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Komatsu自动化运输系统(AHS)及其应用

2018-10-14 08:56| 发布者: 巨车网| 查看: 353| 评论: 0

摘要: Komatsu的AHS(自动运输系统)能够操作和管理200-400吨级的自动化卡车车队。

Arizona 测试场

Arizona测试场内的980E和930E

  虽然自动化在某些行业是个热点话题,自动驾驶轿车和重型卡车有望改变我们载人和运货的方式,但在采矿行业这已经不算什么新闻了。

  矿用设备制造商Komatsu(小松)的自动化技术已经有三十年的历史,比人们对Teslas(特斯拉)是否能上路以及Uber(优步)司机双手离开方向盘开车是否安全的争论要早得多,Komatsu的AHS(自动运输系统)能够操作和管理200-400吨级的自动化卡车车队。目前,这个系统就像Teslas和Uber那样在全世界三个地方的矿山中运行。本月,Komatsu宣布它又将抵达一个重要的里程碑——AHS卡车运输量达到了20亿吨!

  自动化似乎成了Komatsu的头等大事,不仅仅在采矿方面,这家公司还提供用于建筑机器的智能机器控制,该平台可使机器以半自动化或全自动化方式运行。

  最近,从Komatsu美国公司一份详细介绍Smart Construction(智能施工)历史和发展的报告得知,Komatsu的最终目标是工地优化,此目标通过机器与持续更新的数字化现场规划的协调工作来实现。该目标的实现有赖于机器自动化和联网技术,该领域正是目前Komatsu研发工作的重点所在。

  Komatsu的矿用设备自动化研发基地是Arizona(亚利桑那)测试场,这个位于边远沙漠的测试场地占地约2.83平方公里,北距Tucson(图森市)约45分钟车程。那里所发生的一切外界无从知晓,因为此前这个测试场从未允许任何媒体进入。

  这是Komatsu首次邀请媒体记者来到测试场,全面了解它的AHS系统和现有矿山实施自动化相关的所有工作。

  AHS的历史

  AHS使用在四种类型的矿山:油砂矿、铜矿、铁矿和煤矿,该系统在全球范围内管理着分属三个不同公司的130辆矿用卡车,这三家公司是:Suncor Energy(森科尔能源公司)、Codelco(智利国营铜矿公司)和RioTinto(力拓集团)。Komatsu称它是第一家自动化在矿山成功运行达到10年的公司,而且自该系统应用以来从未发生过安全事故。

  1997年,Dispatch采矿调度车队管理系统的开发者Modular公司加入了Komatsu,Komatsu全球业务发展总监Brian Yureskes说,AHS系统的历史从那个时候就开始了。

  Dispatch使用定制的硬件和软件,可以优化卡车在装载点和卸载点的任务分配,同时能在工作班内生成操作员报告,这在当时引起了业界关注。同年,Komatsu首次将GPS集成到自动化系统的设计中。

  AHS的测试工作始于1990年,但一直到2016年才在Suncor公司的矿山中部署了北美的首个自动化系统。

  Yureskes说,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,一直到完全由人工智能操控的车辆。

  目前的各矿山中的卡车种类繁多,有新车也有旧车,为了应对这种状况,AHS具备了有人驾驶卡车和自动化卡车协同工作的能力,这种能力依靠两个系统组件来实现:FrontRunner和Dispatch,前者负责车辆操作和导航,后者负责车队管理、位置跟踪和生产力优化。

  卡车的大脑

Arizona测试场的中央控制,操作人员在讨论机器定位问题

  在运行AHS的矿山中,Komatsu将指令站称为中央控制(Central Control),这种室内控制中心通常有两名操作人员,它们监测着几个显示屏并不断同采坑内人员通信联络,Modular公司自动化和通信方案副总裁Anthony Cook说,当一座矿山的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。

  Komatsu让媒体记者进入到测试场的中央控制,去看操作人员是怎么样工作的,说实话,这个活儿有些单调,但这正是Komatsu想要的结果,Komatsu指出AHS的一个主要优势就是“精确性和可重复性”。从媒体得到的材料来看,该系统可以确保“载荷倾卸位置准确、物料终点绝对控制、循环时间始终如一”。

  “减少变化性并提升安全性是自动化的目标。”Yureskes指出。

  “我们正试着把这种运行变成类似于传送带那样按部就班的工作方式,”Cook说,“通常人们要做的就是放手让系统自己干。”

  操作人员前面小显示屏的上方并排挂着两个大尺寸电视,左边显示的是来自于FrontRunner的自动操作数据,右边是来自于Dispatch的车队管理信息。

  你可能会认为FrontRunner负责告诉卡车应该往哪走,所以它对于AHS来说更加重要,但Yureskes指出,车队管理对于整个系统来说同样重要,其实,把FrontRunner和Dispatch看成一个大脑的左脑和右脑也许最为合适。

  Cook说:“自动化系统需要和最佳的车队管理相结合,从而实现效益的最大化。”毕竟Dispatch是AHS的一个重要部分,要对设备位置、任务分配、卸载和装载位置进行跟踪。如果说FrontRunner是AHS系统中的车手,那么Dispatch就是领航员,它使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。

