一、行業需求催生自動定量裝車發展
傳統裝車方式弊端重重
在煤炭和砂石行業中，傳統的裝車方式存在諸多弊端。就煤炭行業而言，傳統汽車裝煤現場裝車精度不高，容易欠載或者超載。目前煤炭裝車主要通過人工控制閘門或者給煤機開啟放煤，人工閘門放煤的裝車量純粹靠工人現場估計，而計量給煤機由于放煤過程中人工不斷啟停，導致精度大幅下降，遠達不到裝車精度要求。此外，計量給煤機裝車方式還難以防止拉煤車輛作弊，目前的裝車計量系統是先裝煤后稱重，去皮、裝車、稱重三個流程不是同時進行，空車去皮時車輛故意裝滿水或者石塊加重空車重量，去皮稱重后再放掉水或石塊，以此多裝半噸到 1 噸煤，給煤炭企業造成嚴重經濟損失。而且傳統裝車流程繁雜，進場去皮稱重后司機需下車拿提煤單排隊裝車，輪到時先交提煤單再裝煤，裝好后過磅，裝多了卸，裝少了繼續排隊，反復操作影響裝車效率。
在砂石行業中，傳統的砂石運輸采用手工操作，勞動強度大且效率低下。企業運輸砂石，傳統靠人工裝卸搬運車，靠人的肩扛手抬，費時費力，勞動效率低下，危險性還高。
自動定量裝車必要性凸顯
鑒于傳統裝車方式的種種弊端，自動定量裝車系統在煤炭和砂石行業的必要性日益凸顯。自動定量裝車系統能夠提高作業效率，在煤炭行業，智能無人裝車系統從根本上解決了目前普遍存在的行業問題，實現全自動化無人值守裝車，相比傳統裝車在精度和速度上有質的提升。在砂石行業，自動化裝載技術可以將砂石的裝載過程完全自動化，提高裝載速度，減少人為誤差，提高作業效率。同時，自動定量裝車系統還能降低人工成本，提高安全性和工作質量，為煤炭和砂石行業的發展帶來新的機遇。
二、技術原理與應用場景
（一）煤炭行業應用
系統組成及功能介紹
汽車定量裝車系統在煤炭企業由生產管理 MES 系統、銷售 ERP 系統、DCS 現場控制系統和遠程無人值守稱重系統組成。DCS 現場控制系統通過可編程控制器（PLC）、實現實時監控和裝載控制功能，實現煤炭智能裝載，實現視頻監控、計算機等設備與現場儀表相連。系統無縫對接，自動獲取 ERP 系統中的裝車計劃信息，通過刷卡、車牌識別等多種驗證方式，將現場數據通過 DCS 現場控制系統上傳到汽車定量裝車系統，完成連續裝車、定量自動裝車、清單打印、動態圖紙顯示等功能。
定量裝車系統不僅滿足了定量裝車的基本功能要求，同時考慮到各方面細節流程及安全防范的要素，使客戶裝運效率、精度、安全管理得到全方位提升。
優勢體現
高效快速提升產能：快速定量裝車系統實現了裝車系統的全自動運行，具有裝載準確、精度高、速度快等特點，極大地提高了煤炭的裝車速度，從而提升產能。例如，一個年產 4000 萬的煤礦集團，引入定量裝車系統后，為煤炭運輸打開了 “綠色通道”，根據礦方生產、裝車倉內儲煤、裝車能力等情況安排裝車計劃，提高了煤炭的裝車速度和計量準確性。
精準計量減少誤差：快速定量裝車系統作為一種將散裝的物料按規定質量連續快速的稱重計量，擁有裝載準確、精度高的特點，能夠有效減少傳統裝車方式中容易出現的欠載或者超載問題，避免給企業帶來經濟損失。
穩定可靠降低風險：裝車控制系統在滿足企業認可的同時，兼顧安全性、可靠性。系統的安全性包括煤礦設備安全、網絡及軟件安全等多方面內容，確保系統穩定。面對突發情況或設備故障時，系統可以自動上傳保存數據信息。
智能化操作節省人力：傳統裝車方式現場工作人員勞動強度高，而自動定量裝車系統實現了智能化操作，減少了人工干預，節省了人力成本。
環保節能符合可持續發展要求：響應生態文明建設，煤礦企業的發展更加注重綠色化和信息化，定量裝車系統便是數字化礦山系統建設的一個重要組成部分，符合可持續發展要求。
（二）砂石行業應用
系統組成及功能講述
砂石骨料智能定量裝車系統由電子汽車衡、成品料倉、緩存料倉、補料輸送執行機構（輸送機、卸料門）、放料電控系統、DCS 控制系統、視頻監控系統、料位車位檢測系統、除塵系統、上位機系統等組成。系統提前錄入車輛的卸載量，車輛到達筒倉，識別車號，系統校驗物料與筒倉信息一致，開閘上磅，穩定保存皮重，司機可按按鈕或刷卡開啟下料，系統根據現場需要控制的邏輯點位，自動控制各設備間的邏輯控制，到達提前量，自動收窄下料口，到達裝車量，停止下料，穩定保存毛重，車輛離場。
