Электронное автоматизированное управление на бульдозерах

На стройплощадке немного найдется машин, имеющих настолько же важное значение или настолько же сложное управление, как бульдозеры. Спросите у самих бульдозеристов, которые выполняют планировку грунта. Они подтвердят: бульдозер – это сложная для управления и работы машина, особенно для молодых операторов. По этой причине мы так редко встречаем не­опытных операторов, работающих на бульдозерах. Как правило, этими машинами управляют работники с большим стажем.

До того как появились системы электронного автоматизированного управления, операторам приходилось полагаться на свой опыт и интуицию. Опытный оператор чувствует, когда бульдозер набирает в отвал слишком много грунта, и может интуитивно, но довольно точно вывести заданный профиль участка. А вот молодых операторов приходилось долго обучать навыкам управления бульдозером. Сколько лишних проходов за все время строительства приходится делать машинам, чтобы правильно вывести профиль участка? Ошибки в работе операторов бульдозеров могут существенно увеличить производственные затраты строительной компании за счет потерь рабочего времени, дополнительных трудозатрат и увеличения расхода топлива.

Электронные системы автоматизированного управления машинами помогают избежать этих лишних затрат. Строительные проекты теперь выполняются в электронном трехмерном цифровом виде, совместимом с программами управления, и если молодой оператор садится в машину, где система автоматически устанавливает отвал бульдозера в правильное положение согласно цифровой базе данных, которую ввели в программу управления, оператору не нужно использовать интуицию, чтобы перемещать максимально возможное количество грунта при каждом проходе, не допуская пробуксовки гусениц. На экране монитора в кабине оператор может в реальном времени видеть действительный профиль поверхности участка и как нужно установить отвал для того, чтобы точно вывести заданный профиль.

Что способствует распространению технологий автоматизированного управления

Продвигая на рынок технологии электронного автоматизированного управления бульдозерами, производители подчеркивают, какую экономию производственных затрат обеспечивают эти системы. И это правильно, ведь подобные системы сами по себе стоят денег. Производители должны наглядно показать строительным компаниям, что затраты со временем окупятся. К счастью, сделать это не столь сложно: автоматизированное управление процессом нивелирования и планировки обеспечивает фантастическую окупаемость.

Если система автоматизированного управления машиной используется надлежащим образом, за счет высокой точности работы машины (современные системы нивелирования и автоматизированного управления планировкой обеспечивают точность в пределах 15 мм!) делают меньше проходов. Специалисты утверждают: если без спутниковой системы автоматизированного управления бульдозеру нужно сделать примерно 10 проходов, чтобы точно вывести поверхность, при наличии указанных систем достаточно всего 6 проходов, а значит, уменьшается расход топлива. Сокращаются непроизводительные затраты рабочего времени: раньше бульдозеристу приходилось покидать кабину и заниматься переналадкой орудий и систем своей машины, а теперь он может поменять настройки и регулировки прямо на экране дисплея, не выходя из кабины, например, чувствительность управления скоростью или отвалом, изменить направление движения с переднего на заднее.

Один из специалистов рассказал: после внедрения электронных автоматизированных систем управления компания стала выполнять за один день столько же работы, сколько раньше выполняла за неделю. Например, при укладке бордюрного камня раньше приходилось выставлять геодезические вешки, натягивать шнур и лишь затем укладывать камни. Если была непогода, приходилось пережидать ее. Теперь же система нивелирования настраивается один раз, и затем можно укладывать бордюрные камни один за другим без перерыва, работа выполняется очень быстро. Причем в электронных системах управления всех строительных машин и оборудования на данном строительном объекте используются одни и те же массив пространственных данных и координатная сетка. Меньше требуется рабочей силы: можно обойтись без бригады геодезистов с вешками. А если количество людей на стройплощадке уменьшается, значит, повышается безопасность работ.

Блоки систем автоматизированного управления можно переставлять на другие машины, даже разного типа – например, с бульдозера на автогрейдер. Если машина берется в аренду, можно использовать на ней систему автоматизированного управления, а после переставить систему на другую арендованную технику. Таким образом, повышается коэффициент использования оборудования и расширяются возможности компании по использованию своей техники. Строительной компании теперь не нужно иметь две машины – бульдозер для начальной планировки и автогрейдер для финишной отделки, всю работу может выполнить один бульдозер.

