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力大無比,、身形龐大的機械式電動挖掘機，一鏟下去可以挖起上百噸重的土石方,。然后,，鏟斗回轉(zhuǎn)至一輛等在一旁的長途卡車上方，打開鏟斗底門,，將這些土石方傾瀉一空,。整個過程中，鏟斗都要小心翼翼地避免碰到卡車,。當(dāng)鏟斗返回,，重新開始挖掘時，飛揚的塵土往往會擋住駕駛員的視線,。裝完三鏟斗土石方之后,，滿載的卡車緩緩駛離，另一輛卡車立即上前,，補上空位,。90秒一個周期，一天24小時,，一年365天，挖掘機就這樣一刻不停地工作著,。

操作世界上最大的挖掘機,，并不是一項容易的工作。挖掘機重達(dá)1600噸以上，其巨大的組件響應(yīng)遲緩,，坐在駕駛室里進(jìn)行操控,，要求有良好的預(yù)見性和精確性。速度很重要,，“每噸成本”是露天采礦的硬通貨,。換句話說，效率,，是重中之重,。然而，大多數(shù)時候,，挖掘機的全部潛能并未得到充分利用,。2012年，西門子在加拿大的一座采礦場所開展的案例分析,，表明了這一點,。對4輛機械式電動挖掘機所進(jìn)行的研究顯示，事實上,，它們的平均工作周期太長,。此外，鏟斗也往往未能裝滿,。

其結(jié)果是：每輛卡車增加了的裝載周期,，以及每天較少的開采量，使得成本更高,。并且,，挖掘機駕駛員很難判斷，應(yīng)將鏟斗置于自卸卡車上方的什么高度,。為了避免偶然碰到卡車,，駕駛員力求穩(wěn)妥，放慢速度,，并且/或者從不必要的高度,，將鏟斗移近卡車。盡管如此,，挖掘機仍然時而撞上卡車,，造成破壞，有時還會導(dǎo)致人員受傷,。

使用全自動挖掘機,，可以實現(xiàn)更加精準(zhǔn)的操作，但這樣的轉(zhuǎn)變不可能在一夜之間實現(xiàn),。在位于慕尼黑的西門子中央研究院,，Robert Eidenberger博士是一位專門研究機器人和自治系統(tǒng)的工程師,，他說：“要在采礦場實現(xiàn)全自動移動模式，必須循序漸進(jìn),。包括引入*面向挖掘機駕駛員的輔助功能,。”

引入數(shù)字輔助系統(tǒng)。兩年來,，攜手來自喬治亞州Alpharetta的西門子驅(qū)動技術(shù)業(yè)務(wù)部移動采礦部門的同事,，Eidenberger一直在從事這種系統(tǒng)的研究。他的工作涉及傳感器技術(shù),、機器對其周邊環(huán)境的“感知”,，以及動作規(guī)劃。與此同時,，他的美國同事則專注于傳動控制技術(shù),、動作執(zhí)行，以及將所有組件集成到一個完備的系統(tǒng)中,。

這些努力旨在打造出與汽車上的輔助系統(tǒng)相類似的系統(tǒng),，以便向采礦場的挖掘機駕駛員提供支持，幫助他們提高工作效率,，同時增強安全性,。名為“回轉(zhuǎn)至卡車/返回至卡車，且避免碰撞”的系統(tǒng),，是專門針對大型電鏟司機而設(shè)計的*批系統(tǒng)之一,。這個系統(tǒng)可以對鏟斗回轉(zhuǎn)至長途卡車、卸貨,，然后返回至起始位置的過程,，進(jìn)行無縫控制，當(dāng)這一過程結(jié)束時,，將恢復(fù)由駕駛員控制?，F(xiàn)在，一家*制造商正在對這個系統(tǒng)進(jìn)行測試,。

移動順序,。Daniel Robertson是移動采礦部門的軟件和自治系統(tǒng)產(chǎn)品經(jīng)理，他說：“30多年來,，我們一直在開發(fā)面向電鏟的傳動控制系統(tǒng),。然而，我們欠缺關(guān)于周邊環(huán)境的信息,。”這支團(tuán)隊攜手西門子中央研究院,，將開發(fā)一個基于傳感器的感知系統(tǒng)，它可以利用紅外光脈沖,，持續(xù)不斷地記錄電鏟的周邊情況,。當(dāng)鏟斗轉(zhuǎn)動時,，系統(tǒng)將生成一幅三維環(huán)境圖，以檢測出某個對象相對于鏟斗的距離,，不論這個對象是長途卡車、推土機,，還是輕型車輛,。這個模塊可以識別并確定，為了避免發(fā)生碰撞,，鏟斗應(yīng)當(dāng)繞開的區(qū)域,。它還能感知到任意時刻鏟斗的裝載程度，以及料堆輪廓,，從而可以估算出需要挖運多少土石方,。

