施工设备机器控制改造工地智能

创新的步伐仍在以指数级的速度继续。“在过去的几年里，我们看到了采用机器级控制解决方案的巨大增长，”约翰迪尔建筑和林业公司产品营销经理Sean Mairet说。“这一技术的采用改进了坡度控制解决方案，例如取消了桅杆塔和线圈电缆等外部坡度控制组件。此外，我们还集成了自动化功能，以进一步增强坡度控制解决方案。”

随着技术成本的下降，它已经迅速传播到新的机器类型。Mairet说:“你可以看到非传统的坡度控制机器采用了坡度控制技术。“以我们的为例新的333G SmartGrade紧凑型履带装载机而且SmartGrade挖掘机．这些类型的机器是较新的坡度控制，但现在享受着坡度控制技术给工地带来的巨大价值。”

天宝提供Earthworks GO!这是一款专为将坡度控制技术扩展到小型机床空间而量身定制的产品。“这是便携式的，非常具有成本效益，”卡梅伦克拉克说，土方工业总监土木建设部，特林布尔。“它有磁性地安装在分级附件上。你可以使用自己的显示器。可能是你的手机。”

“每个人都在关注大型设备——推土机、平地机和挖掘机。但我们从来没有真正关注过小型挖掘机，也就是像撬式转向器这样的紧凑工具，”海克斯康旗下徕卡地质系统(Leica Geosystems)产品管理机器控制总监克里斯·马斯(Kris Maas)指出。“我们肯定在寻求这些解决方案。与机器的成本相比，成本太高了。它正变得越来越便宜，越来越适合不同的机器。”

半自动功能可以简化许多复杂的操作，例如用挖掘机挖沟。 特林布尔

准确性和处理能力提高

Topcon定位集团高级副总裁兼施工总经理Murray Lodge认为，最显著的改进是组件的处理能力和惯性测量单元(IMU)技术的快速进步。虽然性能有所提高，但价格却大幅下降。“由于商品化，它真的下降了。你现在也能够构建更准确的imu，”他说。

这些进步使机器能够以更快的速度运行。洛奇说:“当你开始增加负载感应功能，这样你就知道刀片上的阻力太大了——你的材料太多了——然后刀片就会自动向上翘一点。”“你不必放慢脚步;你可以保持恒定的速度。”

这些进步也使该技术有可能适用于更多的机器形式，如快速改变方向的防滑转向机或履带式装载机。洛奇回忆道:“在老式的机器控制技术中，你使用的是重力流传感器、慢速处理器和从GPS接收信号，延迟太大了，以至于你无法跟上。”“你要么放慢速度以获得所需的精度，要么就无法使用它。”

卡特彼勒公司高级市场专家Scott Hagemann也认为传感器和imu的进步是最重要的成就。“它们非常快，用同一个传感器测量许多不同的角度。它们的尺寸也非常紧凑，所以可以安装在远离伤害的地方。”

Clark说:“当你将传感器和IMU的进步与ECM(引擎控制模块)的额外处理能力结合在一起时，我们看到了真正的性能提升。”你有更多的数据，也有能力用这些数据做更多的事情。

IMU技术也使无质量系统的发展成为可能。传统上，承包商会在晚上从桅杆上拆除坡度控制部件，以防止盗窃。克拉克说，无支架系统意味着你不必担心每天都要搬东西，也不必担心每天从梯子上摔下来的风险。

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系统显示是另一个需要改进的领域。Hagemann说:“它的尺寸更大，但触摸屏让它有智能手机的感觉。“它们实际上是运行应用程序的平板电脑。我们用来控制等级的应用程序叫Cat grade。操作员可以像你的手机一样按住、滑动、缩放和旋转。这种感觉改变了操作者的态度;他们对科技更放心。”

Clark说道:“业界一直致力于让系统更加直观。天宝雇佣了一个专注于用户体验的团队，以确保产品更直观，这减少了学习曲线和培训要求。

非传统的坡度控制机器，如紧凑型履带式装载机，正在适应坡度控制技术，因为成本已经下降。 约翰迪尔

从机器解决方案到生态系统

此外，还有一种趋势，即从独立解决方案转向机器连接的生态系统解决方案。

克拉克说:“我们已经看到了工作流程的巨大改进，从办公室获取数据，能够远程管理和了解网站上正在发生的事情。”在大流行期间强调了这一点的重要性。连接的机器还允许将计划更新远程发送到现场的所有机器。

但是连接需要大量机器的输入。小松公司的高级产品经理Michael Salyers说:“如果你在工作现场只有一台连接到办公室的机器，它并不能真正帮你解决很多问题。”连接起来并提供数据的机器越多，实时决策就越可行。

