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重型设备未来趋势:自动化、智能化、网络化

2020-10-17 22:33| 发布者: 巨车网| 查看: 72| 评论: 0

摘要: 未来学家预测了科学、技术、商业的未来趋势,使各公司了解了当前创新如何影响未来工业。
  Volvo CE(沃尔沃建筑设备)与未来学家合作,展望采矿、工程、农业设备行业发展前景。
 

Volvo采矿卡车

  Volvo CE在“共筑理想生活”的计划中与未来学家合作,了解它们对工业未来的看法,未来学家预测了科学、技术、商业的未来趋势,使各公司了解了当前创新如何影响未来工业。

  知名人士David Zach和Glen Hiemstra,曾与数十家世界财富500强公司合作,它们提出了对于重型非公路设备行业的预测,其中包括矿业、建筑业、农业等行业。

  矿业

  自动化和纳米技术能够改变工作性质,使人类远离危险,采矿行业将会发生巨大变化。

  “把人类从采矿的繁重工作中解放出来,可获得极大的自由,”Hiemstra说,“机器上不再需要驾驶室,让人在里面操作,避免了有毒气体及其它危险的伤害,这类工作将由自动化和远程控制机器来完成。”

  未来采矿作业极有可能是各类自动化机器、遥控机器、先进机器人的天下,循环作业和重复任务将由自动化机器来处理,人类会在更舒适的环境中,使用模拟器远程操作机器,模拟器会根据道路条件(如颠簸道路),向操作人员提供触觉反馈。

  “各种类别和尺寸的大型自动化设备有可能接手繁重工作,如将矿用从地下运到地面。”Hiemstra说,“这是可以同时完成行走、挖掘、提炼的巨型机器。”

  5G(及以上)的带宽增加,实现了地面人与机器、机器与机器的即时通信,此外,这些机器将配备更先进的分析工具,可以确定挖掘物是什么,并将信息反馈给操作人员以便快速作出调整。

  “采矿是以人类活动为基础的,我们制造机器来开挖,然后搞清楚推进方向。”Zach说,“将来我们在分子级水平上分析地层,以便知道挖的是什么,人眼的能力有限,但通过更先进分析就能了解各方面情况。未来主义就是要识别复杂情况并对其发展结果赌上一把,我们将能够利用地理空间做到这一点,从而弄清楚地表之下有什么。”

  前沿新事物

  将来,采矿不再仅限于陆地,我们要不断向海底寻求现在陆地上的稀缺资源。

  Zach说:“我们将使用纳米技术来分析海底,一平方英里大小的海底面积几乎就能找到所有元素,矿物相当丰富。”

  以后我们将开始从小行星和其它星球上开采矿物,一些星球上稀有金属储量丰富,但目前的技术还无法到达。自动化设备以及由地球上人类遥控的设备,将能够安全、有效地开采这些矿产。

  “人类将会努力在海底以及小行星和其它星球上寻找地球稀有矿物,”Hiemstra说,“将来回收这些矿物或难或易,但不管怎样都要找到新的途径来解决这个问题。二十年之内,我们将能在月球和火星上采矿,这是个非常赚钱的买卖,几家公司已经宣布要实现此目标。”
 

Volvo建筑设备

  建筑业

  北美的建筑行业是经济领域中最需要彻底改革的行业之一,在未来20-40年可能会发生巨大变化。

  2020年已经有全电动机器了,在未来的数十年中,将会有更多的自动化机器,尤其是在循环作业中,机器之间、机器与制造商之间,还有机器与可能会在现场的机器人之间通信交流会越来越多。Zach和Hiemstra同时指出,将来物联网、机器人、人工智能、模块化预设计等技术的进步,对设备和施工方法的影响会越来越大。

  Zach说:“建筑业是最适合创新的一个行业,模块化和预加工会越来越多,其中大多数得益于3D技术行业的发展。”

  未来要建筑会越来越复杂,会用到现在刚刚出现的工艺和技术,超高摩天大楼、商用建筑、民用建设工程将采用模块化设计的会越来越多,使用更多的预制构件,包括整间房屋及配套家具,这些都在专门场地制作完成,而后到现场组装,工程成本更低、交付周期更短,简化了建设流程。

  比如,在工厂制作完成一个完整的浴室,然后由卡车运输到施工现场,再吊车将其放入到正在建设中的建筑物框架中,固定到合适位置,机器人会把水电接通。这种类型的建筑已经开始了试验,应该会受到欢迎。

