挖掘機向智能化方向迭代 AI+挖掘機應運而生

挖掘機一直都是個謎一樣的存在，上至老人下至小孩，都為之著迷，只要在路上看到挖掘機作業(yè)，總會有一大批停下匆匆腳步行注目禮的人，挖掘機是除游戲外，男人的另一個天堂，屬于男人的快樂玩具。

挖掘機的神奇在于它像個英雄一樣，在各種危險的環(huán)境中都能看到它的身影，好像什么都能干的樣子，又 A 又颯。挖掘機也被稱為工程機械領域的皇冠明珠，作為一種物料搬運的工具，被廣泛用于資源開采、建設施工、搶險救災應急救援中，擁有廣闊的應用市場。

但是其工作的天然場景就是在高危的環(huán)境中，施工的環(huán)境復雜，路況起伏不平，高噪音、高粉塵、傷亡事故等，雖然司機的薪資較高，但是很多年輕人不太感冒進入這個圈子，現(xiàn)存的熟練主力工人都是三四十歲的中年人為主，惡劣的作業(yè)環(huán)境、頻發(fā)的安全事故、降本增效的要求等是實際工業(yè)生產(chǎn)中的挑戰(zhàn)，也是挖掘機向智能化方向迭代的推動力量，AI + 挖掘機應運而生。

AI + 挖掘機的智能變身

目前我國的工程機械領域仍是一個勞動密集型的產(chǎn)業(yè)，在“新基建”和“中國制造 2025”的政策推動下，技術革新傳統(tǒng)行業(yè)的浪潮四起，工程機械設備智能化、無人化的升級革新可以顯著減少作業(yè)安全事故、降本增效，賦能工程機械企業(yè)提升產(chǎn)品競爭力，行業(yè)的發(fā)展朝著智能化方向升級日漸清晰。

作為工程機械設備中使用最廣泛的挖掘機，搭載 AI 技術的順風車，讓其升級搖身一變?yōu)楣ぷ餍士衲?。往常的情況，挖掘機作業(yè)主要依賴司機的手感，他們憑借經(jīng)驗把握施工的分寸和位置，這種經(jīng)驗有時可以發(fā)揮積極的作用，但有時也會造成作業(yè)失誤。在爬坡、挖斗、移動等極易出現(xiàn)作業(yè)事故的場景下，施工質(zhì)量合格與否難保證，效率偏低，費時費力。

智能挖掘機搭載的 AI 輔助駕駛技術不再那么嚴重的依賴人的經(jīng)驗，附加的傳感器和感知系統(tǒng)，讓挖掘機眼觀六路、耳聽八方。AI 主要是從挖掘機的感知、規(guī)劃、控制層面助力，百度近日開發(fā)的全新無人挖掘機作業(yè)系統(tǒng)(AES)技術展示，可以進行無人化作業(yè)。

無人挖掘機作業(yè)系統(tǒng)使用多種傳感器融合和感知算法，包含一整套軟件和界面設計，協(xié)助終端司機用戶完成系統(tǒng)的操作、部署和使用。在感知層面，利用高精度低成本相機和激光雷達，實時生成高精度的三維環(huán)境地圖，通過計算機視覺和深度學習等算法，可以檢測作業(yè)環(huán)境中的作業(yè)物料材質(zhì)、運輸卡車、障礙物、標識和人員等，并對卡車、障礙物等物體進行三維姿態(tài)估計，及時調(diào)整動作。

基于感知系統(tǒng)的信息反饋，通過學習和優(yōu)化算法，能夠快速進行作業(yè)規(guī)劃和多自由度的挖掘機各關節(jié)運動路徑規(guī)劃，確保提升作業(yè)效率的同時降低機械損耗。最后，通過高精度運動閉環(huán)控制算法，能夠?qū)崿F(xiàn)挖掘機各傳動機構的精準運動控制。

目前百度的智能挖掘機已經(jīng)在工業(yè)廢料處理領域落地使用，在沒有駕駛人員操作的情況下，自主完成物料挖掘和上料功能，實現(xiàn)連續(xù) 24 小時的全天候作業(yè)，不僅杜絕了工業(yè)廢料環(huán)境對于駕駛人員的傷害，也幫助企業(yè)節(jié)省了人力成本。

在一些作業(yè)場景比較平整安全的環(huán)境中，智能挖掘機的操作完全可以實現(xiàn)無人化，但是在一些復雜場景特殊場景中，比如房屋拆除、采石場、地下挖掘等環(huán)境中，需要司機的經(jīng)驗自主判斷要挖掘作業(yè)的方位，單憑挖掘機自主判斷，估計就車毀人亡了。算力和算法有限，智能挖掘機倒也沒有在復雜環(huán)境中安全作業(yè)的本事。

