Технология управления машинами произвела революцию в сфере дорожного строительства, землеройных работ и бурения. Она позволила повысить производительность, эффективность и качество и достичь заметных улучшений в сфере обеспечения устойчивости, изменив методы строительства зданий, дорог, мостов и других сооружений по всему миру. Однако, все это произошло не за один день.

На фото, сделанном в 1993 году, показана ранняя версия системы управления машинами

В течение последних 20 лет происходило внедрение систем управления машинами любых размеров, от экскаваторов и бульдозеров до гусеничных погрузчиков и погрузчиков с бортовым поворотом.

Данная технология прочно заняла свое место в индустрии, хотя еще не на всех площадках. А производители выпускают машины уже оснащенные такими системами.  Инновации, которые были разработаны, и опыт, который был получен за многие годы, заложили основу для появления технологий управления машинами.

Наверное, мало кто помнит, что история этой технологии началась почти 60 лет назад, и ее развитию в значительной степени способствовали творчески мыслящие люди, которые, благодаря своим руководителям, получили свободу для исследования новых областей применения инновационных технологий.

Лазерные технологии управления

Решения для управления тяжелой техникой начали использоваться с 60-х годов, благодаря развитию лазерных технологий. В то время в Исследовательской лаборатории Хьюза в Калифорнии, США, был создан прототип лазера - оптический резонатор, создающий узкий световой луч. На основе этой технологии началась разработка локаторов для оборонной промышленности. Способность измерять расстояние между прибором и целью сразу же привлекла внимание специалистов в сфере сельского хозяйства.

По легенде два прорыва произошли одновременно. Первый лазерный прибор для контроля уклона был разработан для дреноукладчиков в середине 60-х годов в Государственном университете Огайо инженерами в области механизации сельского хозяйства Джеймсом Фоуссом и Норманом Фоуси, которые были сотрудниками Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США. На дреноукладчиках и плужных канавокопателях были установлены фотоэлементы, с помощью которых система автоматически поднимала и землеройное орудие и опускала его в грунт на определенную глубину резания с нужным уклоном, ориентируясь по лазерному лучу, который был настроен на нужную высоту и уклон. Компания «Control Systems Co.», располагавшаяся в городе Эрбана, штат Огайо, совладельцем которой являлся Тед Л. Тич, разработала и изготовила схему обработки сигналов для Службы сельскохозяйственных исследований.

Примерно в это же время в Типп Сити, штат Огайо, Роберт Х. Стадбейкер начал разработку автогрейдера с лазерным управлением. Его идея заключалась в использовании вращающейся призмы для создания «плоскости» лазерного луча, с помощью которой можно координировать работу нескольких машин на площадке, обеспечивая точное  формирование ровных и наклонных плоскостей.

В 1967 г. Стадбейкер и Тич основали «Laserplane Corp.» - первую компанию, занимающуюся разработкой лазерных технологий. Результатом последующих разработок стала демонстрация первой системы лазерного управления для канавокопателей в сентябре 1968 года на выставке Farm Science Review научными работниками Службы сельскохозяйственных исследований и сотрудниками компании «Laserplane».

Ультразвуковые датчики

Вскоре после этого эти же изобретатели начали использовать ультразвуковые датчики для измерения расстояния до различных объектов с помощью ультразвуковых волн. Благодаря ультразвуковым датчикам управление машинами вышло на новый уровень, позволив не только формировать ровные или наклонные поверхности, но и управлять такими машинами, как автогрейдеры и асфальтоукладчики, контролируя высоту и направление движения.

Эти датчики позволили машинам двигаться по ориентирам, расположенным не в одной плоскости (например, по струне, по бордюру, по краю дорожного полотна), обеспечивая выравнивание как по высоте, так и по горизонтали.

При совмещении вращающихся лазеров и ультразвуковых прокладчиков появилось первое поколение 1D/2D решений для управления машинами (по высоте и по направлению движения), которое продолжило развиваться в последующие годы. И в результате была разработана система автоматического управления отвалом по двум параметрам - BladePro.