  对于小型建筑,相邻各房间将采用3D打印的方式,再用预制件完成组装,快速为世界新兴地区提供经济适用的住宅,这种模式墨西哥已经做到,开发者正打算将其推广到世界其它地方。加工能力与模拟能力提高之后,将为建筑设计者提供更多新的思路和方法,可以采用独特的造型,实现大胆的视觉表现。

  Hiemstra说到,更强大的智能计算及模拟让建筑更加的有趣,可以采用更独特的造型,使之具有视觉冲击力。电线和射插座再会消失,未来建筑结构中,眼睛能看见的部分只占20%。

  Hiemstra接着说,其余80%将集中在通信、暖通空调、能源、绿色技术方面,涂料中的新型聚合物可改善室内空气质量,墙体中的传感器能监测不良空气、化学物质、烟和火等。建筑使用的是新型防火、抗老化层压板,木材这种低耗能可再生资源再次成为了首选。

  公共交通、拼车及自动化车辆将发挥重要作用,个人汽车数量会下降,因此不管哪种类型的建筑物,上班族的车位数量都会减少。

  施工现场:代替眼睛、耳朵和双手

  未来学家称,无人机技术、机器人及人工智能将极大程度上改变工作的性质,现在我们只是刚刚开始了解它们给施工带来的变化。

  Zach说:“无人机对于建筑行业来说非常重要,它就是你现场的眼睛,可以用APP或人工智能技术来控制它们。”

  无人机可以监测施工现场,向承包商发送工程进展的重要数据和可视内容,无人机在建筑竖井和墙面后来回移动,获取数据,并将其重要信息传送给项目经理或提供给3D建模软件,以提高效能、解决难题。

  与人类或者犬科动物相似的机器人在施工现场必不可少,它们承担了繁重的体力劳动并收集有用数据。人工智能将帮助这些机器人做出重要决策,并将信息反馈给建筑师和建筑公司。

  另一方面,人类可能看起来却更像是机器人,它们穿上全身装备,以增强身体能力和决策能力,同时使用警报系统、防护盔甲、安全气囊来提高安全性。例如,一名工人要是从较低的高度跌落,安全气囊就会弹出。

  “我们大约能在10-20年内看到更多的人形机器人出现,它们的技术非常先进。”Hiemstra说,“最初时,人工智能技术的灵活性还不及人类,这些机器人需要由人来管理,控制方式可能是模拟现实或者其它新型遥控技术。”
 

Volvo TA15自动化运输车

  通信与自动化

  随着通信技术的发展,比如可以提供低延迟网络的新型卫星系统,施工现场的机器将能够互相“交流”,共享各自位置、行驶路线及其它更多信息。新的远程通信系统能将实时分析提供给制造商和承包商,现场机器的维护、性能状况时刻处在掌握之中,机器正常运行时间更长。

  互联技术水平的提高,也会促进自动化机器的发展,使之能够完成循环作业任务,如施工现场物料移动,遥控机器由场外人员控制,更加安全高效。虚拟现实和增强现实可以使承包商到达任何难以接近之处,由机器人来执行其方案,提高了解决现场难题的能力。

  Zach 说:“自动化相当重要,建筑行业的封闭施工现场为自动化提供了理想的实施环境,使用更先进的机械,我们就能加速项目建设、提高项目管理,对速度的追求将推动自动化向前发展。”

  农业

  为了应对世界人口增长,人类正在想办法提高粮食生产效率,农业将会有巨大的创新。

  随着城市化进程的加快,未来几十年内世界大部分人口都会生活在城市中,农场也会更加靠近城市,以后的农场不再只是我们所熟知的大片农田了。

  Zach说:“以后农场将会向城市靠近,农作物运输会更方便而且更容易控制作物的生长环境。现在我们防治虫害的手段很落后,并且使用了营养物质和磷肥,这是不可持续的方式。”

  RFID(射频识别)技术和传感器将植入到每种作物中,可以非常精确地控制其养分和水分的接收量,使自然资源最大程度地得到利用。多数情况下,只有1%的水、杀虫剂、养分被植物吸收利用。

  “到了2040年,各个主要城市都会有大型室内农场,”Hiemstra说,“城市附近的垂直立体农场提高了在一块土地上可种植粮食的数量。作物消耗更少的能量、水、除草剂、杀虫剂,并产出大量新鲜农产品。”

  这些室内立体农场由多层组成,因此农业公司能够控制其气候、灌溉、害虫,可以用最快速度种植经济作物,RFID结合LED照明和空气质量控制,环境更有利于作物的生长,并且能得到更好的保护,不会因害虫等原因而大幅减产。

