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“智能建設”如何改變傳統工程機械行業

10/9/2018
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“智能建設”如何改變傳統工程機械行業
作為全球工程機械領域多年的領導者與競爭對手——美國卡特彼勒公司和日本某知名廠商對物聯網技術的創新應用,某種程度上代表著傳統工程機械向智能化轉型的發展方向。
撰文丨李堅

     所謂“智能建設”,是指在建設工地現場的所有工程信息全部通過最新的ICT 技術來採集信息,自動生成數據,然後由後台生成、分析數據,然後通過算法有針對性的制訂工程方案,以輔助甚至無人控制工程機械。

     隨著物聯網浪潮的到來,挖掘機、工程車等重型機械設備行業也在發生著改變。眾多廠家已然意識到智能化的重要性,開始積極佈局物聯網技術,這標志著工程機械正在加速進入智能時代。

工程機械行業轉型背後的技術手段

     提到挖掘機、工程車等重型機械設備,可能很難與大數據、無人機、無人駕駛等最熱門的科技結合起來。要讓傳統工程機械走入物聯網,技術實現的關鍵點是數據的採集和傳輸,再通過管理平台進行在線監測,查看機械運轉狀態,以提升使用效率。研華科技認為,傳統的工程機械商業模式僅是買車、賣車的行為,想要轉型就需要將其上升為提供解決方案。面對工程機械行業的升級,研華以實際行動為其增添助力。

     首要問題是各種數據的採集和分析。工程機械的智能化涉及到大量感測器的使用,包括坡度控制、智能定位、壓實控制、路面監測、GPS 信號傳輸和智能分析、有效載重等。針對這些數據做出反饋後,又涉及到遠程操控以及基於工程機械行業特點的軟件算法和數據分析。

     其次,工程車輛各種零組件非常昂貴,一旦在遙遠的施工現場,如深山或礦區發生故障或拋錨,替換維修的成本非常高。所以客戶希望能夠預先對車況進行監測,提前預防故障的發生。再者,由於工程用車成本有時可達上千萬人民幣,很多中小型客戶常採用車輛租賃的模式。為了提高利用率,租賃公司想要瞭解自身車輛的使用情況。

     最後,由於數據的寶貴,採集和傳輸的設備需要堅固、穩定,對震動、溫度和濕度的要求比工業電腦起碼要強5倍以上,才能保證在深山或礦區這樣的嚴苛工作環境中穩定運行。

     面對這些需求,解決之道是在工程車上配備可以提供資料採集、運算、傳輸以及車輛行走影像截取等服務的車載電腦,能夠將工程車上各種採集、測量設備串聯,實現數據聯網。工程車開到深山裡去,仍可以通過研華的平台來進行在線升級,利用無線網絡下載和更新軟件。而所有這些從感測器、影像到雷達的數據都可通過研華的平台進行延伸和傳輸。

行業領導企業的智能化發展之路  

     早在物聯網概念出現之前的20 多年,日本某知名廠商已經前瞻性的提出將“聯網、智能”的概念導入到礦車、農耕以及工程用車領域,更在前幾年提出了“Smart Construction”(簡稱智能建設)的概念。   

     所謂“智能建設”,是指在建設工地現場的所有工程信息全部通過最新的ICT 技術來採集信息,自動生成數據,然後由後台生成、分析數據,通過算法有針對性的制訂工程方案,以輔助甚至無人控制工程機械。相對於汽車領域使用駕駛輔助系統,工程機械如智能推土機和智能挖掘機主要應用到的是IMC(智能機器控制)技術,主要用來控制邊界。     

     簡單來說,這家廠商可以通過無人機來對施工現場的土地成分、數量、面積等數據進行測量,採集到高精度的數據後進行3D 圖象建模,這些數據和圖象會上傳到雲端,然後通過計算為挖掘機等工程設備提供最高效率的施工方案。一方面該廠商在該領域多年,積累了非常多的測量經驗,另一方面他們也在積極與第三方的測量行業如拓普康進行合作,開發專門的測量、設備管理軟件和算法。   

     通過這套軟件,客戶可以方便地上傳設計圖紙,下載工作數據,發送消息,以及使用設備監控和遠程診斷等功能。因為是通過直接的人機交互界面,那麼用戶使用的教育成本大大降低,比以前直接看圖紙要直接。只要能看懂操作路徑的指令,駕齡2、3 年的人也能學會駕駛。此外,由於具體的數據通過相關的軟件進行自動記錄存儲,也方便項目經理管理整個工程。

     另一家工程巨頭美國卡特彼勒公司(以下簡稱卡特彼勒)也很早就開始布局智能工程機械技術。卡特遠程操作技術可實時操作2200 公里外的推土機。通過眼前的屏幕,從不同視角全方面查看千里之外的推土機實際運營狀態以及周圍環境,無論是手柄還是腳下剎車都與真實操作情況一致。通過遠程操作系統,操作手可以選擇視野更好的角度觀察設備運行,與坐在駕駛室內操控相比,能夠更充分地評估操作地形,平穩、連續地對設備進行遠程控制。

     遠程操作使操作員遠離危險區域和機器振動。幾乎所有的設備功能都可以通過控制台進行操作,包括發動機發動、加速、減速和停止,轉移、轉向、定向控制和制動,以及車燈和喇叭等附加功能。操作室內的儀表和其它顯示器顯示的關鍵數據也可以通過操作員的控制台查看。一旦控制台出現問題、系統失去動力或與設備之間的無線電通信中斷,也可以通過系統擁有的緊急停止的功能進行操作。遠程控制系統可以幫助施工人員遠離存在危險的作業現場,使施工變得更加安全、作業環境更為舒適。

     目前,卡特彼勒已經研發出了最新的遠程操作技術。操作員可以同時管理三台裝有半自動操作解決方案的D11,這是卡特彼勒最大型的推土機。在研發階段,這一系統在25,000 個小時的運行時間裡搬運了大約1,835 萬立方米的材料。

機械行業“智能建設”的初衷及未來

     日本社會正長期面臨著老齡化嚴重、勞動力缺乏的現象,工程機械領域新入行的工人專業技能又不足,這些問題使日本的施工建設受到了很大阻礙。為瞭解決以上問題,日本知名廠商針對性地提出了無人化機械設備的概念。目前這家廠商已經在日本幾百個施工現場啟用智能建設方案,這些方案還在試用階段,針對的本土客戶也大多是小型的建設公司,比如5~10 人,這樣對於效率的要求會比較高。通過節省的人力成本,可以達到服務效率的提高。

     不論對於日本還是美國來說,推土機的使用環境常常都比較艱苦,比如在露天礦未開採工作面以下或者滑坡附近。即使在穩定的環境中,操作員也可能面臨持續的全身振動或者暴露在沙塵之下的危險。近年來,政府和公司越來越重視對推土機操作員的保護,希望減少員工在危險環境下作業的時間。長遠來看,幫助公司保持生產率並實現安全目標的最好方法就是使用遠程控制的技術。

     在工程機械領域,數據都跟車輛的使用、安全、生產效率有很大關係,可能包括駕駛人員的駕駛習慣、車輛檢測、診斷的數據等。分析這些數據將為企業減少設備維護成本,降低因意外故障所導致的產量損失。總體來說,還有很多蒐集到的數據看不到用途,但目前商業模式還在探索中,未來從中一定可以發現新的寶藏。

(圖)傳統的工程機械商業模式僅是買車、賣車的行為,智能建設將其上升為提供解決方案的商業模式。