趨勢(shì)一：數(shù)字化

    1.礦山機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)數(shù)字化

    目前像挖掘機(jī)，裝載機(jī)等礦山機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)呈現(xiàn)數(shù)字化、并行化、集成化和知識(shí)化的趨勢(shì)。其中數(shù)字已成為實(shí)現(xiàn)快速創(chuàng)新開發(fā)的核心技術(shù)。產(chǎn)品開發(fā)數(shù)字化的基本構(gòu)思是利用數(shù)字對(duì)產(chǎn)品開發(fā)過程中的各種信息，包括圖形、數(shù)據(jù)、知識(shí)、技能等，進(jìn)行定量表達(dá)、存儲(chǔ)、處和控制，從而實(shí)現(xiàn)以快速市場(chǎng)響應(yīng)和創(chuàng)新開發(fā)為目標(biāo)的全局優(yōu)化運(yùn)算。除傳統(tǒng)的CAD/CAE/CAPP/CAM等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)外，支持快速產(chǎn)品開發(fā)的數(shù)字化技術(shù)還包括數(shù)字建模與仿真、數(shù)字樣機(jī)與虛擬制造、基于知識(shí)的設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)倉(cāng)庫(kù)、基于網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)等。

    產(chǎn)品開發(fā)數(shù)字化的一個(gè)重要特征是產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)品性能的可預(yù)測(cè)性。制造過程數(shù)字仿真的目的是借助于建筑在物理學(xué)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的計(jì)算模型、計(jì)算機(jī)預(yù)演等手段，揭示制造工藝過程的本質(zhì)，獲得知識(shí)及進(jìn)行制造工藝裝備的自主設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品制造、裝配乃至產(chǎn)品整個(gè)生命周期過程的預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制能力。主要內(nèi)容包括：1）設(shè)計(jì)過程仿真，包括外形仿真、裝配仿真、運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真、動(dòng)力學(xué)仿真和多學(xué)科集成仿真等；2）加工過程仿真，包括切削過程仿真、焊接過程仿真、沖壓過程仿真和鑄造過程仿真等；3）生產(chǎn)過程仿真，通過建立制造系統(tǒng)的靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型，精確預(yù)測(cè)技術(shù)可行性、加工成本、工藝質(zhì)量和生產(chǎn)周期。
    
    2.企業(yè)協(xié)作數(shù)字化

    以因特網(wǎng)為代表的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使設(shè)計(jì)制造各個(gè)環(huán)節(jié)的信息與知識(shí)在數(shù)字化描述的基礎(chǔ)上得到流通與集成，從而使異地的、不同企業(yè)的資源可以共享，使企業(yè)組織的組元化、分布化和扁平化成為可能，為用戶介入生產(chǎn)、供應(yīng)鏈與制造企業(yè)共同保證產(chǎn)品供貨期和質(zhì)量提供了條件。大型礦山機(jī)械設(shè)備具有技術(shù)含量高、投資額大、批量少、工作環(huán)境惡劣及研制試驗(yàn)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，其開發(fā)適合采用全球分布式網(wǎng)絡(luò)化協(xié)作模式，能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，實(shí)現(xiàn)資源的全球最優(yōu)配置，通過虛擬價(jià)值鏈，快速滿足顧客價(jià)值最大化的根本需求。未來礦山機(jī)械制造系統(tǒng)不再是單個(gè)企業(yè)與長(zhǎng)期合作的有限供應(yīng)商的穩(wěn)態(tài)組合，而是無(wú)國(guó)界的、多企業(yè)的、短期的最優(yōu)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。
    
    3.礦山數(shù)字化

    近年來，地理信息系統(tǒng)在許多礦山得到迅速發(fā)展，它將地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)、測(cè)量數(shù)據(jù)、地質(zhì)礦床模型、全礦巷道分布、地面各種建筑設(shè)計(jì)和總圖布置綜合在一起，以三維立體形式表現(xiàn)礦山內(nèi)礦床、巷道和建筑間的相互關(guān)系，一目了然地表面礦山的空間組成和結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了“數(shù)字化礦山”的基礎(chǔ)。海量數(shù)據(jù)的存貯技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、多維可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及光纖維通信技術(shù)和寬帶計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，各種新型采掘設(shè)備、選冶設(shè)備及相關(guān)控制管理系統(tǒng)為數(shù)字礦山建設(shè)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。數(shù)字化礦山的功能包括：1）生產(chǎn)管理。各種數(shù)據(jù)的采集、生成，實(shí)現(xiàn)了物流、資金流、人員流等實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)查詢，方便了管理層的科學(xué)決策；結(jié)合全球定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車輛的調(diào)度、設(shè)備作業(yè)定位導(dǎo)向、地面的工程測(cè)量等。2）生產(chǎn)監(jiān)測(cè)控制管理包括產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控，電鏟有效載荷稱量、鏟斗裝載精確定位檢測(cè)；設(shè)備的運(yùn)行狀況診斷；能源消耗的分析；露天邊坡體形變、滑塌位移監(jiān)測(cè)和排土場(chǎng)災(zāi)害防治和控制等。    
    