洋马农业机器人

  自动化农业

  自动化机器还将承担许多繁重、高难度的农业工作,特别是农作物的收割。人工智能机器人可以采摘水果和蔬菜,并将其分类代人类使用或就地堆肥。在这些受到很好控制的农业环境中,农作物可以根据人类食物需求来优化种植,从而减少浪费,少部分作物可以多次循环种植,以确保供应量的准确,避免大量生产不需要的作物。

  Zach说,机器将能完成大量的农业任务,它们是联网的自动化机器,可以完成从树上摘草莓一样精准的动作。

  轮式装载机和运输车这些自动化和全电动设备,可以帮助完成土地准备以及向粮食中心运输收获农作物的工作。它们将帮助建设垂直农场,如同建设摩天大楼和多用途建筑一样。这些机器上的传感器会向农业管理公司发送重要数据,确保有个好收成,这些技术可以降低许多国家的食物成本。

  有了新技术,我们就能更好地在富含养分的水中培育盐生植物(生长在盐水中的作物),这些植物有助于解决全球淡水短缺问题,为缺水人口提供资源。

  可以将盐水农场与太阳能和风电场结合起来,在同一个地方产生食物和能源,同时减少对淡水的需求量。而腐蚀的新设备将能提高盐水农场建设、作物收割效率,无论是盐生植物生长的基础设施,还是农场上建造的太阳能面板、风力发电机。

  “未来的20年,农场会非常现代却又显得很传统。”Hiemstra说,“由于气候变化的原因,人类会努力以新的方式来种植农作物,以减少更多碳排放、节约更多淡水。采用了全新的农业生产方式后,同时也就解决能源、食物、水的问题。”
 

农业自动化

  基础设施

  公路基础设施建设也是一个急需全面变革的行业,未来20-40年可能会发生巨大变化。

  Zach和Hiemstra特别指出,未来这项基础设施的功能要丰富的多,不再是以前那种只供车辆行驶的简单路面。公路将是更具价值的资产,可用来发电、提升物流水平,并能收集数据用于预测分析。

  “短期内,公路会更智能、与车辆关联更紧密。”Hiemstra说,“驱动物联网的组件价格会不断降低,5G通信带宽将更大,传感器会嵌入到道路和路口,收集有用数据并与车辆直接通信。”

  为了能够使嵌入式传感器发挥作用,未来公路将采用“纳米混凝土”来实现更好的分子结构,满足严格使用要求。纳米混凝土有点像玻璃材料,用它铺设的路面能更好地适应气候变化、对抗磨损和撕裂。

  这些传感器会监测天气信息、路面温度、路面状态、交通状况、即将发生的危险、动物横穿以及其它可能需要放慢速度的情况,能够将这些即时信息传送给车辆,提示变换车道或更改路线。LED灯嵌入在路面中,一经通知便会重新引导车流或变更车道行驶方向,以提高通行效率和安全。

  随着时间的推移,这些传感器收集的信息越来越多,可以为改善乘客、货物的运输质量提供有价值信息,数年之后将会发生巨大变化。

  Zach说:“基础设施的通信功能将改变对人口流动的总体认知,可量化就能管理。世界人口城市化仍将持续,一些预测表明80%的人口将生活在城市中,所以需要为人类和货物分别开发基础设施,我们将要脱离传统的贸易路线。”

  贸易路线的变化,可能会将重点放在更具成本效益的原材料分配上,把它们送到更靠近消费点的当地工厂。3D打印减少了包装和塑料的使用,货物运输也更方便。

  同时,人们还能使用更为智能的道路,利用它们的网络和传感器的来优化交通高峰出行效率,甚至能提醒办公室员工正在赶来。在这种情况下,人与货物的运送方式截然不同。
 

更多传感器确保司机和行人更安全

  新材料,新方法

  显然,未来的基础设施不仅仅是今天的基础设施的简单替代,而是全新材料通过新方法建造而成的。

  “西方国家的基础设施数量不足,我们推迟了维护工作,所以看到的会是大量的新建和重建工程。”Hiemstra说,“其中一部分是处理一百年甚至更久之前的问题。将来的基础设施具有更强的适应能力,可应对气候变化以及大风暴。”

  现在正在开发自修复环氧树脂,这种材料可包覆在混凝土和钢铁表面,使桥梁和其它金属结构在受创后可以自行修复,抗锈蚀及耐候能力更强。建筑物和其它构筑物更智能,它们的传感器和通信能监测自身受损情况。更多具有防锈碳聚合物将用于轻型桥梁建设,提高耐候和抗震能力。

  未来的基础设施开发中,能源的使用消耗将是一个重要因素,制备钢材水泥的新方法(如用镜面为高密度熔炉供电)将减少基础设施开发时的能量消耗及碳排放,在这些工程中将不再需要化石燃料。新建基础设施所用的全电动建筑设备也不再会有碳排放。