優勢體現
提高作業效率：傳統人工操作費時費力，不好管理同時極易產生錯誤。而智能定量裝車系統可以快速裝車發運，特別是在產銷旺季，能夠幫助企業增加利潤。例如，企業運輸砂石，傳統靠人工裝卸搬運車，勞動效率低下，危險性還高。采用智能定量裝車系統后，從進廠稱重到裝車出廠實現機械化，提高了作業效率。
減少人工成本：智能定量管理系統具有實時監控和異常預警功能，在重要環節實現無人值守，極大地降低企業的人力成本。
提高安全性：系統具備故障自檢功能，偏載、超限、設備通訊故障報警等功能，一旦發現故障，應在操作站緊急關閉閥門、停止泵或緊急停止 / 停止現場的車道或整個操作場所的裝車作業，以實現直接控制和報警提示。
提高工作質量：自動控制各設備間的邏輯控制，到達提前量，自動收窄下料口，到達裝車量，停止下料，能夠準確控制裝車量，避免傳統人工操作中容易出現的誤差，提高工作質量。
三、關鍵技術與創新點
（一）AI 技術的應用
矩陣軟件利用 AI 技術解決自動裝車難題，進一步提升管控智能化水平。系統在遠程集中控制裝車的基礎上，利用 32 線激光雷達對現場裝車環境進行 3D 建模，自動裝車智能檢測算法（Matrix-LoadDetector）對激光雷達點云動態數據進行分析。除能實現車廂邊緣和料位高度等常規檢測外，還可實現對溜槽位置、車廂擋板、落料位置的 AI 智能檢測，對現場情況檢測更加全面。
以煤炭行業為例，針對快速裝車站及傳統筒倉裝車，部署激光雷達對現場裝車環境實時建模，利用 AI 算法分析點云數據，與現場已有設備及系統對接，替代人工指導現場已有裝車設備動作，實現如皮帶控制、定量倉補倉、溜槽自動控制、定量給煤機控制等功能，同時自動提示現場車輛動作，實現自動定量裝車。在砂石骨料行業，現場裝車設備比較標準且相對獨立，主控對象一般為除塵系統、散裝機、電液平板閥、流量閥、汽車衡、定量皮帶秤（400T 以內）等，同樣部署激光雷達對現場裝車環境實時建模，利用 AI 算法分析點云數據，替代人工指導現場已有裝車設備動作，并提示現場車輛動作，實現自動定量裝車。
（二）智能化功能
無人值守自動裝車：實現裝車的全流程智能化控制，包括空車檢查，挑車，自動識別車號，自動控制防凍噴淋（自動補充配料），自動裝車，平煤，超偏載檢測，自動控制抑塵，基本無需人員參與。經統計，截止 2023 年 6 月山東矩陣軟件已累計落地應用汽車智能裝車項目 400 余套，火車智能裝車項目近 20 套，大大提高了裝車效率，降低了人力成本。
優化作業流程：實現了裝車全流程智能化管理，保證裝車質量，統計的數據更加精準，信息實時共享，消除信息孤島，使裝車流程規范化、標準化。真正做到人員少跑腿，智能化多跑路。例如，自動定量裝車系統融合了現代信息通信技術，通過物聯網技術遠程監控裝車現場的設備和物料，利用大數據技術處理和分析大量的裝車數據，優化裝車策略，云計算技術為系統提供可靠的、可擴展的 IT 基礎設施，互聯網技術確保系統的遠程管理和控制，信息通信技術提高系統的反應速度和準確性，自動化控制技術精確物料計量和裝載，人工智能技術實現智能化的決策和控制，進一步提高了裝車效率和精度。
確保裝車安全：實現了裝車全流程安全把控，裝車前的空車車況的 AI 檢查篩選，裝車中 Al 點云雷達實時監控控制，保證裝料連續性，裝車后對裝車質量 AI 檢測，確保了整個裝車流程的安全。系統具備故障自檢功能，偏載、超限、設備通訊故障報警等功能，一旦發現故障，應在操作站緊急關閉閥門、停止泵或緊急停止 / 停止現場的車道或整個操作場所的裝車作業，以實現直接控制和報警提示。同時，系統會記錄操作人員和控制時間以及控制結果。問題處理后，系統可以在原裝載量下繼續裝載，業務不會丟失。操作屏幕和定量裝載控制器可以設置停止按鈕，停止裝載操作。