和软件技能来控制和操作自动化设备，处理复杂的传感器技术，以及读取和分析机器产生的数据。
此外，还需要越来越多地了解编程、信息系统算法的工作原理以及如何与机器进行通信。“因此，培训需求当然也会发生变化，新一代矿工需要掌握多种技能，并能够快速适应新发展，”萨尔米（Salmi）提醒道。
看来矿山行业正经历着一个重要的变革时期，其中技术扮演着领先的角色。自动化——尤其是采矿车队的自动化——似乎是下一个前沿领域，但要使其成功，具备正确的技能和从传统的人工劳动力中获得支持至关重要。
“人们可能会抵制变革和采用新技术，”萨尔米（Salmi）总结道，因此有效引导和交流新技术的益处非常重要。“然而，值得注意的是，一旦采用了新技术，几乎没有人会想回到旧的方式。”
车队自动化在实际应用中的表现
对于已有数千年历史的采矿业来说，几乎不可能指责其创新步伐缓慢。你几乎不需要深入挖掘就能找到矿车自动化正在成功发生的例子。
2023年8月，车辆自动化专家ABD Solutions为其Indigo Drive产品系列新增了一项功能，即移动监控系统。ABD Solutions表示，Indigo Drive是一个技术生态系统，“能够使无数的采矿车辆快速且经济高效地实现自动化”。
移动监控系统的加入意味着自动化车辆可以在全球任何地方运营，而无需依赖现有基础设施。该系统由紧凑且模块化的服务器和操作站网络组成，使管理人员能够在最具挑战性的环境中监督其自动化车队。它可以配置为各种形式，包括厢式车，甚至移动集装箱，并可在最偏远和恶劣的环境中运行。
ABD Solutions表示，该系统拥有用户友好的软件界面，支持路线规划、车辆移动所需的硬件（如线控和驾驶机器人）、通信（无线电、V2X、GPS/GNSS）、障碍物检测（激光雷达、摄像头、雷达）以及车辆健康和诊断（车载自诊断系统、遥测、传感器）。该系统由24小时运行的锂电池供电，可通过热插拔、太阳能或氢发生器进行充电。
传感器、软件和自主技术专家海克斯康（Hexagon）也坚定地加入了车辆自动化的行列。这家瑞典集团在许多行业部门都有运营，但其采矿部门正在提供一套全面的自动化产品，引起了巨大反响。
去年在拉斯维加斯举行的一次活动上，海克斯康推出了其新的自动化软件包。这包括任务管理器，它负责监督车辆的位置、路线、作业列表以及它与其他车辆的协作情况；其World Perception解决方案中，传感器跟踪车辆、周围车辆和其他潜在危险，包括人员；车载系统有效执行驾驶任务，包括转向、制动、换档甚至使用喇叭和灯光。