坡度控制系统提供的信息与车载远程信息处理系统集成后将变得更加有用。“SmartGrade解决方案已经从工厂集成到JDLink中，”Mairet说。“最近宣布，SmartGrade远程支持将于今年添加到SmartGrade机器中。该支持套件包括远程显示访问(RDA)和无线数据传输(WDT)，使经销商和客户能够远程登录到显示器，以帮助排除故障或无线传输文件到机器。”这有助于防止机器在现场跳闸。

机器数据可以直接发送到云端。哈格曼说:“无论你在哪里，你都可以通过手机、平板电脑或电脑获得这些信息。”这将推动新的流程和效率。“我们可以将移动的泥土与燃烧的燃料、工作时间和装载的卡车联系起来。这些数据使我们的客户能够越来越快地做出决定。”

实时信息是游戏规则的改变者。Salyers说:“现在你可以做出更好的决定，调整项目进度、项目计划、材料订购和交付。”“你可以更有效地调整这些时间表，因为你可以更实时地看到工地上正在发生的事情。” 约翰迪尔的SmartGrade解决方案提供实时信息，实现更优化的工作流程。 约翰迪尔

目标是使用实时信息来优化工作流程。洛奇说:“监控整个工作流程才是真正能产生重大影响的地方。”“如果你想获得现场发生的实时准确信息，你必须能够收集不同类型的数据，将它们组合在一起，然后拥有一个基于云的系统，可以立即处理所有这些信息。这些信息需要立即传达到每台机器、每一位审核员和卡车上的每一位领班。”

这需要机器之间的对话，再加上其他形式的数据收集，比如无人机。Topcon使用Sitelink连接将这些数据连接在一起。

获取数据一直是许多运营混合车队的承包商面临的挑战之一。马斯说:“当人们购买一台机器时，他们需要坚持一个品牌，以获得整个生态系统。”“这是我们今天面临的限制之一。如果一个承包商想要获得关于生产力的全部信息，他们需要有一个品牌的机器，因为他们生活在自己的生态系统中。这在建筑行业仍然是一个问题，他们正在制定数据格式的ISO规范，可能会在今年年底或明年年初可用。”

展望未来

增加机器连接将允许进一步的进步。克拉克说:“我们不把它看作是单个的解决方案，而是我们能在生态系统层面上做些什么。”“系统中添加了更多的智能，以真正帮助熟练的操作人员提高效率和生产力，辅助功能有助于优化工作流程。”

该系统将从简单的等级控制转向指导操作员如何完成任务的系统。这可能包括平视显示器或增强现实。

为了实现这些进步，作业现场的机器需要连接起来。洛奇说:“这就是网站自动化的必经之路。”“如果我在一个工地上有10台设备，其中只有两台有控制系统，我只能做这么多。”当整个车队连接起来时，机器可以以更高的生产力水平一起工作。

Mairet说:“展望未来5年，集成、采用和自动化是三个似乎正在受到关注的领域。”“在工厂进行集成可以实现更好的安装一致性，客户也看到了坡度控制技术解决方案的价值。随着技术采用和集成的增加，自动化进一步提高生产力的机会甚至更大。坡度控制技术无疑是未来额外自动化的一个非常重要的组成部分。”

徕卡的推土机级控制解决方案与徕卡ConX接口，通过基于云的ConX平台轻松实现办公室和机器之间的数据传输，远程通信，车队管理和土方生产率分析。 徕卡呈

克拉克说，通往自主的道路是一段旅程。他评论说:“在这个过程中增加价值是有意义的——提供半自动功能的帮助，真正帮助提升熟练劳动力。”

大多数制造商都表示，最终目标是自动驾驶。哈格曼说:“但在这项技术开发出来之前，我看到了更多有助于管理出租车工作的功能。”例如，品位控制系统知道最终的设计所需，设计方案载入显示器。机器的刀片或铲斗知道当前工程的状态、标高。他们可以用这个来比较并给出项目的实时更新。

Hagemann继续说道:“坡度控制非常有益，因为我们知道机器及其主要部件的位置——叶片、铲斗、履带、开膛器、驾驶室、吊臂、杆等。”“我们可以利用已知的位置来控制机器的运行位置，而不仅仅是刀片或铲斗的位置。通过这样做，我们可以控制机器向左或向右移动，向前或向后移动，以及向上或向下移动部件。介于两者之间的一大步将是对我们的机器进行远程控制，然后是自动化。”