我們都知道樓房是有承重的位置，需要按照一定的先后順序以及臨場反應去操作，不然的話很容易造成倒塌事故，造成傷亡。采石場的采石區(qū)與落石區(qū)經(jīng)常有塌方的情況出現(xiàn)，挖掘機作業(yè)過程中經(jīng)常會遇到，碰到落石和坍塌的危險，在石頭雨中，砸掉車身周圍的攝像頭或其他感知器件，也只有一首涼涼送給自己。在這些比較復雜的環(huán)境中，智能挖掘機還不能脫離操作司機的經(jīng)驗判斷，對于挖掘的力度與角度需要實際的情況去判斷，算法和策略的迭代積累有限，脫離操作人員的控制的話，就真會失控。

在上述復雜的場景中，完全無人化的操作短期內(nèi)不會取代操作司機現(xiàn)場作業(yè)的方式，部分危險環(huán)境中的固定操作中，輔助使用一些遠程操控的作業(yè)也是一種已知的解決方案。駕駛人員在模擬艙內(nèi)進行操控，利用 5G 遙控技術，實現(xiàn)遠離危險的復雜操作作業(yè)。比如無人挖掘機可以通過遠程遙控安全排除未爆航彈，通過在 5G 環(huán)境中進行無線遙控，對于熟練的操作司機來說，在復雜危險的環(huán)境中作業(yè)，遠程操作跟現(xiàn)場操作沒有任何區(qū)別，有種模擬打游戲的感覺，既能高效完成挖掘任務，又能保證人員安全。

在挖掘機智能化的初期階段，使用傳感器和感知系統(tǒng)可以增加一些視域的開闊與判斷的輔助，但是離完全的無人化作業(yè)還有點距離，需要技術與場景的迭代發(fā)展，算法的積累和學習需要時間與數(shù)據(jù)的支持。在一些關乎生命財產(chǎn)安全的情景中，成熟的駕駛員經(jīng)驗相對更可靠。

智能挖掘機的無人化路徑發(fā)展是一個比較特定的場景，但是作為工業(yè)設備領域的核心搬運部件，其無人化作業(yè)從 0 到 1 的產(chǎn)品跨越，給產(chǎn)業(yè)發(fā)展打了一針很強的定心劑，AI 技術與特定場合的解決方案，組合的力量讓其在新基建、資源開采等場景中，蘊含了更多的智能機遇有待迸發(fā)。

其他物流、制造兄弟的 AI 進化

5G、AI 技術代表的“新基建”，正在與實體經(jīng)濟在具體場景的結合下深度融合。工程設備行業(yè)乘風而上，并不斷向數(shù)字化、智能化方向演進。比如智能重卡與智能天車，這兩位也是工程設備領域內(nèi)具有代表性的生產(chǎn)要素之一，其智能化的發(fā)展也能見微知著窺探工業(yè)設備產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢脈絡。

智能重卡主要作為工程物流運輸設備來使用，這也是工程機械領域的標志性運用場景，目前智能重卡已在港口、園區(qū)、礦區(qū)等場景較為精確的領域得以應用。智能重卡是自動駕駛領域內(nèi)相對較早進行落地和商業(yè)化的細分領域，目前來看 L3、L4 級別的車輛都有落地使用，主要是在場景固定的港口與封閉的一些工業(yè)園區(qū)內(nèi)使用，行駛路線較為固定。

使用的場景與搭載的技術都與挖掘機不同，智能重卡主要是搭載毫米波雷達與激光雷達、深度攝像頭等，具備多維度多方位感知能力，能夠精確感應行人、車輛、其他障礙物等，并且依規(guī)劃路徑實現(xiàn)自主超車、自動變道、自適應巡航、繞行避障、預見性規(guī)劃等功能，智能重卡通過車輛自身的主動智能感知能力，厘米級定位與自動化港機設備交互實現(xiàn)精確行駛的任務，降低駕駛員的駕駛疲勞強度，有效提升行駛安全性。

隨著技術的成熟和量產(chǎn)的落地，智能重卡在一級市場的投融資活動愈加頻繁，圖森未來的上市與量產(chǎn)，重卡自動駕駛企業(yè)智佳科技的最新 4.2 億美元的融資，上汽紅巖與中國重汽等自研智能重卡并且已經(jīng)上市等信號，無不說明著行業(yè)進入到了飛速發(fā)展的階段。

工程設備不僅在資源開采、物資運輸、搶險救災等方面發(fā)揮著重要作用，在工業(yè)生產(chǎn)中，最值得一提的是天車這個在大型制造廠的核心設備。在大型制造廠商制造業(yè)中，天車作為搬運物料的大力士不可或缺。所謂“天車”，是橋式起重機在工廠中的俗稱，是橋架在高架軌道上運行的起重設備，可以沿著軌道橫向移動，以此搬運工廠中沉重物料和設備產(chǎn)品。

