В ходе мозговых штурмов инженеры-разработчики компании «Trimble» предложили установить два приемника на отвал, внедрив таким образом технологию Moving Baseline RTK (режим RTK с подвижной базовой станцией).

Запуск SiteVision

Марк Николс, который в то время отвечал за проекты в сфере строительства, вспоминает как появилась эта идея.  «Мы тогда разработали технологию, позволяющую использовать подвижную базовую станцию, для японских автопроизводителей, чтобы проверить  точность работы  недавно разработанной системы динамического круиз-контроля».

При работе с обычной системой RTK операторы для достижения сантиметровой точности используют неподвижную базовую станцию, установленную в известной точке, относительно которой определяют свое положение подвижные приемники (роверы).  Для проверки точности работы системы круиз-контроля инженеры разработали подвижную базовую станцию. Приемник располагался на направляющей машине (пейс-каре) и на машине с системой круиз-контроля.

С помощью технологии RTK производитель может видеть вектор между двумя устройствами с сантиметровой точностью. На основе этого вектора можно рассчитать точное направление движения, что позволяет проверить, соответствует ли фактическая скорость движения скорости, заданной системой круиз-контроля.

Вскоре после этого компания «Trimble» выпустила BenchGuide - систему нивелирования на основе технологии GPS для горнодобывающей отрасли. Эта технология предусматривала использование стандартного оборудования и кабельных систем «Trimble» и позволяла оператору контролировать высоту ковша с сантиметровой точностью при работе методом ступенчатой выемки.

Брин Фосбург, который пришел в компанию «Trimble» в 1994 году, добавляет: «Эта система уникальная тем, что мы привлекли разработчиков из нашей команды, работавшей над системой Survey Controller, для разработки простого метода использования и интуитивно понятного интерфейса, чтобы оператор мог пользоваться системой, не прилагая особых усилий».

Управление машинами в строительстве 

Затем началось внедрение в сфере строительства. При установке на тяжелой технике эта система (два приемника на отвале) позволяла измерять вектор по ширине отвала, что давало возможность определять уклон и угол поворота. Один передатчик позволял регулировать положение отвала с сантиметровой точностью, а алгоритм работы подвижной базовой станции позволял регулировать наклон и угол поворота отвала в любом направлении.

К 1999 году группа была готова к проведению полевых испытаний. Артур Тейлор, который также играл ключевую роль в группе разработчиков, предоставил площадку - строительную компанию своего отца «Taylor Contracting». «Для проведения испытания мы установили систему на грейдер и сразу же увидели, что она значительно ускоряет выполнение рабочего цикла и внесение проектных изменений», говорит Николс.

Впервые официальное коммерческое развертывание системы стоимостью 50000 долларов США было проведено в августе 1999 года в городе Элджин, штат Иллинойс, с использованием модели бульдозера John Deere 750. В качестве оператора выступал 55-летний мужчина, который никогда ранее не пользовался компьютером. Курт Мэйнард [Инженер по эксплуатации и ремонту] и действующий в то время Менеджер по развитию бизнеса компании «Trimble» вспоминают: «Он был уверен в своей лазерной системе, но имел недоверие к технологии GPS. После сравнения результатов работы с использованием системы GPS и с использованием бумажной карты в течение 30 минут он выкинул карты из бульдозера и продолжил работать с системой GPS».

«Это было огромное достижение для всей отрасли», добавил Николс, «Мы стали рекламировать эту систему, как систему контроля уклона, которая позволяет обойтись без использования нивелирной рейки. Первый заказчик приобретал систему только при условии, что он сможет получить свои деньги обратно. Система была установлена, и спустя две недели он позвонил нам и заказал еще одну. В скором времени систему так же высоко оценила вся отрасль».

Эта система предоставляет существенные преимущества. Она обеспечивает оператору определенную степень автономности и гибкости, сокращает объем доработок, снижает потребление топлива и количество моточасов, а также имеет измеримый экономический эффект. Производительность повышается на 15-25% в зависимости от сферы применения.

«Каждый, кто пробовал работать с этой системой, сразу же покупал ее», говорит Николс. Компания «Trimble» продемонстрировала первую GPS систему для контроля уклона без использования нивелирной рейки на выставке ConExpo в 1999 году.

Технология управления машинами прошла большой путь развития с момента ее внедрения

В 2000 году «Trimble» приобрела «Spectra Precision», что помогло расширить имеющийся у компании портфель продуктов для управления машинами, добавив в него систему автоматического управления отвалом с помощью автоматизированных тахеометров. В скором времени талантливые инженеры, объединив инновационные решения, создали 3D систему для автоматического контроля уклона, сначала для бульдозера, потом для автогрейдера, и, совсем недавно, для экскаватора.