«Эта система была примитивной и работала при помощи стандартного черно-белого экрана и карманного компьютера» - говорит Марк Форрест, который в то время работал Менеджером по продукции в компании «Spectra Precision». «Однако мы смогли управлять поперечным уклоном отвала автогрейдера в автоматическом режиме. Затем мы добавили ультразвуковой датчик для измерения относительной высоты, чтобы обойтись без установки струн».

В 1995 году Форрест переехал в Дейтон, штат Огайо, намереваясь занять должность Менеджера по продукции и продолжить работу с этим инновационным решением в области управления машинами.

И в конце 1990-х годов две передовые технологии - автоматизированный тахеометр и GPS дали толчок развитию 3D систем управления машинами. В скором времени компании «Spectra Precision» пришлось вступить в конкуренцию в работе с этими инновационными решениями. Компания «Topcon Laser Systems Inc.» была создана в 1994 г., в том же году она приобрела компанию «Advanced Grade Technology», что открыло ей двери в сферу 2D систем управления машинами.

Автогрейдеры и управление машинами

В 1996 году Стив Берглунд занял должность президента компании «Spectra Precision» и собрал команду специалистов с целью «разобраться в том, каким образом мы можем создать систему 3D управления на основе существующих технологий управления машинами», вспоминает Форрест. Компания «Spectra Physics» провела слияние со своим подразделением «Geotronics», в результате чего появилась «Spectra Precision». Также они приобрели небольшую компанию «Plus3», занимавшуюся разработкой ПО, которая производила продукт под названием «Terramodel».

«Мы хотели получить решение, позволяющее управлять движением машин в автоматическом режиме и обходиться без установки струн геодезистами», говорит Форрест.

Следующая разработка «BladePro 3D» была продемонстрирована в городе Баума в 1998 году. Система BladePro 3D объединяет в себе функции автоматизированного тахеометра и ПО для построения цифровой модели поверхности (DTM), что позволяет автоматически контролировать высоту и поперечный уклон отвала автогрейдера, устраняя необходимость в установке струн.

Компания «Hexagon/Leica Geosystems» также начала осваивать сферу 3D систем для управления машинами. «Leica» приобрела «Magnavox» в 1994 году и таким образом получила свой первый продукт, использующий технологию GPS. В 2000 году «Leica» приобрела «Laser Alignment Inc.», намереваясь объединить свои возможности с их возможностями по разработке GPS систем и заложить основу для разработки собственной 3D системы для управления машинами.

Однако именно коммерциализация GPS технологии позволила сделать функцию управления отвалом полезной для широкого круга пользователей. Брин Фосбург, который тогда работал физиком-исследователем в Инженерных войсках США (USACE), хорошо помнит это время. 

Система управления «Trimble», установленная на бульдозере.

GPS-приемник 

В 1991 году, работая в Исследовательском центре Армии, ранее известном как «Инженерно-техническая лаборатория» (ETL) в городе Форт-Белвуар, штат Вирджиния, Фосбург проводил исследования GPS технологий и возможностей их применения армией США в гражданской и военной сферах. Основное внимание в программе исследований уделялось   дноуглубительным работам с использованием GPS систем с режимом дифференциальной коррекции и технологии кинематического позиционирования в реальном времени (RTK). Он входил в состав группы специалистов по разработке RTK решений в USACE и работал вместе с Беном Ремонди - новатором в сфере GPS RTK технологий. Позднее USACE совместно с компанией «Caterpillar» в рамках программа поддержки малого бизнеса в области инновационных исследований (SBIR) работали над установкой систем RTK на машины.

В 1992 году компания «Trimble» выпустила свой первый RTK GPS приемник, а в 1994 году Фосбург стал сотрудником «Trimble», где руководил разработкой следующих поколений технологий GPS и RTK.

«Чарли Тримбл намеревался внедрить технологию GPS для широкого использования», говорит Фосбург. «Он дал нам - инженерам полную свободу для поиска способов переноса этой технологии на любую платформу».