Машины, оснащенные автоматизированным управлением, могут быть даже фактором, привлекающим молодых операторов, т. е. облегчающим компаниям задачу подбора персонала, которого всегда не хватает. Эти технологии упрощают процессы начальной подготовки участка к планировке и финишной отделке даже для опытных профессионалов.

Системы автоматизированного управления отдельных машин объединяются средствами телематики. Руководству компании предоставляются сводные отчеты о показателях работы всех машин (выработке, расходе топлива), помогающие найти пути экономии, «узкие места» производственного процесса и т. д. Наличие на машинах систем нивелирования и управления через GPS/ГЛОНАСС повышает имидж строительной компании в глазах клиентов, что тоже немаловажно. Все, кто использует подобные системы, подтвердят это.

Технологии автоматизированного управления в течение ряда последних лет становятся все проще в использовании. Информация выводится на экран дисплея в интуитивно понятной форме, оператору проще отслеживать наиболее важные сведения и управлять работой машины. Опытные операторы все больше проникаются доверием к технологиям автоматизированного управления машиной. Они понимают, что эти системы не способ для руководства компаний заменить их на менее квалифицированных, т. е. более дешевых работников, а скорее инструмент, который позволит им работать с более высокой производительностью.

Все больше строительных компаний приобретают бульдозеры, оснащенные электронными системами автоматизированного управления. Причина проста: подобные системы повышают экономический эффект работы. А в условиях кризиса потребность строительных компаний повысить экономическую эффективность своей деятельности стала еще более насущной.

Что препятствует распространению технологий автоматизированного управления

Существуют чисто технические проблемы: системы автоматизированного управления можно установить только на машины новейших поколений: электрогидравлическое управление и различные датчики совместимы с электронными системами автоматизированного управления. На машины старых выпусков подобные системы поставить невозможно, и это является препятствием для их распространения.

Серьезным барьером на пути распространения таких систем являются финансовые соображения. В непростых экономических условиях компании должны просчитывать каждый рубль затрат и очень осторожно оценивать возможности окупаемости. На первый взгляд затраты на приобретение трехмерной системы автоматизированного управления на базе GPS/ГЛОНАСС плюс инфраструктуры для нее на строительном объекте и программного обеспечения для офиса могут выглядеть довольно высокими. Тем не менее, если строительная компания все же решится на такие вложения, то, получив большое повышение производительности работ и окупив затраты за 6 месяцев или раньше, она убедится в правильности своего решения.

Еще одним немалым препятствием является недостаточная информированность строительных компаний о преимуществах и возможностях этих технологий, а также сила привычки. Использование автоматизированного контроля требует изменения всего процесса работ. Однако за последние лет пять в сознании многих даже самых твердых приверженцев традиционных технологий произошли немалые перемены. С распространением планшетов, нетбуков, iPhone и других современных гаджетов люди начинают испытывать большее доверие к современной электронной технике.

И наконец, человеческий фактор, отсутствие у строительных компаний персонала, который мог бы заниматься внедрением и эксплуатацией подобного оборудования. По этой причине компании – разработчики систем автоматизированного управления развивают дилерские сети, помогающие внедрению данных технологий, организации обучения персонала и обслуживания оборудования.

При внедрении автоматизированных систем управления рекомендуется обратить внимание на то, чтобы на бульдозерах в сферу их действия входило управление гидрораспределителем вместе с управлением всей машиной. Для начала можно даже приобрести подержанное оборудование, чтобы цена не была столь высокой. Оборудование быстро окупится, а эффективность его внедрения будет видна сразу.

Бульдозеры Caterpillar: основная мотивация – оптимальность

Рязанская строительная компания «Долстрим» вышла на рынок не так давно, всего 4 года назад, но благодаря опытным специалистам уже успела накопить значительный практический опыт в сфере ремонта и строительства автомобильных дорог. На счету компании участие в таких крупных федеральных объектах, как строительство дороги М5 «Урал», строительство обходов Рязани и поселка Кирицы, а также первой в Рязани эстакады и тоннеля на въезде в город.

