趨勢一：數(shù)字化

　　1.礦山機械產(chǎn)品開發(fā)數(shù)字化

　　目前像挖掘機，裝載機等礦山機械產(chǎn)品的開發(fā)呈現(xiàn)數(shù)字化、并行化、集成化和知識化的趨勢。其中數(shù)字已成為實現(xiàn)快速創(chuàng)新開發(fā)的核心技術。產(chǎn)品開發(fā)數(shù)字化的基本構思是利用數(shù)字對產(chǎn)品開發(fā)過程中的各種信息，包括圖形、數(shù)據(jù)、知識、技能等，進行定量表達、存儲、處和控制，從而實現(xiàn)以快速市場響應和創(chuàng)新開發(fā)為目標的全局優(yōu)化運算。除傳統(tǒng)的CAD/CAE/CAPP/CAM等計算機輔助設計與制造技術外，支持快速產(chǎn)品開發(fā)的數(shù)字化技術還包括數(shù)字建模與仿真、數(shù)字樣機與虛擬制造、基于知識的設計技術和設計倉庫、基于網(wǎng)絡的產(chǎn)品協(xié)同設計等。

　　產(chǎn)品開發(fā)數(shù)字化的一個重要特征是產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)品性能的可預測性。制造過程數(shù)字仿真的目的是借助于建筑在物理學和數(shù)學基礎上的計算模型、計算機預演等手段，揭示制造工藝過程的本質，獲得知識及進行制造工藝裝備的自主設計，實現(xiàn)對產(chǎn)品制造、裝配乃至產(chǎn)品整個生命周期過程的預測和優(yōu)化控制能力。主要內(nèi)容包括：1）設計過程仿真，包括外形仿真、裝配仿真、運動學仿真、動力學仿真和多學科集成仿真等；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)模型和動態(tài)模型，精確預測技術可行性、加工成本、工藝質量和生產(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)絡技術，使設計制造各個環(huán)節(jié)的信息與知識在數(shù)字化描述的基礎上得到流通與集成，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)、供應鏈與制造企業(yè)共同保證產(chǎn)品供貨期和質量提供了條件。大型礦山機械設備具有技術含量高、投資額大、批量少、工作環(huán)境惡劣及研制試驗周期長等特點，其開發(fā)適合采用全球分布式網(wǎng)絡化協(xié)作模式，能夠快速響應市場需求，實現(xiàn)資源的全球最優(yōu)配置，通過虛擬價值鏈，快速滿足顧客價值最大化的根本需求。未來礦山機械制造系統(tǒng)不再是單個企業(yè)與長期合作的有限供應商的穩(wěn)態(tài)組合，而是無國界的、多企業(yè)的、短期的最優(yōu)的動態(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，它將地質勘探數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)、地質礦床模型、全礦巷道分布、地面各種建筑設計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系，一目了然地表面礦山的空間組成和結構，構成了“數(shù)字化礦山”的基礎。海量數(shù)據(jù)的存貯技術、數(shù)據(jù)挖掘技術、多維可視化與虛擬現(xiàn)實技術以及光纖維通信技術和寬帶計算機網(wǎng)絡技術，各種新型采掘設備、選冶設備及相關控制管理系統(tǒng)為數(shù)字礦山建設提供了強大的技術支持。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，實現(xiàn)了物流、資金流、人員流等實時動態(tài)查詢，方便了管理層的科學決策；結合全球定位系統(tǒng)，實現(xiàn)車輛的調度、設備作業(yè)定位導向、地面的工程測量等。2）生產(chǎn)監(jiān)測控制管理包括產(chǎn)品質量實時監(jiān)控，電鏟有效載荷稱量、鏟斗裝載精確定位檢測；設備的運行狀況診斷；能源消耗的分析；露天邊坡體形變、滑塌位移監(jiān)測和排土場災害防治和控制等。

　　趨勢二：生態(tài)化

　　1.礦山機械綠色設計

　　礦山機械是消耗資源的大戶、污染的源頭。面對日趨嚴峻的資源和環(huán)境約束，緊密圍繞4R的產(chǎn)品全生命周期設計和管理是降低能耗、污染，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要手段。具體措施為：（1）采用長壽命、低能耗及減輕重量的設計原則。延長產(chǎn)品壽命，可減少機械的生產(chǎn)量和降低其報廢量；降低產(chǎn)品能耗，可減少對環(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)境負荷材料，盡可能不使用氟利昂（空調）、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，礦山機械產(chǎn)品在設計初始階段就要考慮報廢件處理簡單、費用低和污染小，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，特別是結構件的設計應盡可能采用比較容易裝配和分解的大模塊化結構和無毒材料，提高機械材料的再生率；（4）降低整機的振動與噪聲，減輕對周圍環(huán)境的污染。