安全将是自动驾驶道路上的一个重要话题。马斯说:“为了进一步实现自主或自动化，你需要考虑到安全问题。”“如果你对运营商的依赖较少，你就需要考虑到这方面的问题。如果出了问题，机器就会停止工作。

“今天我们的半自动挖掘机已经有了这个标准，”他指出。“建筑工地的问题在于它是动态的。它是不断变化的。你需要能够对建筑工地上不断变化的环境做出反应，以避免某些物体。”

自动化将需要新的安全措施。“你会看到安全元素被添加到坡度控制系统中，”克拉克说。“你必须确保它是安全的，你必须像一个经验丰富的机器操作员那样，将工作流程自动化。”

将坡度控制系统集成到机器中，并使用速度传感器、先进的imu和压力传感器，可以为操作人员提供更多的服务。 小松美国公司

机器集成提高了标准

Topcon在近十年前帮助将oem集成的坡度控制系统推向市场。由于这些系统与汽车can系统和液压系统紧密结合在一起，所以这些系统可以做一些售后系统无法做到的事情。洛奇表示:“但解决方案还需要增强客户的混合车队。”承包商需要最有效的解决方案，以适应整个车队和整个操作。集成系统和售后系统都可以与Topcon生态系统通信。

“在过去几年里，这些系统实际上开始成为机器的一部分，而不仅仅是一个附加组件，”小松公司的塞耶斯说。“现在，我们真的开始看到系统的可用性和功能的增加，因为它与整个工地有关。机器知道在它们自己的环境中正在发生什么。”它们能感觉到负载过多或过少。

在综合技术发展之前，坡度控制主要是安装在叶片上的系统。“它只知道确切的目标是什么，以及需要走多远才能达到目标，”塞勒斯说。这限制了应用程序主要完成分级。承包商和运营商只会在10-15%的时间内使用刀片控制系统。”

对于大多数土方工程来说，大量搬运材料是所发生的最大工作量。“这是承包商或开发商的最高成本，”洛奇说。“这项技术现在被用于工地上任何材料的一般移动。如果我在设计的一开始就自动化了工作流程，我就会尽可能高效地完成它。”

能够从项目一开始就使用等级控制系统可以减少错误。“这有一个很大的好处，因为你不想在一开始就挖得太深或过度切割。我们都知道，80%的土方成本都是在他们开始剥离和准备土地的时候。”

早期的坡度控制系统主要在手动模式下使用，直到你达到目标坡度半英尺以内。Salyers说:“现在，我们能够感知机器轨道下的现有地面，并相应地加载刀片，从而使机器更加高效和多产。”“机器实时记录它正在做什么，将其与需要的位置进行比较，然后以其大小的机器所能移动的最佳方式移动材料，无论是大机器还是小机器。操作员现在可以在我们的集成机器中打开自动化，而不必整天关闭它。

他指出:“将坡度控制系统引入机器，并使用速度传感器、先进的imu和压力传感器，可以让机器为操作员做更多的事情。”“现在，操作员不必担心基本的物质运动;他在考虑材料应该放在哪里。它让有经验的操作员能够做更多的现场管理，而不是实际的机器操作。”

多年来，机器等级控制价格大幅下降，这使得更容易证明升级到综合等级控制技术。“承包商将开始看到，当他们更换机器时，使用集成的机器比不断尝试使用不具备新系统所具有的一些功能和性能的旧系统更具成本效益，”塞勒斯说。 越来越多的坡度控制系统的采用导致了这些解决方案的进一步改进以及更多的自动化功能。 约翰迪尔

Mairet说:“能够将机载数据和传感器与坡度控制技术结合起来，为独立的附加套件无法提供的功能创造了机会。”“例如，约翰迪尔公司(John Deere)新发布的SmartGrade电机分级机的机器损坏避免功能。该功能利用了SmartGrade集成坡度控制所使用的相同传感器，来感知机器是否有损坏自身的风险，并主动预防。”

随着时间的推移，集成机器提供的信息将继续增加。例如，为了安全起见，正在添加传感器来跟踪机器周围的情况。“当你看到你可能在机器上安装的一些安全传感器时，你还能怎么使用它们?”Clark摆出姿势，然后注意到它们也可以用来扫描和创建机器周围的表面模型，提供额外的价值。

随着机器获得数据收集能力，你可能会减少对无人机测绘的依赖。“机器上会有摄像头，你可以开始跟踪数据。挖掘机可以在前面安装一个摄像头，他们可以在挖掘时收集[数据]点，”马斯指出。

现实捕捉技术也正在兴起。马斯说:“你可以在机器周围捕捉现实，并在驾驶时绘制地形。”虽然这种能力还不具备，但技术已经存在。