«С техникой компании Caterpillar я познакомился лет 10–12 назад, еще работая в другой организации, – говорит генеральный директор ООО «Долстрим» Игорь Волошенко. – С тех пор всем говорю, что это машины для серьезной работы, которые не боятся трудностей и при подготовленном операторе готовы выполнить любую задачу».

С учетом нынешней экономической ситуации руководство компании выбирает технику, которую можно использовать максимально эффективно. В парке компании уже 18 единиц техники от Caterpillar. «Долстрим» выполняет почти все подряды с помощью моделей бульдозеров Cat D6N и Cat D6R, которые прошли уже не одну проверку на прочность. Конструкция этих машин обеспечивает превосходные эксплуатационные характеристики даже в тяжелых условиях, в том числе при температурах, характерных для русской зимы.

«Приведу наглядный пример, – рассказывает И. Волошенко. – Года три назад зима выдалась суровая: по ночам доходило до –38 °С. Наши конкуренты были вынуждены остановить весь технологический процесс, потому что не могли завести свою технику. А мы продолжали достойно выполнять работу – и всё благодаря технике Cat®, которая обеспечила нам такое мощное преимущество».

Гусеничный бульдозер Cat D6N* – это универсальная машина, оснащенная высококлассным оборудованием: дизельный двигатель Cat C6.6 ACERT™, дифференциальное рулевое управление, ходовая часть SystemOne™. Чтобы достичь максимальной производительности при работе с цифровыми системами профилирования на основе GPS, ATS и AccuGrade, инженеры Caterpillar усовершенствовали конструкцию бульдозера новыми электрогидравлическими органами управления.

«Наша основная мотивация при выборе этих машин – их оптимальность. Бульдозеры Cat D6N и Cat D6R как раз под стать нашим объемам, и мы используем их на всех работах по устройству дорожной одежды: при подготовке основания из щебня, при планировке откосов, на различных земляных работах и работах с инертными материалами в дорожной одежде», – рассказывает И. Волошенко.

С точки зрения оператора, электрогидравлическая система бульдозера обеспечивает более быструю реакцию на перемещение органов управления, более точное управление навесным оборудованием и более мягкое перемещение рычагов. Кроме того, на рабочем месте оператора появились новая приборная панель и автоматический регулятор температуры, а улучшенная система подачи воздуха и новые уплотнения кабины создают в ней почти «офисный» комфорт. По словам И. Волошенко, после длинного трудового дня операторы Cat D6R выходят из кабины без усталости и с улыбкой на лице: мощная, удобная и послушная машина им определенно нравится.

---

* На смену D6N в начале 2016 г. пришла модель D5R2 – лучший вариант для рабочей площадки. D5R2 обладает мощностью, которая требуется для землеройных работ, а также точностью и маневренностью, необходимыми для точного профилирования. В этой модели присущие всем бульдозерам Cat дифференциальное управление поворотом и приподнятое ведущее колесо сочетаются с новой кабиной и дополнительными функциями управления машиной, благодаря чему достигается производительность мирового уровня и обеспечивается простота эксплуатации. Бульдозер оснащен новым двигателем Cat C7.1 с технологией ACERT, обладающим высокой мощностью и надежностью.

Системы разных производителей

Компания Caterpillar (совместно с Trimble) разработала и внедрила на своих бульдозерах различные функции и автоматизированные системы, которые делают процесс управления более интуитивно понятным. Например, систему стабилизации положения бульдозерного отвала StableBlade, построенную на основе блока измерения сил инерции, который воспринимает движения машины во время работы. Система StableBlade помогает оператору выполнять финишную планировку точнее, быстрее, более качественно и с меньшими усилиями. В результате сокращаются производственные затраты компании. Совместно с Trimble компания Caterpillar также разработала технологии автоматизированного управления планировкой для бульдозеров малых типоразмеров Accugrade 3D.