往日的天車設備一直是熟練的操作工人進行駕駛，因為高空低頭彎腰俯視作業(yè)，工作強度大，條件惡劣，并且比較依賴工人的經(jīng)驗，與挖掘機的行業(yè)痛點類似，也是存在著生產(chǎn)效率、成本與安全的桎梏，智能化可以有效降低作業(yè)過程的安全隱患，并能大幅提升勞動生產(chǎn)率。

天車的無人化，背后的核心技術從視覺系統(tǒng)層面來說，配備 3D 識別、精準定位、視頻追蹤等設備，掃描獲取場景內(nèi)的數(shù)據(jù)并進行計算與反饋給控制系統(tǒng)，由中控系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度，通過剛性升降機械結構與機器人手臂，完成精確運動。因為天車是移動設備，很難聯(lián)接固定網(wǎng)絡，但智能天車的作業(yè)需要實時化、高精度進行大量數(shù)據(jù)傳輸。先前，天車無人化一般都依賴 Wi-Fi。而在今天，智能天車與 5G 結合，低延時、高效率傳輸?shù)目鞓氛谛袠I(yè)中成為趨勢。

智能挖掘機、智能重卡與智能天車這些案例可以直觀展現(xiàn)出，AI 作為關鍵的技術變量，給工程設備行業(yè)的核心生產(chǎn)要素帶來巨大的改變，而工業(yè)設備是工業(yè)發(fā)展的命脈，是最具代表性的制造業(yè)和實體經(jīng)濟發(fā)展的根本。無論是效率還是安全，或者是成本，技術的提升，市場的需求被點燃，使得產(chǎn)業(yè)端迎來了發(fā)展的機遇階段，滿足了工業(yè)設備行業(yè)的智能化、無人化、高效率的發(fā)展需求，在產(chǎn)業(yè)供需關系方面，也進行了新的高效適配，向著低成本高安全的方向進發(fā)。

長線投入才見花開與月明

工業(yè)設備行業(yè)整體來說，產(chǎn)業(yè)鏈冗長，涉及的場景與業(yè)務，復雜而又危險，比如露天礦區(qū)、隧道開鑿、建筑拆除、生產(chǎn)制造等，安全性與智能化必須協(xié)同發(fā)展。

因為工程設備的機械傳動本身就比較復雜與專業(yè)性強，技術的革新需要專業(yè)知識的加持，需要引入一些領域?qū)＜一蛘呤歉袠I(yè)內(nèi)人士協(xié)同革新。這也是傳統(tǒng)工業(yè)設備廠商的選擇，無論是與互聯(lián)網(wǎng)巨頭企業(yè)合作還是與技術背景深厚的初創(chuàng)企業(yè)聯(lián)合，都是雙贏的選擇。

傳統(tǒng)工業(yè)設備廠商發(fā)展多年經(jīng)驗沉淀需要活化，新興的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)技術與算法能力強勁，感知能力、決策判斷與工業(yè)設備廠商自動化控制能力結合相得益彰。優(yōu)化和落地無人化作業(yè)系統(tǒng)，無論是智能挖掘機的自主挖掘、卡車裝載等，還是智能重卡的特定場景的自動駕駛，新興技術快速發(fā)展幫助工程機械設備提升生產(chǎn)安全、降本增效，助推工業(yè)生產(chǎn)向智能化、無人化、安全化的方向邁進。

工業(yè)機械設備領域的智能化還在建設的初始階段，投入期階段的商業(yè)化落地能力沒有全面鋪開，市場的教育與發(fā)展還需要資本、技術與時間，整個革新過程需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游各方勢力的共同協(xié)作，耐得住寂寞埋頭苦干才能守得花開見月明。不像互聯(lián)網(wǎng)新零售的一些噱頭風口那樣，打一槍換一地兒，或者吆喝兩三年吸引資本投資后作鳥獸狀散去，留一地雞毛。

面對人口紅利的減退、疫情的沖擊，無人施工作業(yè)的需求日益增長，無論是國內(nèi)基建領域、工業(yè)領域的發(fā)展，還是出海國外，智能化設備對于生產(chǎn)與建設都至關重要，商業(yè)化的錢景一片明朗。

中國制造的標簽從山寨大國到智造工業(yè)設備未來再到智能設備出海，短短二十年的發(fā)展，技術強國的發(fā)展成果已經(jīng)引人側目，基建速度、生產(chǎn)制造智能化、智慧物流的高速運轉等，中國速度以開拓者身份步步為營，工業(yè)設備的數(shù)字化到智能化路徑，已經(jīng)遠超過了預期，未來的發(fā)展會有什么樣的速度與面貌，值得憧憬與期待。

關鍵詞： 挖掘機 智能化 方向 迭代