Rolos autônomos: a (r)evolução na construção de estradas

O que está acontecendo atualmente na área delimitada de uma pista de teste faz parte do projeto futuro "rolos autônomos". Levará muitos anos até que os rolos da HAMM sejam de condução completamente autônoma e sejam capazes de compactar. Mas as análises e testes na HAMM já evidenciaram uma coisa: Com rolos de condução autônoma, a qualidade e a rentabilidade econômica da compactação podem ser sensivelmente aumentadas. Atualmente, o uso de sistemas de assistência está aumentando rapidamente em carros e caminhões modernos. Os sistemas GNSS para navegação, o Tempomat, os espaçadores, o assistente de trajetória, os auxílios de estacionamento e de direção ou a ativação e desativação automática da luz baixa estão se tornando cada vez mais populares. Em muitos países, eles se tornaram o padrão para veículos zero quilômetro. Esses sistemas de assistência são a base para a condução autônoma de caminhões e carros que já estão em testes hoje, desenvolvidos pelos pioneiros da indústria.

HAMM: Criador de tendências com rolo de condução autônoma

A HAMM é pioneira nisso, porque, de acordo com o engenheiro mecânico Dr. Klumpp: “Atualmente, não conhecemos nenhuma outra empresa em nosso setor que possua um rolo de condução autônoma. Por meio de nossas investigações, sabemos que nossos clientes podem aumentar a qualidade da compactação e a rentabilidade econômica com esses rolos. Estamos percebendo que outras empresas líderes em seu setor já estão considerando as oportunidades e os efeitos do 'canteiro de obras autônomo'. Por isso, temos conversado com alguns clientes sobre esse tema há algum tempo. O objetivo é aperfeiçoar ainda mais os processos de construção, tendo como pano de fundo a disponibilidade limitada de pessoal especializado, por um lado, e a aplicação de máquinas de alta qualidade, com alta eficiência e economia de recursos, por outro lado. "

O estudo de design já está disponível

O possível visual de um rolo de condução autônoma já foi examinado pelo Dr. Axel Römer, chefe de pesquisa e desenvolvimento da HAMM, com sua equipe: "Examinamos aspectos técnicos, construtivos e econômicos e os avaliamos em vários estudos. O resultado: um rolo sem operador não requer uma cabine de operador, mas significativamente mais sensores que monitoram o entorno do rolo, além dos parâmetros de compactação. Vinculamos esses requisitos e vemos um conjunto de possibilidades novas e construtivas. Assim, poderíamos construir rolos autônomos com diâmetros de bandagem significativamente maiores, um reservatório de água maior e espaço para as baterias de um rolo acionado eletricamente. Isso traz vantagens em termos de qualidade, respeito pelo meio ambiente e eficiência."

Em cooperação com designers industriais, a HAMM desenvolveu e projetou um conceito correspondente, incluindo um estudo de design. O resultado impressiona - especialmente a bandagem da máquina 9 t com um diâmetro de quase 2 m. A altura total da máquina é significativamente menor do que das máquinas atuais com cabine ou teto.

Sistemas de assistência já em uso hoje

Ainda há um longo caminho a percorrer antes que essa máquina se torne realidade - na HAMM pensamos décadas à frente. Mas a jornada foi iniciada há muito tempo por meio do uso de vários sistemas de assistência. O HCQ Navigator é o mais conhecido. Com a ajuda de um computador de bordo do rolo e dos dados GNSS, ele mostra em tempo real onde, com que frequência e/ou quanto já foi compactado. Além disso, existem funções de direção, como a reversão automática ou o Tempomat e recursos de segurança, como câmeras de marcha à ré. Todos eles auxiliam os operadores e já conseguem elevar atualmente a qualidade da compactação. Os desenvolvedores da HAMM já estão trabalhando em outros sistemas, como o assistente de trajetória, auxílios adicionais de direção e no aperfeiçoamento do HCQ Navigator.

Sistema de sensores e programação complexos

Para que um rolo seja capaz de se mover completamente de forma autônoma durante a compactação de alta qualidade, são necessários significativamente mais sensores e um software mais inteligente do que o dos rolos atuais. Com os sensores, todos os dados relevantes da área ao redor do rolo são registrados. Esses incluem a posição no espaço, o sentido de deslocamento, a distância em relação a outros objetos, os parâmetros atuais de material da superfície a ser compactada (por exemplo, temperatura e rigidez) ou informações sobre o tempo (por exemplo, vento ou velocidade de resfriamento). O rolo deve comparar esses dados com as especificações relativas à superfície (onde há necessidade de compactação?), com o esquema de rolos (quantos e quais rolos funcionam conjuntamente?) ou com a compactação desejada (qual a meta de índice de vazios?). Além disso, há a imagem da estratégia de compactação com instruções de manuseio para o esterçamento antes da reversão, tratamento de cantos, velocidade de condução, uso de sistemas de excitação, etc. Em resumo: É uma tarefa complexa.

10.000 horas de operação na pista de teste contínua

A HAMM já concluiu com êxito as primeiras etapas. E não apenas no papel, mas de forma muito concreta por meio da pista de teste contínua na fábrica de Tirschenreuth e com a construção de um "rolo de sombra" que segue uma máquina à frente sem operador. A pista de teste contínua está em operação desde 2014. Ela foi criada principalmente para testar protótipos. Desde então, os desenvolvedores da HAMM estão executando seus novos desenvolvimentos dia e noite no modo de teste em condições reproduzíveis - sem operador. A máquina completa de forma autônoma um programa estabelecido, dirige-se automaticamente para ser reabastecida e se desliga de forma independente após o término dos testes. Para que o rolo não colida com pessoas ou objetos, os desenvolvedores da HAMM instalaram um abrangente monitoramento de ambiente. "Nós já executamos mais de 10.000 horas de operação nessa pista de teste e aprendemos muito sobre a condução autônoma", explica Dipl.-Ing. Hans-Peter Patzner, que ajudou a desenvolver o comando desse sistema. Agora, há um novo desafio, porque uma segunda pista de teste está sendo construída na HAMM, para que no futuro dois rolos possam ser conduzidos no terreno ao mesmo tempo. "Para isso, desenvolvemos um monitoramento de colisões - outro passo importante em direção a condução autônoma", relata o especialista em automação.

