Автономные катки: (р)Эволюция в дорожном строительстве

То, что в настоящее время происходит на ограниченном пространстве тестового полигона, является частью проекта по разработке будущего «автономного катка». Пройдет еще много времени, прежде чем катки HAMM смогут передвигаться и работать в полностью автономном режиме. Но исследования и испытания на HAMM уже показали: автономно передвигающиеся катки могут ощутимо повысить качество и рентабельность уплотнения. В современных грузовых и легковых автомобилях сейчас стремительно развивается использование вспомогательных систем. Все больше и больше внедряется систем GNSS для навигации, поддержания скорости и дистанции, контроля полосы движения, помощи при парковке и усиления рулевого привода, а также автоматического включения и выключения ближнего света фар. Во многих странах они уже входят в стандартную комплектацию новых автомобилей. Эти вспомогательные системы были разработаны новаторами отрасли на базе автономно передвигающихся легковых и грузовых автомобилей, которые уже сегодня бороздят испытательные полигоны.

HAMM: каток, работающий в автономном режиме

Компания HAMM является технологическим новатором, и вот что думает инженер машиностроения, д-р наук Клумп по этому поводу: «В настоящее время мы не знаем ни одной компании в нашей отрасли, у которой был бы автономный каток. Благодаря нашим исследованиям мы знаем, что с помощью таких катков наши клиенты смогут повысить качество уплотнения и рентабельность. Мы полагаем, что другие лидирующие в своих областях компании уже изучают возможности и последствия «автономных строительных площадок». Мы уже давно общаемся с некоторыми нашими клиентами на эту тему. Целью является дальнейшая оптимизация строительных процессов на фоне ограниченной доступности квалифицированных кадров с одной стороны и высококачественного и высокоэффективного использовании машин с экономией ресурсов с другой».

Концепт такого катка уже имеется

Д-р наук Аксель Ремер, руководитель отдела исследований и разработок HAMM, вместе со своей командой уже определил, как мог бы выглядеть автономный каток: «Мы рассмотрели технические, конструктивные и экономические аспекты и проанализировали их в различных исследованиях. Результат: автономный каток не требует рабочего места оператора, но требует значительно большего количества датчиков, которые наряду с параметрами уплотнения также будут контролировать область вокруг вальца. Мы объединили эти требования и открыли для себя много новых конструктивных возможностей. Мы могли бы производить автономные катки со значительно большим диаметром вальцов, увеличенным баком для воды и дополнительным местом для аккумуляторов на катках с электрическим приводом. Это дает преимущества в плане качества, экологичности и эффективности».

В сотрудничестве с промышленными дизайнерами компания HAMM разработала и сконструировала соответствующий концепт вместе с экспериментальной моделью. Результат впечатляет – особенно валец 9-тонной машины диаметром под 2 метра. При этом общая высота машины значительно меньше, чем у современных катков с кабиной или крышей.

Вспомогательные системы используются уже сегодня

Чтобы такая машина стала реальностью, нужно пройти еще долгий путь – эти планы HAMM на десятилетия. Но этот путь уже давно начался за счет использования многочисленных вспомогательных систем. Самой известной из них является HCQ Navigator. Эта система с помощью компьютера на борту в реальном времени показывает валец и данные GNSS о том, где, сколько раз или на какой площади было выполнено уплотнение. Эту систему дополняют функции перемещения, такие как автоматическое изменение направления движения или поддержание скорости, а также системы безопасности, например камера заднего хода. Все это помогает снизить нагрузку на операторов и уже сегодня повышает качество уплотнения. Разработчики HAMM уже работают над другими системами, такими как контроль полосы движения, дополнительное усиления рулевого привода и над дальнейшим развитием системы HCQ Navigator .

Большое количество датчиков и программирование

Чтобы каток при высококачественном уплотнении мог передвигаться абсолютно автономно, требуется значительно больше датчиков и более интеллектуальное программное обеспечение, чем у сегодняшних катков. С помощью датчиков будет собираться вся необходимая информация из окружающего каток пространства: положение в пространстве, направление движения, расстояние до других объектов, текущие параметры материала уплотняемой поверхности (например, температура и жесткость) или информация о погоде (например, ветер или интенсивность охлаждения). Эти данные каток должен сравнить с заданием (где необходимо уплотнять?), со схемой укатки (сколько и каких катков работают совместно?) или с требуемым уплотнением (какое содержание пустот требуется?). К этому еще надо добавить изображение стратегии уплотнения с инструкциями по маневрированию перед изменением направления движения, обработку кромок, скорость движения, использование системы возбуждения и т. д. Если говорить коротко, это комплексная задача.

10 000 часов на испытательном полигоне

Первые шаги компания HAMM уже успешно преодолела. И не только на бумаге, а в очень даже конкретном виде путем создания на испытательном полигоне на заводе в Тиршенройте «теневого катка», который без помощи оператора следует за движущейся перед ним машиной. Испытательный полигон эксплуатируется с 2014 года. Он был создан, в первую очередь, для испытания прототипов. С тех пор разработчики Hamm запускают на нем в воспроизводимых условиях свои новые разработки, которые в круглосуточном режиме неделями бегают без оператора. При этом машина автономно выполняет заложенную программу, самостоятельно ездит на заправку и паркуется после завершения тестирования. Чтобы каток при этом не сталкивался с людьми или предметами, разработчики HAMM установили обширную систему контроля окружающего пространства. «Наша техника уже проработала на этом полигоне более 10 000 часов, и мы кое что узнали об автономном управлении», – поясняет дипломированный инженер Ганс-Петер Патцнер, который участвовал разработке этой установки. Сейчас его ждет новое испытание, так как на HAMM уже сооружается новый испытательный полигон, и скоро по его территории смогут ездить два катка одновременно. «Для этого мы разработали систему контроля столкновений – еще один важный шаг в сторону автономного перемещения», – рассказывает специалист по автоматизации.