  FrontRunner的安装

AHS的协同运行能力让有人驾驶和自动化车辆在同一个采矿场内和睦相处

  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连接的无线天线和GPS定位的一组陀螺仪、雷达和激光器。

  Komatsu表示,自动化矿用卡车可以直接从原厂订制所需设备,同时也为使用中的卡车提供改装套件。电传动卡车高级产品经理Joe Shoemaker称,对于现有卡车的改装,较新车型只需一周时间即可完成,而老旧车型需要三周时间。

  Komatsu说,在矿山中使用FrontRunner进行卡车操作和交通控制,有五个关键方面需要注意:

  1、自动卡车交互:即AHS系统中自动化卡车之间的通信,通过彼此间的“对话”,卡车就知道该怎么走并找到装载和卸载点。
  2、有人驾驶车辆交互:AHS系统中有人驾驶车辆能够与无人驾驶卡车进行交互,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。
  3、防撞探测系统(CDS):每台机器四周都安装了“安全外壳”(Safety Envelope),CDS可以检测到这些数字气泡的边界何时交叉并发出警告信号。
  4、障碍探测系统(ODS):AHS系统中的有人和无人驾驶车辆前部和后部都安装有ODS装置,如果探测到障碍物时会自动停车。
  5、紧急停车按钮(ESB):此按钮可以停止所有在FrontRunner操作下运行的卡车。在中央控制下,AHS系统中运行的有人驾驶和自动化卡车都安装有ESB。


  在应用了AHS系统的矿山中,这些信息都会在有人和无人驾驶车辆上显示。在采坑轮廓图的顶部,显示器中会用彩色编码路径标明FrontRunner所指挥的自动化卡车在何处行驶,每辆车的行驶路线都用粗线条标示。屏幕上还会显示每辆车的安全气泡,使操作人员对卡车的接近程度一目了然。

  应用AHS应具备条件

薄雾中,自动化卡车爬坡行驶

  采用完整自动化系统的矿山要比购进卡车并设立中央控制的矿山的数量要多。在一个客户进行AHS投资时,Komatsu说要成功部署一个AHS系统,需要公司和客户建立密切的合作。

  Komatsu可提供全天候完善的软硬件支持。

  Yureskes说,负责任的专业化现场服务对于项目的成功运行至关重要,客户与Komatsu的密切合作能为矿山带来最大利益。

  要是客户有意在矿山应用自动化系统,Komatsu会要求它们尽力做好自己矿山的规划工作,Yureskes说:“如果规划做得不好,那么自动化技术并不能带来多少效率,这样的客户不适于应用AHS——把一些没用的东西自动化以后,得到也只是一些自动化的没用的东西。”


  Yureskes认为准AHS矿山应满足以下要求:

  • 具备将自动化运行同其它东西进行分离的能力:Yureskes指出,自动化卡车运行区域必须有标识牌指明并有路障隔开以策安全,只有经授权人员和设备方可进入工作区。
  • 受过FrontRunner流程和安全培训的人员
  • 便捷的固定路线:固定路线可使FrontRunner更好地引导卡车从而优化生产。
  • 灵活的交叉道路规划:举例来说,Komatsu认为“Y”型路口有助于自动化卡车保持速度并减少车辆间的交互影响,所以更具效率。
  • 宽阔的道路和卸载区域
  • 维护良好的运输道路
  • 尽量减少与有人驾驶车辆交互

  为满足以上要求,Yureskes表示在AHS实施过程中Komatsu可提供详细的咨询服务,他说:“我们会对各种应用及使用方法进行培训。”

  运行模式有变化


  AHS在测试和实际使用中均获得了成功,还有Komatsu与客户为实施该系统所要做的大量工作,这对于自动化的发展有何意义?

  通过与Cook交流得知, Komatsu认为自动化在采矿行业中已趋于成熟,首次邀请媒体进入Arizona测试场也显示了公司对这项技术的信心。

  虽然Komatsu管理者不愿讨论它们在自动化方面的成功对于这项技术会产生什么样的总体影响,但它们指出,汽车和卡车运输业所固有的严峻挑战在采矿行业完全不存在,或许也有类似的小问题,但是比较容易处理。

  对于上述AHS的要求,关键是要建立一个受控的运行环境。每个人都会猜测,汽车和卡车制造商是如何应对由政府部门控制的基础设施的,Komatsu的解决方案是把人工规划同整个矿场内软硬件全面集成结合在一起。

  “应用AHS需要经历某种模式的转变,”Cook说:“但人们已经看到这项技术的实际应用越来越多,认可了技术的有效性并且对它的了解也越来越深入。”

  “因为(矿业)已经走出了低谷期,整个行业活跃了起来,客户在自动化上的投资肯定会更多。以前只有大公司会关注这项技术,现在我们发现一些小公司也开始关注了。”

  凭借对技术的牢固掌握,为了更大程度地满足客户要求,Cook称Komatsu正在进一步推进这项技术,试图把它应用到其它矿用设备,目前仍在开发中的IAHV(创新自动化运输车)就是其中之一,这辆车没有驾驶室。Cook还指出,Komatsu最近开始在测试场试验一台遥控版的PC7000液压铲。

  “我们要把这项技术应用到矿用洒水车以及矿山的其它地方,”Cook说,“但是在开发顺序上,哪款产品能尽快带来最大价值就先开发哪一款。”


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