Caterpillar также оснащает бульдозеры указателем угла наклона машины в продольной и поперечной плоскости. Это помогает операторам точнее выполнять планировку. Кроме этих базовых систем на бульдозерах Caterpillar предлагаются системы Slope Assist и Cat GRADE с опцией, работающей в режиме 3D (трехмерном). Система Slope Assist управляет положением бульдозерного отвала, выставляя его в нужном положении для формирования правильного угла наклона в боковой плоскости. Система Cat GRADE управляет нивелированием и планировкой на основе GPS/ГЛОНАСС, а также снижает вероятность пробуксовки гусениц.

Системы автоматизированного управления предлагаются на рынке и отдельно от конкретных машин. Владельцы техники могут самостоятельно выбрать и приобрести понравившуюся систему. Преимуществом приобретения подобной системы отдельно от машины является возможность устанавливать эту систему и на другие машины. Так, компания Trimble недавно выпустила дополнения к своему портфолио программ автоматизированного управления с целью расширить целевую клиентскую группу строительных компаний. Система управления планировкой Trimble GCS900 предназначена для бульдозеров, автогрейдеров и экскаваторов. А версия программы GCS900 под индексом 12.7 отличается наличием новой технологии GradeMax Plus, предназначенной для увеличения производительности бульдозеров. Она дает возможность оператору выполнять планировочные работы быстрее и с большей точностью. В системе используется датчик инерции Trimble GS420 Inertial Measurement Unit, который определяет мгновенные величины ускорений и изменения ориентации машины. Trimble также увеличила скорость, с которой система GCS900 переключает гидрораспределитель и клапаны гидросистемы бульдозера, чтобы управление было более плавным и точным, а отвал бульдозера перемещался быстрее, в результате операторы могут выполнять планировку поверхностей с высоким качеством и скоростью. GradeMax Plus дает возможность операторам выполнять планировку самых разных сложных поверхностей практически без ограничений. Например, операторы могут свободно поворачивать отвал бульдозера в процессе работы на крутых склонах и поддерживать постоянную скорость планировки.

Компании, работающие в отрасли утилизации отходов, также используют технологии автоматизированного управления бульдозерами для сокращения производственных затрат. Например, компания Trimble разработала программу 3D-нивелирования и навигации GPS/ГЛОНАСС, которая может использоваться для проверки в реальном времени строящегося полигона ТБО на соответствие правилам и нормам и оценки возможности его лицензирования после завершения строительства. Это повышает производительность строительных работ, и если при строительстве полигона ТБО что-то выполняется неправильно, это можно оперативно исправить, не прерывая работ. В результате ускоряется процесс лицензирования и ввода в эксплуатацию нового полигона.

Компания John Deere выпустила бульдозер мод. 700К SmartGrade Dozer (премьера состоялась в январе 2016 г., а продажи начались в марте). Эта модель оснащается электронной системой автоматизированного управления нивелированием и планировкой Topcon 3D-MC2. Система интегрирована в общую электронную систему управления бульдозера и позволяет даже малоопытному оператору выполнять сложные планировочные работы. Новый бульдозер также оснащен датчиками наклона: один располагается позади отвала, а второй на корпусе машины. Эти датчики генерируют примерно 100 корректирующих сигналов в секунду. Система управляет положением отвала и всего бульдозера. Она способна «чувствовать», когда нагрузка на отвал достигает такой величины, что бульдозер может с ней не справиться и гусеницы начнут пробуксовывать. Получив соответствующее предупреждение, оператор приподнимает отвал настолько, чтобы бульдозер продолжал работу без пробуксовки гусениц. Также в экономичном режиме Eco система управления регулирует обороты двигателя в зависимости от нагрузки на отвал, тем самым повышая производительность и уменьшая расход топлива бульдозером.

Однако по желанию заказчика компания John Deere может оснащать свои бульдозеры системами автоматизированного управления и других производителей: Trimble и Leica.

