El futuro de la industria de sistemas de control de máquinas: Automatización, GNSS y centros de trabajo basados en datos

Los sistemas de control de máquinas han pasado de ser una especialidad en fase inicial a convertirse en una expectativa estándar en los proyectos de infraestructuras serios, y el sector está entrando ahora en una fase de crecimiento más sustancial. Tres fuerzas están impulsando conjuntamente el mercado: los rápidos avances en la automatización de las máquinas, la madurez de la tecnología GNSS de alta precisión y los flujos de trabajo de construcción digital que conectan por fin los modelos de diseño con el movimiento de tierras físico. El resultado es una obra en la que la niveladora, la excavadora y la topadora ya no son herramientas aisladas, sino nodos vivos de una única red de datos. Este artículo analiza hacia dónde se dirige este cambio, qué requiere de los sistemas que se encuentran en la máquina y cómo CHC Navigation está posicionando su línea de control de máquinas para la siguiente fase.

Un mercado en fase de crecimiento

La demanda de sistemas de control de maquinaria está aumentando en todos los segmentos que mueven tierra y roca a gran escala. Los programas de infraestructuras viarias y ferroviarias de Asia, Europa y Oriente Próximo tienen ciclos de inversión plurianuales, y los contratistas de movimiento de tierras que pueden nivelar en la primera pasada con menos trabajo de repaso ganan las licitaciones. En la minería, la presión para reducir el consumo de gasóleo, la duración de los ciclos y las horas de trabajo de los operarios ha convertido la nivelación y la preparación de bancos automatizadas en una palanca de costes de producción cuantificable, en lugar de un "nice to have". En la construcción civil, la escasez de mano de obra en muchas regiones ha hecho más difícil dotar de personal a los proyectos con los experimentados operadores de niveladoras y bulldozers que solían entregar la superficie de acabado al tacto; los sistemas de control de máquinas cierran esa brecha de habilidades dando a los operadores más nuevos la misma precisión de primera pasada.
 

En los tres segmentos, la historia subyacente es la misma. Una obra puede planificarse, ejecutarse y verificarse más rápidamente y con menos residuos cuando cada máquina sabe dónde está, dónde está la superficie de diseño y qué corte o relleno necesita la siguiente pasada. El crecimiento del mercado de sistemas de control de máquinas se debe a que el mercado se ha dado cuenta de que la diferencia de productividad entre las máquinas con control y las máquinas sin él es amplia y estable, no una moda.

Automatización y GNSS: los motores principales

Bajo esta brecha de productividad se esconden dos corrientes tecnológicas. La primera es la automatización: el hardware de control hidráulico de la máquina y los bucles de software que lo controlan. La segunda es el posicionamiento: GNSS en tiempo real con precisión centimétrica, a menudo emparejado con un sensor inercial para la compensación de movimiento de línea de base corta. Ninguna de las dos corrientes es nueva por sí sola. Lo que ha cambiado en los últimos cinco años es lo fiable, asequible y bien integrada que se ha vuelto esta combinación.
 

Por lo que respecta al posicionamiento, los receptores GNSS multibanda y multiconstelación se fijan ahora con precisión centimétrica en condiciones reales: follaje claro, cañones urbanos, estructuras metálicas reflectantes de poca altura, condiciones meteorológicas. El precio de las unidades de medición inercial ha bajado y su rendimiento ha aumentado, de modo que incluso un sistema compacto montado en una máquina puede superar un breve corte del GNSS sin quedar fuera de nivel. Las plataformas de referencia GNSS en la obra o fuera de ella proporcionan correcciones continuamente, con costes de suscripción que ya no asustan a los contratistas más pequeños.
 

En cuanto a la automatización, los modernos sistemas de control de las palas pasan de indicar al operador hacia dónde debe apuntar a accionar activamente el sistema hidráulico contra la superficie de diseño en tiempo real. El operario de la niveladora ya no tiene que leer el indicador y traducirlo en una operación manual; el sistema realiza el corte y el operario maneja la línea. El modelo de interacción está pasando del trabajo manual instruido a la automatización supervisada, que es lo que elimina el bucle de retrabajo que consumía tanta mano de obra en las obras tradicionales.

Los fabricantes de sistemas de control de máquinas aplican principios de integración similares en excavadoras, bulldozers y niveladoras. El siguiente esquema ilustra cómo las antenas GNSS, un receptor, una IMU y la pantalla de guiado 3D de la cabina se integran en la excavadora para proporcionar en tiempo real el posicionamiento de la cuchara y el guiado de la excavación respecto a la superficie de diseño.

Flujos de trabajo digitales en la construcción, desde el diseño hasta la obra terminada

La tercera fuerza es la capa de flujo de trabajo por encima de la máquina. Durante la mayor parte de la década pasada, el modelo de diseño vivía en el entorno BIM o civil-3D en la oficina, y una copia en papel o PDF iba al superintendente de la obra. La máquina sobre el terreno no sabía nada al respecto. Hoy en día, las superficies de diseño y los archivos de alineación viajan desde el software de diseño hasta la cabina de la máquina sin necesidad de papel, y los datos de as-built de la máquina vuelven a la oficina al final de cada turno.
 