Rolo de sombras sem operador

O alinhamento do segundo projeto era outro: Em cooperação com a Universidade de Ciências Aplicadas de Osnabrück, foi possível executar a condução de um rolo convertido automaticamente atrás de uma pavimentadora de asfalto simulada sem operador. Segundo o gerente de desenvolvimento Dr.-Ing. Römer: "Se a abordagem desse 'rolo de sombras' for desenvolvida, poderemos tirar proveito de muitos potenciais por meio da automatização do processo de compactação. Assim, a qualidade aumentará devido à observância dos intervalos e faixas de velocidade. Ao frear deliberadamente o rolo, é possível evitar exceder os campos de rolos e, portanto, a compactação excessiva. Por último, mas não menos importante, uma alteração muito precisa do percurso do rolo pode evitar distorções. Ao fazer isso, todos esses sistemas geram automaticamente uma maior eficiência - especialmente se esses conceitos forem aplicados para todas as frotas."

Mais qualidade através da automação

Qualquer que seja a forma da compactação autônoma - da perspectiva de hoje, o caminho deve passar pelos sistemas de assistência. "Eles vão aliviar os operadores pouco a pouco nos próximos anos, mas já estão inspirados na visão do rolo autônomo. E, é claro, toda nova função de assistência é útil para o processo de compactação, independentemente da visão do rolo autônomo ", explica Dr. Klumpp. Enquanto o monitoramento de ambiente ainda não é suficientemente preciso para uma condução completamente independente, um operador de rolos a bordo é indispensável. Ele teria de assumir o controle apenas em determinadas situações, por exemplo, ao reabastecer, carregar e descarregar ou quando ocorrerem eventos imprevisíveis. A situação é semelhante na aviação hoje: Em aeronaves comerciais modernas, o piloto automático e outros sistemas fazem a maior parte do trabalho durante o voo. Os próprios pilotos controlam a aeronave apenas durante a decolagem e pouso e em situações incomuns - caso contrário, sua principal tarefa é monitorar o processo.

Novos produtos exigem estruturas jurídicas

Até que os rolos sejam capazes de realizar compactações no "canteiro de obras autônomo", questões legais também devem ser consideradas, além da tecnologia. Então, surgem questões como: Quem é o responsável se uma máquina de condução automática causar danos: o fabricante, o proprietário, o planejador? Além disso, questões sobre a avaliação de casos de dúvida deverão ser esclarecidas: O comando deve ser projetado de maneira a proteger um objeto na área ou a qualidade ideal de compactação deve sempre ter prioridade? Tais aspectos deverão ser discutidos pelos fabricantes e usuários em diálogo com clientes, autoridades, políticos e legisladores.

Mais estrutura no processo de construção

Como o desenvolvimento de máquinas de construção autônomas envolve uma certa quantidade de esforço para os fabricantes, a HAMM também considerou as condições sob as quais esses sistemas se estabelecerão. Quanto a isso, o Dr. Klumpp diz: "Acreditamos que estradas de asfalto e concreto ainda serão necessárias e construídas daqui a 50 anos. Para dar um passo em direção à condução autônoma de máquinas, no entanto, o ambiente e, portanto, os processos de construção devem mudar. Existem máquinas de condução autônoma em nosso setor, por exemplo, na mineração. Nessa, o trabalho é realizado de maneira altamente padronizada em sistemas completos, há poucos pontos de contato com o mundo exterior e poucos efeitos imprevisíveis no processo. Sob tais condições-limite claramente definidas, enormes caminhões articulados já estão transportando rochas por quilômetros sem operador através de grandes minas. Em comparação, os processos de construção de estradas são muito mais vagos e menos estruturados. Cada canteiro de obras possui pequenas diferenças. Há muito mais contato com o meio ambiente (e, portanto, mais potencial de perigo), e o comportamento do usuário não é uniforme. Para nos permitir aumentar ainda mais os potenciais por meio da automação, seria necessário introduzir, por exemplo, pré-séries de veículos maiores e maior padronização na construção de estradas. Por sua vez, isso também exige uma mudança de pensamento entre os planejadores e as empresas executoras."

De operador de rolo a gerente de rolo

Como última consequência, o perfil de trabalho do operador de rolos também mudará. Inicialmente, uma maior automação poderia amenizar o problema da escassez de trabalhadores qualificados, entre outras coisas. Na próxima etapa, se os rolos de sombra ou os rolos de controle remoto conquistarem em grande parte os canteiros de obras, o perfil de trabalho mudará novamente: De operador que controla uma máquina para gerente de rolos que parametriza e monitora toda uma frota de máquinas - talvez até a partir do escritório. Esse desenvolvimento ocorrerá inicialmente nos países com salários elevados - desde que traga vantagens qualitativas e comerciais. Nesse caso, isso representaria a economia de custos através de mais eficiência com menor número de pessoal. Além disso, haveria a eliminação da necessidade de retrabalho devido à maior qualidade. Naturalmente, tudo isso requer interfaces e ferramentas de planejamento adequadas por parte do planejador e do cliente, bem como a estrutura legal correspondente. Esse campo terá que se desenvolver paralelamente às máquinas.