　　21世紀的中國已經(jīng)成為礦山機械制造大國而讓世人矚目，然而我們并不是礦山機械制造強國，我國制造的有自主知識產(chǎn)權的礦山機械高端產(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)化與宜人化礦山機械，實現(xiàn)重大裝備，高端成套，為我國的經(jīng)濟建設和社會發(fā)展做出更大貢獻。

　　趨勢三 ：智能化

　　 1.地下礦產(chǎn)資源自動化開采

　　信息技術的進步，推動無人采礦技術從現(xiàn)行的、以傳統(tǒng)采礦工藝自動化為核心的自動采礦或遙控采礦，向以先進傳感器及檢測監(jiān)控系統(tǒng)、智能采礦設備、高速數(shù)字通信網(wǎng)絡、新型采礦工藝過程等集成化為主要技術特征的“無人礦山”發(fā)展。

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

　　地下自動采礦需要研究與開發(fā)相應的先進傳感技術及檢測監(jiān)控技術、開發(fā)智能化操作軟件，通信系統(tǒng)向國際標準現(xiàn)場總線靠攏等。井下環(huán)境要素如溫度、濕度、空氣組分、采場地壓、巷道圍巖變形等變量的檢測監(jiān)控技術、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)的實時分析技術、基于井下環(huán)境，空間距離識別、定位及導航技術，諸如埋線導航系統(tǒng)、無源光導系統(tǒng)、有源光導系統(tǒng)、墻壁跟蹤系統(tǒng)、慣性導航技術及裝備，使智能采礦設備具有視覺、力覺、感覺等功能，能感知環(huán)境變化，做出反應，具有自適應能力。

　　2.海底礦產(chǎn)資源開采遙控及無人操縱

　　占地球表面71%的海洋洋底蘊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。深海資源開采技術是指將深海底賦存的多金屬結核、鈷結核、多金屬硫化礦從海底采集并輸送到水面的相關技術。目前只有多金屬結核的開采技術已基本形成了具有商業(yè)開采應用前景的技術原型，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構、極稀軟底和極復雜地形海底作業(yè)裝備的行走與控制技術、海洋風、浪、流作用下礦物結核長距離管道輸送技術、海洋采礦裝備的升降補償技術和整體系統(tǒng)聯(lián)動控制技術等。

　　海底資源開采機械能夠遠距離操縱和無人駕駛，人在機器工作環(huán)境以外，通過人眼直接觀察或借助攝相機觀察機器人工作遠距離遙控操作者本身在控制室內(nèi)遙控操縱，系統(tǒng)應具有臨場感效果，讓操作者身臨共境地進行操作，除要求從機器反饋回聲音信號外，還要求在操作上有圖形顯示能力，將在機器上采集的有關機器完好情況和工作性能的信息傳輸?shù)讲僮鲉T工作站。在采礦機器人利用多種傳感器的信息，動態(tài)實時地感和作業(yè)環(huán)境，并自主作業(yè)方面，有很多問題還有待研究。

　　3.機械結構健康自檢測及健康自診斷

　　傳統(tǒng)的機械結構沒有生命、沒有智能，不能感知外界作用和內(nèi)部損傷，不能做出適當響應保護自己使結構處于最佳狀態(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，將會使結構性能下降乃至破壞，使人民生命財產(chǎn)受到嚴重威脅。

　　為了保障結構的安全，設計者往往采用保守設計，增大結構尺寸與質量，從而增加消耗，降低結構的有效載荷，增加人力、財力和資源的消耗。隨著信息工作與材料科學技術的發(fā)展，科學家和工程師們從生物體進化的學習與思考中受到啟示，提出了力圖從根本上解決工程結構在全生命周期內(nèi)的安全，全面提高結構性能的新思路，引入智能結構和系統(tǒng)的概念。智能結構以生物界的方式感知結構的狀態(tài)和外部環(huán)境，并及時做出判斷、響應和自適應。

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