  道路本身也将成为能量源,道路上的光电池将收集太阳能,向当地电网输送电力,用来供应城市和社区。Hiemstra说,这些道路是智能且相互连接的,它们自身可以加温和冷却,以降低维护成本。屋顶、停车场、其它大面积铺装场地也都可以用来发电。

  新的施工方式

  基础设施及其所用材料中具有的互联能力将改变修建道路和其它工程的方式,基础设施中的传感器将与建筑设备上的传感器通信,向机器制造商和承包商提供有价值信息,并可据此预测分析,为现场提供可行方法。

  维护将成为系统性工作,承包商的正常工作时间将大幅增加,新设备进入到施工现场,在所用设备发生故障之前将其替换,替换设备就等在那里,替换速度非常快,接下来是维修保养被替换设备。整个过程无缝衔接,现场工作不会中断。

  由于现场减少了或不再有停工,正常工作时间增加,承包商能更快完成项目。此外,全电动且无排放自动化设备将承担大量循环作业任务,把施工现场碳排放降到了最低程度,设备之间的通信优化了现场作业,而且会向承包商和制造商发送重要信息。

  Zach说:“你所能想到的一切都具备了通信能力,道路、车辆、设备都会相互传送信息——每一样东西都能‘交流’”。

  废弃物管理与回收

  全球正在大力发展循环经济,各个企业都在寻求尽可能减少污染、保护环境、更好地利用自然资源,未来20到40年内,废弃物管理与回收行业将发生巨大变化。

  Zach称:“消费者将减少不可回收材料的使用,企业在产品及材料的循环使用、商品循环经济方面将承担更多责任。”

  这意味着企业将要提供更多服务,通过维护手段以及保证正常工作时间的措施来帮助消费者延长商品寿命,当寿命周期结束时,它们还将参与处理这些商品。

  一些国家已经要求某些行业必须接收用于回收和再利用的产品,但总的来说,消费者更希望与注重可持续发展的企业打交道,所以很多公司都会自觉地采取行动。

  Hiemstra说:“如此将减少废料的产生而不仅仅是考虑回收再利用,这将促使我们重新考虑如何运输货物及利用集装箱,这是一个不断增长的业务,也是未来最大的业务之一。”

  运输物料

  废弃物管理回收的重点基本在城市,更多的人来到城市,城市进程不断提速。把食品和原料运到城市中、然后把垃圾运出去回收利用,将是全球规模最大的产业,需要创新技术来提高效率、产生价值。

  用于垃圾收集与回收的是全电动车辆,减少了噪声和排放,可以在夜间作业,而且不会影响医院和学校。

  更低的排放和噪声可以增加作业频度,在更小范围内回收处理废物,提升了回收处理及物流效率,材料重新进入到产品流将更容易、更高效。

  遥控和自动化设备还扮演了一个重要角色,人类不用再直接从事脏乱的垃圾运输和分类工作,而只要在舒适的办公室内操作一个模拟器就能完成。虽然自动化车辆已在废弃物处理上发挥作用,但它们不再是城市中唯一的自动化机器。
 

Volvo集团2015年提出的机器人垃圾处理项目

  Hiemstra说:“垃圾箱本身也是全电动自动装置,它们用太阳能充电,自己会走到指定地点由自动化搬运车收集垃圾。”

  垃圾回收工厂内,装有摄像头的人工智能机器人负责分离工作,此类新型机器人将吃掉一些垃圾作为燃料,如塑料和其它无法压缩或熔化成原材料状态的东西,其它的会留下来再利用。

  大型游戏

  远程遥控设备的发展让垃圾收集分类工作变成和玩游戏一样,工作条件改善能吸引更多人才,使该行业的创新更进一步,这种工作会变得更先进、更“好玩”。

  在办公室内通过模拟器可以操作搬运车和卡车,垃圾处理工作看上去像是打游戏,屏幕上画面生动有趣、数字不断增长并可获得奖励,工人们会努力打破高分纪录,然后可能会拿到资金。

  Zach说,虽然年轻人更爱玩游戏,但是大家都喜欢以游戏任务方式来完成工作。

  这样一来,各个公司都会试图以游戏模式回收垃圾,围绕分类设立目标。接收可回收物的新机器将会让人清楚地看到这些材料以后会用到哪里,比如一个饮料瓶回收机能够展示把这些材料用于制造纤维的情景。

  Zach说:“这么是为了通过激励措施来提高人们行动的自主性,此方式很有效,整个过程也很有意思。“



鲜花

握手

路过

雷人

鸡蛋

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