基于物聯(lián)網(wǎng)的平行智慧礦山系統(tǒng)的應(yīng)用實踐

徐工集團(tuán)在智能化應(yīng)用實踐中，基于自主開發(fā)的漢云工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺，與中科院自動化所王飛躍教授開創(chuàng)的平行駕駛理論為支撐，聯(lián)合中科院自動化所旗下慧拓智能機(jī)器有限公司合作開發(fā)了平行智慧礦山系統(tǒng)，提高了駕駛安全和運營效率。

在四面環(huán)山、道路崎嶇的內(nèi)蒙古露天礦區(qū)內(nèi)，一輛裝配有先進(jìn)傳感系統(tǒng)的工程自卸車，與一臺同樣無人的挖掘機(jī)協(xié)同配合完成裝載，無人礦卡自動循跡行駛、智能避障，人字形倒車，自主完成一系列動作。幾名工程師在千里之外的智能調(diào)度中心目睹了這一切，并時刻監(jiān)管杜絕隨時可能發(fā)生的安全隱患。這是徐工集團(tuán)與慧拓智能機(jī)器公司一同打造的平行智慧礦山系統(tǒng)，也是徐工集團(tuán)向工程機(jī)械智能化轉(zhuǎn)型的縮影。

挖卡協(xié)同裝載

作為國內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)的奠基者，開拓者和引領(lǐng)者——徐工集團(tuán)，正在經(jīng)歷著這場智能化的“蛻變”。

在工程機(jī)械行業(yè)，智能化技術(shù)的運用不僅能保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，提高勞動生產(chǎn)效率，改善工人的工作條件和勞動強(qiáng)度，還能加快企業(yè)的升級轉(zhuǎn)型，擺脫產(chǎn)品的同質(zhì)化競爭，提升產(chǎn)品品牌價值。相對陌生的工程機(jī)械領(lǐng)域，我國正發(fā)生著由大變強(qiáng)的轉(zhuǎn)變，其中的驅(qū)動力就來源于傳統(tǒng)機(jī)械化向數(shù)字化，自動化的邁進(jìn)。

1月10-11日，在青島舉行的2019國家智能產(chǎn)業(yè)峰會上，徐州工程機(jī)械集團(tuán)有限公司，徐工集團(tuán)工程機(jī)械有限公司董事，副總經(jīng)理，黨委副書記李鎖云深度剖析了“29年始終保持中國工程機(jī)械行業(yè)第一位”的徐工集團(tuán)是如何應(yīng)對這場智能化變革。

徐工對智能化產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的理解

李鎖云提到：“徐工集團(tuán)智能化產(chǎn)業(yè)發(fā)展，重點聚焦在產(chǎn)品智能化，制造智能和服務(wù)智能三個大方面。目標(biāo)就是要通過智能化的手段，構(gòu)建高效快速反應(yīng)的研發(fā)體系，生產(chǎn)制造體系和市場服務(wù)體系，實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，為客戶提供更加智能，更可靠，更滿意的產(chǎn)品和服務(wù)?！?/p>

隨著國家發(fā)布中國制造2025，徐工也結(jié)合工程機(jī)械行業(yè)的特點：典型的多品種，小批量，定制化，這么一種高度離散制造特點，通過頂層設(shè)計，先后發(fā)布了全面推進(jìn)徐工制造2025戰(zhàn)略，提出了互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合行動方案和智能制造實施方案。以兩化深度融合為主線，以智能制造為主攻方向，重點在智能研發(fā)，智能工廠，智能服務(wù)，智能管理和模式創(chuàng)新五大方向。細(xì)化為十大工程，分解為36個具體項目全方位全力推進(jìn)，加速打造智慧型企業(yè)。

與此同時，作為一家集團(tuán)化的公司，內(nèi)部既有主機(jī)生產(chǎn)制造，更有專業(yè)零部件，面向行業(yè)服務(wù)的核心零部件兩種制造模式，全面推行智能化應(yīng)用難度可想而知。李總認(rèn)為：“我們認(rèn)為智能化的應(yīng)用，目的應(yīng)該首先關(guān)注共性問題，通過解決關(guān)鍵共性問題，可以加速智能化的工作，在企業(yè)落地的務(wù)實性，有效性。”