    趨勢(shì)二：生態(tài)化

    1.礦山機(jī)械綠色設(shè)計(jì)

    礦山機(jī)械是消耗資源的大戶、污染的源頭。面對(duì)日趨嚴(yán)峻的資源和環(huán)境約束，緊密圍繞4R的產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)和管理是降低能耗、污染，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要手段。具體措施為：（1）采用長(zhǎng)壽命、低能耗及減輕重量的設(shè)計(jì)原則。延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命，可減少機(jī)械的生產(chǎn)量和降低其報(bào)廢量；降低產(chǎn)品能耗，可減少對(duì)環(huán)境的污染；而輕量化和高效率可減少材料和資源的消耗。（2）盡量采用低環(huán)境負(fù)荷材料，盡可能不使用氟利昂（空調(diào)）、含氯橡膠、樹脂及石棉等有害材料。使廢棄零、部件處理的污染最小化及綜合成本最優(yōu)化，礦山機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計(jì)初始階段就要考慮報(bào)廢件處理簡(jiǎn)單、費(fèi)用低和污染小，零、部件要解體方便、破碎容易，能焚燒處理或可作為燃料回收等問題；（3）采用能再生利用的材料和資源，特別是結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能采用比較容易裝配和分解的大模塊化結(jié)構(gòu)和無(wú)毒材料，提高機(jī)械材料的再生率；（4）降低整機(jī)的振動(dòng)與噪聲，減輕對(duì)周圍環(huán)境的污染。

    21世紀(jì)的中國(guó)已經(jīng)成為礦山機(jī)械制造大國(guó)而讓世人矚目，然而我們并不是礦山機(jī)械制造強(qiáng)國(guó)，我國(guó)制造的有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的礦山機(jī)械高端產(chǎn)品至今并不多。通過自主創(chuàng)新，發(fā)展數(shù)字化、智能化、生態(tài)化與宜人化礦山機(jī)械，實(shí)現(xiàn)重大裝備，高端成套，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

    趨勢(shì)三 ：智能化

    1.地下礦產(chǎn)資源自動(dòng)化開采

    信息技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)無(wú)人采礦技術(shù)從現(xiàn)行的、以傳統(tǒng)采礦工藝自動(dòng)化為核心的自動(dòng)采礦或遙控采礦，向以先進(jìn)傳感器及檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、智能采礦設(shè)備、高速數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)、新型采礦工藝過程等集成化為主要技術(shù)特征的“無(wú)人礦山”發(fā)展。

    煤礦開采實(shí)現(xiàn)綜采工作面液壓支架操作自動(dòng)化。該技術(shù)將液壓支架的降架、升架、推移首部輸送機(jī)、拉后部輸送機(jī)、收伸側(cè)護(hù)板、噴霧灑水及放頂煤等動(dòng)作由原來的手工操作改為電液自動(dòng)控制、程序化操作，可以有效地減少工作面工人數(shù)量，最終實(shí)現(xiàn)井下無(wú)人開采自動(dòng)化工作面。目前，液壓支架電液控制技術(shù)已經(jīng)成熟。美國(guó)、澳大利亞和德國(guó)的液壓支架普遍使用了電液控制系統(tǒng)。自20世紀(jì)80年代中后期開始，加拿大Noranda技術(shù)中心為金屬礦床地下開采研制了多種自動(dòng)化設(shè)備，包括LHD鏟運(yùn)機(jī)和卡車的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)、遙控輔助裝載系統(tǒng)、自動(dòng)行走系統(tǒng)等。這些技術(shù)及系統(tǒng)在推廣應(yīng)用中取得了理想效果。Noranda的自動(dòng)采礦技術(shù)及系統(tǒng)可以在不同的采礦條件下獨(dú)立運(yùn)用，也可以用于中央集群多車遙控系統(tǒng)，較地適應(yīng)了多個(gè)礦山開采、不同生產(chǎn)規(guī)模和復(fù)雜礦體條件的實(shí)際需要。