Однако, прежде чем начать разговор о современных достижениях, необходимо упомянуть компанию «Caterpillar», которая сыграла важную роль в развитии технологий управления машинами, поставив перед собой цель - устранить необходимость в использовании нивелирных реек.

Новая технология компании «Caterpillar»

Компания «Caterpillar» является новатором в области тяжелой техники с момента изобретения ее основателем первого коммерчески успешного гусеничного трактора в 1904 году, а также дизельного двигателя и радиоуправляемого гусеничного погрузчика для удаления шлака в 1968 году.

По прошествии многих лет контракт на проведение научно-исследовательских работ, заключенный в 1990-х с USACE, помог компании вести разработку 3D системы управления машинами на основе технологии GPS параллельно с разработками «Trimble».

В рамках своей программы научных исследований «Caterpillar» достигла этапа, на котором на машины устанавливалось продвинутое программное обеспечение, а также была обеспечена качественная поддержка со стороны бэк-офиса, но научно-исследовательской группе не хватало партнера, занимающегося выпуском  на рынок GPS систем. Они выбрали «Trimble» поскольку таким образом могли получить GPS приемники и системы дуплексной радиосвязи. Результатом их сотрудничества стала разработка системы автоматизации земляных работ (Computer Aided Earthmoving System) для бульдозеров и экскаваторов, которая впервые была использована в 1995 году на шахте Black Thunder в штате Вайоминг. Эта система предоставляла оператору данные о том где находится отвал - выше или ниже уровня земли, но не управляла отвалом в автоматическом режиме.

Развитие технологии управления машинами позволило повысить автономность

«Это был очень прогрессивный  заказчик, который уже использовал наше топографо-геодезическое оборудование на основе GPS технологий для повышения эффективности нивелирных реек», вспоминает Фосбург. «Встроенная система управления машиной полностью устраняет необходимость в использовании нивелирных реек. Это стало началом большой перемены, когда роль геодезиста и рамках проекта стала больше напоминать роль специалиста по управлению данными».

Форрест также добавил: «Таким образом мы получили подтверждение того, что управление машинами действительно возможно, и это также побудило «Trimble» улучшить наши решения, чтобы сделать их более пригодными для работы в суровых условиях в горнодобывающей и строительной промышленности».

Это партнерство, возникшее на раннем этапе, привело к созданию «Caterpillar Trimble Control Technologies» (CTCT) в 2002 году. Компания была создана в целях разработки продуктов для управления машинами, как в горнодобывающей, так и в строительной отрасли, которые можно устанавливать на предприятии или в рамках послепродажного обслуживания на любое оборудование независимо от производителя.

Какие события ожидаются в будущем в сфере управления машинами?

Развитие систем управления машинами продолжается. Сейчас в этой сфере больше внимания уделяется усиленной автоматизации других элементов с целью обеспечения автономности.

Например, компании «Dynapac» и «Trimble» в 2020 году начали совместную работу над разработкой готового к серийному производству решения для обеспечения автономности для грунтовых катков «Dynapac», которое было бы способно автоматически контролировать направление движения и скорость. В 2022 году компания «Trimble» представила решение для управления направлением движения в горизонтальной плоскости (Horizontal Steering Control). Это первое в отрасли решение для автоматического управления направлением движения для грунтовых катков, которое позволяет решить проблему дефицита рабочей силы благодаря автоматизации рабочих процессов, и при этом обеспечивает качество на уровне высококвалифицированных операторов.

В настоящее время эта технология позволяет полностью автоматизировать определенные процессы при выполнении строительных работ

Если принять во внимание новейшие достижения, начиная с систем автоматического выравнивания и управления отвалом, и заканчивая парками беспилотных асфальтоукладчиков, становится ясно, что отрасль стремительно движется к беспрецедентному повышению эффективности работы. Встроенные системы на основе ИИ, технологии машинного обучения и 5G позволяют развивать автоматизацию машин до уровня «квалифицированного оператора», расширяя сферу применения систем управления машинами.

Первопроходцы в сфере технологий управления машинами могли только мечтать о таких достижениях. В 2000 году, когда «Trimble» начала активно развивать технологию управления машинами с использованием GPS систем, Форрест предвидел будущее. «Мы знали, что управление уклоном дает большие преимущества, но уже тогда мы знали, что это только начальный этап, который послужит основой», сказал он.

«Мы всегда представляли сценарий, в котором все машины на площадке обмениваются информацией в реальном времени, а рабочие получают реальную обратную связь и комментарии о своей работе. В горнодобывающей отрасли такие технологии уже получили широкое распространение. Однако, в строительстве их еще не используют в рабочих процессах. У нас есть необходимые технологии, и мы планируем произвести полную автоматизацию строительной отрасли так, как мы представляли 20 лет назад».