擺在徐工面前的重點共性問題主要有三個方面：一個是產(chǎn)品關(guān)鍵技能技術(shù)突破。工程機(jī)械主要用于基礎(chǔ)設(shè)施工程施工服務(wù)的，從某一種角度上來說就是一種特種作業(yè)的機(jī)器人。讓一個機(jī)器如何更加有施工效果，智能控制的技術(shù)，無人操控的技術(shù)，以及高可靠性的技術(shù)，是產(chǎn)品的應(yīng)用當(dāng)中是關(guān)鍵。第二個是共性的關(guān)鍵制造技術(shù)。工程機(jī)械需要承載變化動態(tài)載荷，工況變化可以說有很多不可預(yù)測性。在這樣一種情況下，它的結(jié)構(gòu)，構(gòu)件強(qiáng)度，焊接，裝配等工藝研究和應(yīng)用，產(chǎn)品在線檢測，以及怎么確保它的實用功能可靠性，在制造過程當(dāng)中顯得尤為重要。第三個是大數(shù)據(jù)的應(yīng)用與分析。其中包含數(shù)據(jù)治理，數(shù)據(jù)的收集，采集，以及環(huán)境適配，數(shù)據(jù)管理等方面的內(nèi)容，真正發(fā)揮數(shù)據(jù)機(jī)智能制造的價值牽引作用。

通過上述理解，徐工確立了智能化發(fā)展的原則，就是總體設(shè)計。一廠一車，智能制造為核心，構(gòu)建徐工智能化發(fā)展的總體框架。數(shù)字化研發(fā)是關(guān)鍵源頭，自動化設(shè)備的互聯(lián)、數(shù)據(jù)采集、環(huán)境適配是基礎(chǔ)載體，信息化系統(tǒng)的集成是神經(jīng)樞紐，工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用是核心要素。從縱向貫通維度，具體體現(xiàn)在五個層面：第一層是設(shè)備層，在自動化人機(jī)協(xié)作，可重復(fù)工裝夯實操作單元以及生產(chǎn)性基礎(chǔ)。第二個是控制層，建立數(shù)據(jù)采集，分析平臺系統(tǒng)，將多種信息、不同接口、各類加工數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集和分析。第三層是車間層，通過MES，QMS進(jìn)行智能化管控系統(tǒng)。第四是企業(yè)層，通過ERM等進(jìn)行全方面管理。第五是通過供應(yīng)鏈系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺等實現(xiàn)公司內(nèi)部和外部信息的互聯(lián)互通。最終通過數(shù)據(jù)驅(qū)動智能制造的這一個模式，輸出技術(shù)領(lǐng)先，打造“用不毀”智能化產(chǎn)品。

徐工智能化應(yīng)用實踐

在產(chǎn)品智能化方面，工程機(jī)械未來的發(fā)展就是一種特種作業(yè)機(jī)器人。而且從市場和客戶的發(fā)展趨勢來看，用戶更加關(guān)注智能化的產(chǎn)品。用這些產(chǎn)品能夠減少對于人工作業(yè)的依賴，產(chǎn)品能夠互聯(lián)，實現(xiàn)集成化的管理，整個一系列工程施工作為機(jī)器的集成系統(tǒng)解決方案?！拔覀冞^去一個工程管理，不光要管人，管那么多作業(yè)機(jī)械，還有物料，材料，以及工程施工規(guī)范。所以我們現(xiàn)在很關(guān)注這個工程的質(zhì)量。大家都知道中國的豆腐渣工程還是很多的，就是過程不受控，人為干預(yù)太多，非正常的干預(yù)。對于工程的施工效果，成本的控制都是與人為有關(guān)系。工程效用很差。未來系統(tǒng)化的集成解決方案，就是一個工程像在工廠里面完成一項任務(wù)一樣的，我想我們的工程機(jī)械就是向這個方向走的?！崩羁倢ξ磥碇悄芑瘧?yīng)用所帶來的便利感慨頗深。

在智能制造方面，徐工通過模型構(gòu)想，構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動全球研發(fā)創(chuàng)新平臺，重點實現(xiàn)三個方面系統(tǒng)：一個是研發(fā)數(shù)據(jù)系統(tǒng)。包括模型數(shù)據(jù)共享，到目前為止，徐工共形成了四萬多個集團(tuán)級的標(biāo)準(zhǔn)件和通用件，建立二百萬產(chǎn)品三維模型和實現(xiàn)同步共享，實現(xiàn)機(jī)電，液壓，傳動以及整機(jī)之間的聯(lián)動設(shè)計，跨地域的系統(tǒng)。

二是研發(fā)與制造過程系統(tǒng)。包括通過數(shù)字化的工業(yè)，保障，研發(fā)與制造一致性。現(xiàn)在在徐工通用機(jī)械行業(yè)，已經(jīng)實現(xiàn)三維工業(yè)，產(chǎn)品的三維設(shè)計同步實現(xiàn)。制造工藝穩(wěn)定，可以實現(xiàn)主機(jī)核心零部件的同步研發(fā)，系統(tǒng)制造。

