面對國外的技術(shù)封鎖,12名80后工程人員用人工智能技術(shù),讓110噸重的無人駕駛電動輪礦車成功下線——
在礦山遇到無人駕駛的巨無霸
一輛巨大的礦用車穩(wěn)穩(wěn)地在測試場行進,駕駛室內(nèi)卻不見人影。這輛“巨無霸”就是中國兵器北重集團北方股份公司研制的國內(nèi)首臺110噸NTE120AT無人駕駛電動輪礦車。它于今年1月24日成功下線,使我國成為繼美國、日本后第三個涉足礦用車無人駕駛技術(shù)的國家。
《工人日報》記者在采訪中了解到,為了從礦車駕駛室里替換下駕駛員,北方股份公司12名工程師用1000多個日日夜夜,利用人工智能技術(shù),研發(fā)了具備智能導(dǎo)航、精準(zhǔn)定位、安全行駛等涵蓋尖端科技的礦車產(chǎn)品,實現(xiàn)了無人駕駛技術(shù)的突破。
“大腦”中隱藏著高科技
近日,記者踏著3米多高的樓梯,進入這臺“巨無霸”的駕駛室內(nèi),一個白色箱子映入眼簾,這就是控制這個大家伙的“大腦”——控制柜。前進、倒車、剎車,前面道路是平坦還是顛簸,有沒有障礙物……所有信息都要一一傳回這個控制柜進行分析。
控制柜是礦車神經(jīng)中樞系統(tǒng)的重要部分,負責(zé)收集和處理信號。車頂白色架子上裝置的天線高高聳立,探知周圍的環(huán)境,收集信息后再回傳到“大腦”中。這個系統(tǒng)中隱藏著的高科技——毫米波雷達。正是利用最先進的雷達遙感技術(shù)和人工智能系統(tǒng)組合在一起,構(gòu)成了無人駕駛礦車的整個智能系統(tǒng)。
據(jù)了解,北方股份公司礦用車占據(jù)國內(nèi)80%以上的市場份額,是國內(nèi)礦用車行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)。此次在原有礦車基礎(chǔ)上進一步研制的無人駕駛礦用車,智能控制系統(tǒng)的設(shè)計安裝是其突破點。在沒有任何技術(shù)參考的情況下,設(shè)計團隊首先想到向已經(jīng)擁有成熟技術(shù)的美國和日本學(xué)習(xí),可是沒取到經(jīng)還吃了閉門羹。
“發(fā)達國家對我們實施技術(shù)封鎖,甚至去礦山參觀都被拒絕了。”公司無人駕駛礦用車項目經(jīng)理王逢全對記者說,在此情況下,要破解難題,只能自主研發(fā)。
2015年,NTE120AT無人駕駛電動輪礦車項目正式立項,由12名80后成員組成的團隊踏上了一切都要靠自己的研發(fā)之路。期間他們走進鞍山、鄂爾多斯、烏海等地的各類大型礦場實地調(diào)研,登上人工駕駛礦用車,在復(fù)雜、危險的礦場環(huán)境中向駕駛員了解礦用車作業(yè)的全流程,采集了大量礦用車行駛數(shù)據(jù)。
在國內(nèi)5家產(chǎn)學(xué)研機構(gòu)的協(xié)助下,北方股份公司研發(fā)的無人駕駛礦用車在自主駕駛、自動作業(yè)、環(huán)境感知、行為控制和決策、定位及導(dǎo)航等關(guān)鍵技術(shù)上,均實現(xiàn)了礦車24小時無人駕駛循環(huán)作業(yè)。同時,為了破解礦區(qū)內(nèi)揚塵多,常規(guī)攝像頭難以發(fā)揮作用的難題,礦車采用車載傳感器可依靠激光雷達與毫米波雷達形成雙重保障,這些使得無人駕駛電動輪礦用車可實現(xiàn)360度無死角感知。
親身體驗迎面駛來的“緊張感”
“巨無霸”NTE120AT無人駕駛電動輪礦車長10米、寬5.5米、高5.7米,載重110噸,采用車輛線控技術(shù),可在礦山現(xiàn)場完成倒車入位、精準(zhǔn)?、自動傾卸、軌跡運行、自主避障等各個環(huán)節(jié)。
可在實驗環(huán)節(jié),信息回傳中出現(xiàn)了“當(dāng)機”情況。
“各調(diào)各的,大家都能調(diào),可連起來就出現(xiàn)問題。當(dāng)時,我們四五天沒怎么休息,就是找不到問題所在,眼瞅著后續(xù)工作要滯后。”北方股份公司電器調(diào)試設(shè)計工程師張強回憶說。
張強和同事們開始逐一測試每條指令,用示波器、專用軟件來回對比數(shù)據(jù),幾天后終于找到了問題的癥結(jié)。張強說,要實時掌握運動中的車輛數(shù)據(jù),指令會非常多,導(dǎo)致系統(tǒng)反應(yīng)不過來,就容易出現(xiàn)“當(dāng)機”。正常情況下,應(yīng)該是每200毫秒刷新一次系統(tǒng),我們給的“藥方”是在200毫秒里完成幾百個數(shù)據(jù)來回傳輸,甚至在關(guān)鍵時候20毫秒就要刷新一遍的情況下,保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,讓這臺“巨無霸”可以暢通無阻地行駛。
“無人駕駛礦用車僅輪胎就有常人身高的兩倍多,站在它跟前,你會產(chǎn)生強烈的壓迫感。”產(chǎn)品研究院裝配工藝工程師鄔鵬程調(diào)侃道,“如果礦用車迎面向你駛來,你會緊張嗎?但為了讓它的感應(yīng)系統(tǒng)更加靈敏,我們必須要經(jīng)常體驗這種緊張感。”
另外,礦車設(shè)計任務(wù)書里面所有的功能也都要進行模擬試驗。比如行進時的落石、每一個危險性的突發(fā)情況……只有通過模擬測試,才能夠保證車輛在礦山遇見相同工況時自行解決,雖然危險和緊張,但工程師們必須親身體驗。
整體收益率提高了五成
近年來,隨著大型露天礦山開采深度逐年下探,坡度大、彎道多的現(xiàn)象逐漸增多,給安全生產(chǎn)增加了許多難度。而礦區(qū)無人化運營是加快數(shù)字化智慧礦山建設(shè)的有效途徑,有助于實現(xiàn)安全生產(chǎn),降低人工和整車使用成本,提升運行效率。
王逢全說,公司完成了國內(nèi)首臺無人駕駛礦用車的研發(fā),把中國智能制造帶到了一個新高度。
據(jù)記者了解,隨著中國國內(nèi)數(shù)字化智慧礦山建設(shè)的不斷推進,這家公司正加快與國內(nèi)大型露天礦山和專業(yè)信息化公司合作,通過為礦車配置環(huán)境感知系統(tǒng)、行為控制和決策系統(tǒng)、定位系統(tǒng)及高精度地圖,實現(xiàn)礦車的環(huán)境感知、行為預(yù)測和路徑規(guī)劃及決策,自動按照礦山調(diào)度指令在無人操作的情況下實現(xiàn)裝載、運輸和卸載的循環(huán)作業(yè)。
該公司一份研究數(shù)據(jù)表明,在考慮了相關(guān)因素的理論狀態(tài)下,7臺無人駕駛礦車可替代至少9臺同型號有人駕駛車的工作量,降低燃油成本6%,輪胎磨損減少7.5%以上,如果加上人工成本的節(jié)省,整體收益率可提高49%。