Теневой каток без оператора

Направление второго проекта было другое: совместно с Оснабрюкским университетом команда с успехом разработала каток, который без оператора «следует тенью» за имитационной моделью дорожного укладчика. Об этом руководитель отдела разработки, дипломированный инженер Ремер говорит следующее: «Продвигая вперед концепцию этого «теневого» катка, мы можем развить большую часть потенциала посредством автоматизации процесса уплотнения. Так за счет соблюдения окон скорости и траектории движения будет повышаться качество. Путем целенаправленного торможения катка можно избежать выхода за пределы площади и исключить избыточное уплотнение. А очень точное изменение траекторий уплотнения может предотвратить продавливание. При этом все эти системы автоматически повышают эффективность – особенно, когда весь технический парк будет состоять из таких концептов».

Больше качества за счет автоматизации

Какую бы форму ни приобрело автономное уплотнение – на сегодняшний день путь к нему лежит через вспомогательные системы. «В ближайшие годы они будут шаг за шагом разгружать операторов, но уже сейчас создают видение автономного катка. И, конечно же, каждая новая вспомогательная функция полезна для процесса уплотнения, независимо от видения автономного катка», – поясняет д-р наук Клумп. Пока контроль окружающего пространства еще не достаточно точный для полностью самостоятельного движения, на борту обязательно должен быть оператор. Он все еще необходим, чтобы вмешиваться в управление в определенных случаях, например, при заправке, при загрузке и выгрузке или когда возникают непредвиденные обстоятельства. Подобная ситуация уже сложилась в авиации: на современных самолетах автопилот и другие системы выполняют большую часть работы во время полета. Сами пилоты управляют самолетами только при взлете и посадке, а также в необычных ситуациях, в остальное время их основная задача – контролировать процесс.

Новые изделия требуют нормативно-правовой базы

Прежде чем катки смогут начать работать на «автономной строительной площадке», помимо техники следует рассмотреть и правовые аспекты. Так встают, например, такие вопросы: кто несет ответственность в случае ущерба, нанесенного автономно передвигающейся машиной? Изготовитель, владелец, проектировщик? Кроме того, должны быть прояснены вопросы об оценке сомнительных случаев: должна ли система управления быть настроена таким образом, чтобы защищать окружающие объекты, или же всегда должно превалировать оптимальное качество уплотнения? Эти вопросы должны обсуждаться производителями и пользователями с заказчиками, чиновниками, политиками и законодателями.

Больше структурированности в строительном процессе

Так как разработка автономных строительных машин требует определенных затрат, специалисты HAMM также уже подумали о том, при каких граничных условиях такие машины будут иметь спрос. Д-р наук Штефан Клумп высказался по этому поводу: «Мы думаем, что и через 50 лет будут использоваться и строиться дороги из асфальта и бетона. Тем не менее, чтобы сделать еще один шаг вперед к использованию машин, работающих в автономном режиме, должны измениться окружение и сам строительный процесс. Автономная техника в нашей отрасли используются, например, при горных работах. Там крайне стандартизированная работа выполняется в замкнутых системах. Существует очень небольшое количество точек контакта с внешним миром, а также возникает мало непредусмотренных ситуаций, которые могут повлиять на процесс. В таких четко ограниченных условиях гигантские грузовики уже перевозят камни на многие километры – и они двигаются без водителей. В дорожном строительстве процессы гораздо менее четкие и не настолько сильно структурированы. Каждая строительная площадка имеет свои особенности. Кроме того, степень контакта с окружающей средой гораздо выше, и, таким образом, выше потенциальная опасность, а поведение пользователя не является унифицированным. Чтобы мы могли дальше развивать потенциал за счет автоматизации, в дорожном строительстве должны использоваться более крупные строительные площадки, внедряться больше стандартизации. А это опять требует изменения в мышлении проектировщиков и подрядчиков».

От оператора катка к менеджеру катков

В конечном счете также изменится характеристика профессии оператора катка. Прежде всего, дальнейшая автоматизация сможет среди прочего компенсировать проблему нехватки профессиональных кадров. На следующем этапе, когда теневые катки или даже катки с дистанционным управлением смогут завоевать стройплощадки, характеристика профессии подвергнется изменениям еще раз: От оператора, который управляет одном машиной, до менеджера, который (возможно даже из офиса) будет заниматься параметрированием и контролем целого парка машин. Такое развитие событий сначала будет наблюдаться в странах с высоким уровнем заработной платы, так как оно даст качественные и коммерческие преимущества. В данном случае преимущество будет заключаться в экономии затрат за счет повышения эффективности и уменьшения количества персонала. В добавление к этому за счет повышения качества будет исключена необходимость доводочных работ. Разумеется, это потребует соответствующих интерфейсов и планирующих инструментов для проектировщиков и клиентов, а также соответствующей нормативной базы. Этому окружению придется развиваться параллельно с машинами.