除感知系統(tǒng)之外，他們還開發(fā)了一個動作執(zhí)行系統(tǒng),，以將計算出的鏟斗移動軌跡,，轉(zhuǎn)化為面向傳動系統(tǒng)的控制輸入。來自喬治亞州Norcross的傳動技術(shù)專家,，實現(xiàn)了一個連接至挖掘機現(xiàn)有傳動控制系統(tǒng)的位置控制接口,，從而免去了駕駛員手動輸入的麻煩。這個系統(tǒng)使得電鏟能夠沿著一條經(jīng)優(yōu)化調(diào)整的移動路徑,，自動執(zhí)行所有動作,，從而縮短工作周期，提高動作效率,。

未來,，諸如“回轉(zhuǎn)至卡車/返回至卡車”等輔助系統(tǒng)可以避免延誤，更加快速地執(zhí)行移動模式,，從而節(jié)約能源,。案例分析表明，每個工作周期可以節(jié)約大約4秒鐘的時間,。這意味著每輛挖掘機每天的裝車數(shù)量可以增加12%,，從而能提高生產(chǎn)率，降低成本,。這種系統(tǒng)有可能在短短兩年內(nèi)面市,。

實際上，進(jìn)一步發(fā)展存在無限可能,。但要實現(xiàn)全自治采礦——*不需要人類介入的采礦作業(yè)——依然還有很長的路要走,。在那之前，仍將需要技藝精湛的挖掘機駕駛員和駕駛員輔助功能系統(tǒng),。

Nicole Elflein

面向世界上最大的自卸卡車的傳動系統(tǒng)

怎樣才能讓世界上最大的卡車開動起來,？2011年,，一家白俄羅斯汽車制造商BelAZ公司，帶著這個問題來向西門子求助,。那時,，BelAZ公司正在為其新開發(fā)的自卸卡車，物色電動傳動系統(tǒng),。這輛卡車自重高達(dá)360噸,，額定最高載荷為450噸——相當(dāng)于大約350輛大眾汽車公司的高爾夫轎車，或者6架滿載的空客A320-200飛機——比上一個“世界上最大的自卸卡車”的紀(jì)錄保持者,，提高了25%,。計劃也要求這輛新卡車降低每噸的運輸成本，并且在空載時實現(xiàn)最高64公里/小時的行駛速度,。要知道,，那些從事地下和露天采礦的企業(yè)不僅必須遵守環(huán)境法規(guī)，而且也要考慮所涉及的成本,。

正因如此,，采礦業(yè)使用的卡車必須可靠、高效,。西門子開發(fā)面向自卸卡車的傳動系統(tǒng)已有15年左右,，其目標(biāo)始終是設(shè)法提高這些礦場巨獸的效率。“無軌電機車”的開發(fā)就是其中一例,，這種卡車從高架電線獲得電能,。歸功于這一創(chuàng)新，哪怕是在陡坡道上行駛,，這種卡車的速度也幾乎提高了一倍,。但是，對于西門子驅(qū)動技術(shù)集團(tuán)的工程師而言,，BelAZ公司提出的挑戰(zhàn)不同以往,。BelAZ公司請他們開發(fā)一個電動傳動系統(tǒng)，不僅要推動毛重高達(dá)810噸的卡車行進(jìn),，同時還要確保這輛卡車能夠又快,、又可靠地運送礦物原料。此外,，這個項目的日程安排也相對比較緊張,。從客戶前來詢問，到*輛卡車投運,，只有不到兩年的時間,。較之于過去的車型，這輛新卡車配備了8個輪胎，因為每個輪胎的設(shè)計載荷都僅為100噸左右,。為此,，紐倫堡的西門子牽引傳動專家決定開發(fā)一個使用4臺電機、功能強大而又可靠的全輪驅(qū)動系統(tǒng),。一個屢經(jīng)檢驗的傳動系統(tǒng),，充當(dāng)了這個新系統(tǒng)的模型。工程師們還開發(fā)了一個新的控制解決方案,。這個電動傳動系統(tǒng)的所有組件均來自西門子,，這確保了所有組成部分能夠配合得天衣無縫。全輪驅(qū)動配置為工程師開辟了新的可能性,，如在卡車的兩個輪軸之間實現(xiàn)動態(tài)動力分配。此外,，如果一臺電機發(fā)生故障,，卡車仍將具備應(yīng)急驅(qū)動能力，這意味著它能靠自身動力,，行駛至修理廠,。換句話說，它不需要拖帶,，也不會造成諸如堵塞等問題,。這個系統(tǒng)使用了兩臺輸出功率約為1700千瓦的16缸柴油發(fā)動機。這兩臺發(fā)動機共同提供了電動傳動系統(tǒng)所需要的動力,。2013年10月,，這輛卡車向世人揭開了神秘面紗。它長達(dá)20多米,，寬近10米,，高約8米。其全輪驅(qū)動系統(tǒng)和四輪液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),，確保了其直徑長達(dá)4米左右的輪胎不會被卡在崎嶇的路面上?，F(xiàn)在，這輛卡車正在西伯利亞的一座露天煤礦接受測試,，預(yù)計將從今年下半年開始銷售,。以后，它將被主要用于運輸煤和鐵礦石,。