Компания Topcon Positioning Systems Inc. разработала систему автоматизированного управления бульдозером через спутниковую систему геодезической навигации GPS/ГЛОНАСС – 3D-MC^MAX. Эта система построена на базе «Блока измерений инерции», в составе которого используются новейшие гироскопические датчики и акселерометры. С их помощью отслеживаются перемещения режущей кромки отвала по шести направлениям. Система увеличивает скорость реагирования оборудования на команды, пригодна для любых видов черновой и финишной планировки. Используются два самых совершенных в данной отрасли датчика инерции – на корпусе машины и на отвале. Они помогают системе точно выставить режущую кромку отвала для выполнения любых работ. Очень точные датчики рассчитаны на тяжелые условия эксплуатации, они работают с прочной и надежной антенной MC-G3, установленной в кабине. Благодаря этому для определения положения отвала теперь уже стала не нужна 2-метровая мачта с антенной на отвале. Антенна MC-G3 принимает сигналы с навигационных спутников, отфильтровывая помехи и обеспечивая тем самым высокую точность автоматизированного управления планировкой. Система 3D-MCMAX может использоваться для финишной планировки, которая ранее традиционно выполнялась автогрейдерами. Теперь бульдозер, закончив грубую первоначальную планировку, может быть быстро перенастроен на финишную планировку, и таким образом, работы станут выполняться быстрее.

Компания Case Construction предлагает автоматизированные системы управления на своих бульдозерах с декабря 2013 г. Совместно с компанией Leica Geosystems Case разработала автоматизированную систему управления планировкой Leica iCON iGD3. Система работает, используя сигналы навигационных спутников GPS/ГЛОНАСС, и способна значительно увеличить производительность бульдозера при выполнении землеройных и планировочных работ. В системе имеется функция Advanced Load Management, которая автоматически уменьшает скорость движения гусениц, чтобы не было пробуксовки, когда нагрузка на отвале достигает критической величины, поддерживая оптимальные величины мощности и производительности. В состав системы входит телематическое оборудование Leica iCON, обеспечивающее передачу данных о работе машины в офис компании и получение техподдержки онлайн. Базовая версия системы имеет двухмерную (2D) форму, но по желанию заказчика может быть преобразована в трехмерную. Управление может осуществляться по сигналам GPS/ ГЛОНАСС, а также по сигналам тахографа, лазерным и ультразвуковым. Блоки системы могут быстро переставляться и использоваться на других машинах.

Все другие производители также расширяют предлагаемый ассортимент электронных систем автоматизированного управления для своих бульдозеров.

Телематика

В состав систем автоматизированного управления обычно входит и телематическое оборудование, о преимуществах которого мы уже не раз писали. При наличии телематического оборудования руководители компаний могут, например, обнаружить, что у какого-то конкретного бульдозериста машина много времени работает на холостом ходу. Из-за этого возрастает потребление топлива, а оператор может даже не подозревать об этом.

В большинстве телематических систем, присутствующих сегодня на рынке, используется односторонняя связь, но в системах Topcon и Trimble связь является двусторонней, диалоговой. Благодаря диалоговой связи можно подгружать свежие данные, обновляя программу управления.

Однако прежде чем приобретать телематическое оборудование, надо позаботиться, чтобы в штате был специалист, способный работать с ним.

Еще одна важная рекомендация: найти для покупки надежного дилера, потому что в первые 1–3 года клиент нуждается в серьезной помощи дилера для того, чтобы освоиться с новым незнакомым телематическим оборудованием, и в этой ситуации именно дилер может оказать большую поддержку и помощь, доставить запчасти и специалистов по ремонту.

В строительной отрасли электронное автоматизированное управление пока не очень распространено, по некоторым сведениям, в мировом масштабе им оснащено менее 20% оборудования. Но по-видимому, у современных компаний нет иного выбора, кроме освоения электронных технологий автоматизированного управления. Это важный фактор, обеспечивающий повышение экономической эффективности работы дорожно-строительной техники. К тому же документооборот в бумажном виде, отнимающий массу времени и денег, постепенно уходит в прошлое, и системы автоматизированного управления вписываются в процесс перевода всего документооборота в строительной отрасли в электронный вид: документы и проекты будут разрабатываться в электронном виде, подписываться электронными подписями, пересылаться по защищенным каналам связи, проверяться и утверждаться в таком же виде всеми органами.