    地下自動(dòng)采礦需要研究與開發(fā)相應(yīng)的先進(jìn)傳感技術(shù)及檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)、開發(fā)智能化操作軟件，通信系統(tǒng)向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線靠攏等。井下環(huán)境要素如溫度、濕度、空氣組分、采場(chǎng)地壓、巷道圍巖變形等變量的檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)、礦炭爆堆的塊度及其分布、有用礦物品位及其分布等參數(shù)的實(shí)時(shí)分析技術(shù)、基于井下環(huán)境，空間距離識(shí)別、定位及導(dǎo)航技術(shù)，諸如埋線導(dǎo)航系統(tǒng)、無(wú)源光導(dǎo)系統(tǒng)、有源光導(dǎo)系統(tǒng)、墻壁跟蹤系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航技術(shù)及裝備，使智能采礦設(shè)備具有視覺、力覺、感覺等功能，能感知環(huán)境變化，做出反應(yīng)，具有自適應(yīng)能力。
    
    2.海底礦產(chǎn)資源開采遙控及無(wú)人操縱

    占地球表面71%的海洋洋底蘊(yùn)藏著極其豐富的礦產(chǎn)資源，主要包括鎳、鈷、錳、金、銀、鋁等礦產(chǎn)資源。深海資源開采技術(shù)是指將深海底賦存的多金屬結(jié)核、鈷結(jié)核、多金屬硫化礦從海底采集并輸送到水面的相關(guān)技術(shù)。目前只有多金屬結(jié)核的開采技術(shù)已基本形成了具有商業(yè)開采應(yīng)用前景的技術(shù)原型，主要內(nèi)容包括海底電視系統(tǒng)、聲吶系統(tǒng)、傳感器與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、不同賦存狀態(tài)海底礦產(chǎn)資源的采集方法和機(jī)構(gòu)、極稀軟底和極復(fù)雜地形海底作業(yè)裝備的行走與控制技術(shù)、海洋風(fēng)、浪、流作用下礦物結(jié)核長(zhǎng)距離管道輸送技術(shù)、海洋采礦裝備的升降補(bǔ)償技術(shù)和整體系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)等。

    海底資源開采機(jī)械能夠遠(yuǎn)距離操縱和無(wú)人駕駛，人在機(jī)器工作環(huán)境以外，通過人眼直接觀察或借助攝相機(jī)觀察機(jī)器人工作遠(yuǎn)距離遙控操作者本身在控制室內(nèi)遙控操縱，系統(tǒng)應(yīng)具有臨場(chǎng)感效果，讓操作者身臨共境地進(jìn)行操作，除要求從機(jī)器反饋回聲音信號(hào)外，還要求在操作上有圖形顯示能力，將在機(jī)器上采集的有關(guān)機(jī)器完好情況和工作性能的信息傳輸?shù)讲僮鲉T工作站。在采礦機(jī)器人利用多種傳感器的信息，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地感和作業(yè)環(huán)境，并自主作業(yè)方面，有很多問題還有待研究。
    
    3.機(jī)械結(jié)構(gòu)健康自檢測(cè)及健康自診斷

    傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)沒有生命、沒有智能，不能感知外界作用和內(nèi)部損傷，不能做出適當(dāng)響應(yīng)保護(hù)自己使結(jié)構(gòu)處于最佳狀態(tài)，因此外部載荷及環(huán)境的變化，以及自然及人為因素的影響，將會(huì)使結(jié)構(gòu)性能下降乃至破壞，使人民生命財(cái)產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅。

    為了保障結(jié)構(gòu)的安全，設(shè)計(jì)者往往采用保守設(shè)計(jì)，增大結(jié)構(gòu)尺寸與質(zhì)量，從而增加消耗，降低結(jié)構(gòu)的有效載荷，增加人力、財(cái)力和資源的消耗。隨著信息工作與材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家和工程師們從生物體進(jìn)化的學(xué)習(xí)與思考中受到啟示，提出了力圖從根本上解決工程結(jié)構(gòu)在全生命周期內(nèi)的安全，全面提高結(jié)構(gòu)性能的新思路，引入智能結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的概念。智能結(jié)構(gòu)以生物界的方式感知結(jié)構(gòu)的狀態(tài)和外部環(huán)境，并及時(shí)做出判斷、響應(yīng)和自適應(yīng)。

    礦山機(jī)械的結(jié)構(gòu)健康直接影響礦山安全生產(chǎn)和礦工生命安全，礦山機(jī)械結(jié)構(gòu)自檢測(cè)及自診斷系統(tǒng)采用集成傳感器、控制器及執(zhí)行器為一體的智能結(jié)構(gòu)，賦予結(jié)構(gòu)健康自診斷、環(huán)境自適應(yīng)，以及損傷自修復(fù)等某些智能功能與生命特征，達(dá)到增強(qiáng)結(jié)構(gòu)安全，減輕質(zhì)量，降低能耗，提高性能的目的，是未來重大礦山機(jī)械產(chǎn)品在線監(jiān)測(cè)的方向。