Ese viaje de ida y vuelta cambia el contrato. El propietario puede ver diariamente qué parte del proyecto se ha construido conforme al diseño, en términos de medición. El contratista puede detectar las desviaciones con antelación, en lugar de descubrirlas en el momento de la recepción. El topógrafo puede planificar el trabajo de verificación en función de la trayectoria real de la máquina, no de suposiciones. Un sistema de control de máquinas 3D que participa en este flujo de trabajo no es sólo una pieza de hardware de cabina; es el punto final vivo del bucle de construcción digital. La próxima generación de sistemas se está construyendo con esta premisa de flujo de trabajo desde el principio.

Sitios de trabajo basados en datos: sensores, posicionamiento, conectividad a la nube

La obra de los próximos cinco años tendrá más sensores por máquina, más máquinas informando en tiempo real y una red de obra que las unirá. Una motoniveladora lleva un receptor GNSS de alta precisión, una IMU integrada, dos sensores de pendiente en la vertedera, una interfaz de válvula de control para el sistema hidráulico, un enlace celular o de radio con la red de la obra y una pantalla de cabina vinculada al modelo de diseño. Son seis o siete flujos de datos procedentes de una sola máquina. Multiplíquelo por diez máquinas en una obra de carreteras de tamaño medio y la obra estará generando gigabytes de datos de posicionamiento, hidráulicos y de avance de la superficie al día.
 

El papel del sistema de control de la máquina ya no es sólo conducir la hoja contra la superficie de diseño. Debe ser la mitad en máquina del sistema de datos de la obra. El sistema debe adquirir los datos de forma fiable, marcarlos con precisión, transmitirlos a través de cualquier red de que disponga la obra y presentar al operario una visión más sencilla que los datos brutos, no más desordenada. Los sistemas que lo hacen bien permiten a los contratistas trabajar con cuadrillas más ágiles, detectar los cuellos de botella de la productividad la misma semana en que aparecen e informar a los propietarios de los progresos realizados con precisión auditable. Los sistemas que no lo hacen bien son los que se sustituyen.
 

La conectividad en la nube también facilita el aprendizaje entre flotas. Un operador minero con cien bulldozers en tres minas, todos ellos con telemetría de motor y carga de pala etiquetada por GNSS, puede detectar lagunas en la formación del operador, patrones de desgaste de la máquina e ineficiencias en las rutas que habrían sido invisibles para una visión por máquina. Los contratistas de la construcción están empezando a plantear a sus proveedores de control de máquinas las mismas preguntas sobre portabilidad e integración de datos que los operadores de flotas plantean a los proveedores de telemática. Esta convergencia es uno de los próximos cambios del sector.

La línea de control de máquinas de navegación CHC

La gama de productos de control de máquinas de CHC Navigation se basa en las tres fuerzas anteriores. El MCNAV TX73 lleva el control de máquinas en 3D a las excavadoras con GNSS y posicionamiento de la cuchara IMU respecto a la superficie de diseño. El TG63 es el sistema de control de rasante en 3D para niveladoras, con control de inclinación y cabeceo de la hoja en tiempo real según el modelo de diseño. El TD63 Pro ofrece el mismo control de la hoja basado en el modelo para topadoras. El EasyNAV EMG100 gestiona el núcleo de posicionamiento GNSS que proporciona a estos productos de control de palas la precisión centimétrica que necesitan para funcionar.
 

En toda la gama, la elección de diseño es la misma que está tomando el sector: integrar el sensor de posicionamiento, el sensor inercial, la interfaz hidráulica y el software de flujo de trabajo a nivel de sistema en lugar de atornillarlos a expensas del contratista. La gama completa se encuentra en la página de soluciones de control de máquinas de CHCNAV, y la descripción general de la industria corporativa explica los casos de uso por segmento.

Qué significa esto para contratistas y propietarios de proyectos

El sector de los sistemas de control de máquinas se encuentra en un punto de su curva en el que la pila tecnológica está asentada, el caso de valor está probado y la cuestión ya no es si un contratista serio lo adopta, sino con qué profundidad. La siguiente fase es la integración: automatización más estricta, GNSS más preciso y un flujo de trabajo de construcción digital que finalmente trate la máquina y el modelo como un sistema continuo. CHC Navigation está construyendo la próxima generación de productos de control de máquinas con este objetivo. Los contratistas y propietarios de proyectos que lo planifiquen ahora pasarán el resto de la década por delante de los que no lo hagan.

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Acerca de CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) desarrolla soluciones avanzadas de cartografía, navegación y posicionamiento diseñadas para aumentar la productividad y la eficacia. Al servicio de sectores como el geoespacial, la agricultura, el control de máquinas y la autonomía, CHCNAV ofrece tecnologías innovadoras que capacitan a los profesionales e impulsan el avance de la industria. Con una presencia mundial que abarca más de 140 países y un equipo de más de 2.200 profesionales, CHC Navigation es reconocido como líder en la industria geoespacial y más allá. Para más información sobre CHC Navigation [Huace:300627.SZ], visite: https: //machine-control.chcnav.com/about/overview.