三是研發(fā)與市場的系統(tǒng)。體現(xiàn)產(chǎn)品包括數(shù)據(jù)管理，實現(xiàn)設(shè)計保姆，制造保姆，服務(wù)保姆的一體化管理。智能制造方面，率先開展了設(shè)備互聯(lián)，數(shù)據(jù)采集。徐工在智能工廠建設(shè)中重點關(guān)注設(shè)備制啞，讓數(shù)據(jù)，人員，物料以及物流相互連通，開展數(shù)據(jù)采集和分析的SCADA系統(tǒng)，采集各類設(shè)備關(guān)鍵采集運行設(shè)備，設(shè)備運行管理和預(yù)防性維護(hù)。讓設(shè)備真正的開口說話一目了然，并且在線檢測過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)偏離，能夠部分工序，工位上可以由一些自主調(diào)節(jié)。數(shù)據(jù)可視化，設(shè)備互聯(lián)的基礎(chǔ)上，基于精益制造理念，實現(xiàn)數(shù)據(jù)管控，打通信息孤島，聚焦全面質(zhì)量管理，建立貫穿全生命周期的質(zhì)量大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。進(jìn)而重點實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的可追溯性，質(zhì)量預(yù)警功能，數(shù)據(jù)應(yīng)用高效在線檢測等。

基于物聯(lián)網(wǎng)的平行智慧礦山系統(tǒng)

徐工集團(tuán)基于自主開發(fā)的漢云工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺，與中科院自動化所王飛躍教授開創(chuàng)的平行駕駛理論為支撐，聯(lián)合中科院自動化所旗下慧拓智能機(jī)器有限公司合作開發(fā)了平行智慧礦山系統(tǒng)。通過形式化描述礦山作業(yè)機(jī)器行為和復(fù)雜工況環(huán)境特征，構(gòu)建信息物理設(shè)備交互運行環(huán)境。該環(huán)境進(jìn)行計算試驗，以及場景和工況進(jìn)行預(yù)設(shè)，最終物理礦山實時交互，引領(lǐng)礦山機(jī)械安全高效運行，這是徐工智能化產(chǎn)品延伸方面一個重大突破。

平行礦山系統(tǒng)具有智能化，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)聯(lián)化，無人化三大特點。平行智慧礦山實現(xiàn)了信息化，網(wǎng)絡(luò)化一體的集成信息管理。其中機(jī)群管理系統(tǒng)是中樞神經(jīng)，負(fù)責(zé)礦山管理系統(tǒng)調(diào)度，根據(jù)作業(yè)任務(wù)，自動匹配剝離礦山挖掘機(jī)，與運輸?shù)V卡匹配參數(shù)，礦卡根據(jù)系統(tǒng)下發(fā)指令自動完成安裝運輸卸載全過程，自主作業(yè)有效降低了操作手的勞動。目前無人礦卡完成了直線行使，曲線性行使，障礙物檢測，人字形倒車自動卸車全流程的測試，時速可以達(dá)到20公里。無人礦卡突破障礙物檢測，已取得三項發(fā)明專利，都是來自礦車運輸過程當(dāng)中，可能遇到偶發(fā)障礙物檢測等關(guān)鍵技術(shù)?？赏ㄟ^可穿戴手勢控制進(jìn)行采集工礦，使得挖掘機(jī)操作更加簡便便捷。李總興奮地稱“目前我們突破手勢控制數(shù)據(jù)記錄回訪兩項自主作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)，取得六項發(fā)明專利，這六項都是在半自主挖掘機(jī)的突破關(guān)鍵技術(shù)。主要有手勢控制，環(huán)境感知設(shè)備和任務(wù)規(guī)劃等方面?！?/p>

礦山機(jī)群有挖掘機(jī)子系統(tǒng)，礦卡子系統(tǒng)，中心自系統(tǒng)，移動終端系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)等進(jìn)行系統(tǒng)化的運營。作為核心的機(jī)群管理系統(tǒng)集成調(diào)度，狀態(tài)監(jiān)測，安全報警等功能，可以掌握礦山機(jī)械的運行狀態(tài)，而且可以進(jìn)行安全報警，提供預(yù)測性的防護(hù)信息，大大降低了礦山裝備運行故障率，確保無故障運營。平行智慧礦山系統(tǒng)具有信息化程度高，智能化水平高，云運營效率高，安全性高等四大亮點。

徐工作為工程機(jī)械行業(yè)的龍頭，在應(yīng)對智能化變革中，通過搭建先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)平臺，不斷創(chuàng)新合作，立足于打造智能化產(chǎn)品和智能化系統(tǒng)解決方案，讓如此龐大的集團(tuán)體系恰如其分地融合到智能產(chǎn)業(yè)變革之中。值得每個正處在智能化轉(zhuǎn)型中的傳統(tǒng)車企，傳統(tǒng)制造企業(yè)學(xué)習(xí)和借鑒。