L'avenir de l'industrie des systèmes de contrôle des machines : Automatisation, GNSS et sites de travail pilotés par les données

Les systèmes de contrôle des machines sont passés d'une spécialité à un stade précoce à une attente standard sur les projets d'infrastructure importants, et l'industrie entre maintenant dans une phase de croissance plus substantielle. Trois forces tirent le marché vers le haut : les progrès rapides de l'automatisation des machines, la maturité de la technologie GNSS de haute précision et les flux de travaux de construction numériques qui relient enfin les modèles de conception aux travaux de terrassement physiques. Le résultat est un chantier où la niveleuse, l'excavatrice et le bouteur ne sont plus des outils isolés mais des nœuds vivants dans un réseau de données unique. Cet article examine la direction que prend ce changement, ce qu'il exige des systèmes installés sur la machine et la manière dont CHC Navigation positionne sa gamme de commandes de machines pour la prochaine phase.

Un marché qui entre dans une phase de croissance

La demande de systèmes de contrôle des machines augmente dans tous les secteurs qui déplacent de la terre et de la roche à grande échelle. Les programmes d'infrastructures routières et ferroviaires en Asie, en Europe et au Moyen-Orient ont des cycles d'investissement pluriannuels, et les entrepreneurs en terrassement qui peuvent atteindre le niveau dès le premier passage avec moins de travaux de reprise remportent les appels d'offres. Dans le secteur minier, la pression exercée pour réduire la consommation de diesel, la durée des cycles et le nombre d'heures de travail des opérateurs a fait de l'automatisation du nivellement et de la préparation des bancs un levier mesurable en termes de coûts de production plutôt qu'un simple gadget. Dans la construction civile, la pénurie de main-d'œuvre dans de nombreuses régions a rendu plus difficile la dotation en personnel des projets avec les opérateurs de niveleuses et de bouteurs expérimentés qui avaient l'habitude de livrer la surface finie au feeling ; les systèmes de contrôle des machines comblent ce déficit de compétences en donnant aux nouveaux opérateurs la même précision au premier passage.
 

Dans les trois segments, l'histoire sous-jacente est la même. Un site peut être planifié, exécuté et vérifié plus rapidement et avec moins de pertes lorsque chaque machine sait où elle se trouve, où se trouve la surface de conception et quelle coupe ou quel remplissage est nécessaire pour la prochaine passe. La croissance du marché des systèmes de contrôle des machines s'explique par le fait que le marché s'est rendu compte que l'écart de productivité entre les machines dotées d'un système de contrôle et celles qui en sont dépourvues est important et stable, et qu'il ne s'agit pas d'une mode.

Automatisation et GNSS : les moteurs essentiels

Deux courants technologiques sont à l'origine de cet écart de productivité. Le premier est l'automatisation : le matériel de commande hydraulique sur la machine et les boucles logicielles qui le pilotent. Le second est le positionnement : GNSS en temps réel avec une précision de l'ordre du centimètre, souvent associé à un capteur inertiel pour la compensation des mouvements de courte durée. Aucun des deux flux n'est nouveau en soi. Ce qui a changé au cours des cinq dernières années, c'est la fiabilité, le prix et l'intégration de la combinaison.
 

En ce qui concerne le positionnement, les récepteurs GNSS multibandes et multi-constellations se verrouillent désormais sur des points fixes de l'ordre du centimètre dans des conditions réalistes : feuillage léger, canyon urbain, structures métalliques réfléchissantes de faible hauteur, conditions météorologiques. Les unités de mesure inertielle ont vu leur prix baisser et leurs performances augmenter, de sorte que même un système compact monté sur machine peut traverser une brève panne de GNSS sans perdre son niveau. Les plates-formes de référence GNSS sur le chantier ou en dehors fournissent des corrections en continu, avec des coûts d'abonnement qui ne font plus fuir les petits entrepreneurs.
 

En ce qui concerne l'automatisation, les systèmes modernes de contrôle des lames ne se contentent plus d'indiquer où l'opérateur doit viser, mais pilotent activement et en temps réel les systèmes hydrauliques contre la surface de conception. Le conducteur d'une niveleuse n'a plus besoin de lire l'indicateur et de le traduire en données manuelles ; le système effectue la coupe, le conducteur gère la ligne. Le modèle d'interaction passe d'un travail manuel instruit à une automatisation supervisée, ce qui élimine la boucle de reprise qui consommait tant de main-d'œuvre sur les chantiers traditionnels.

Des principes d'intégration similaires sont appliqués par les fabricants de systèmes de commande de machines pour les excavatrices, les bouteurs et les niveleuses. Le schéma ci-dessous montre comment les antennes GNSS, un récepteur, un IMU et l'écran de guidage 3D de la cabine sont intégrés dans l'excavatrice pour fournir un positionnement en temps réel du godet et un guidage de l'excavation par rapport à la surface de conception.

Flux de travail numériques pour la construction, de la conception à l'exécution

La troisième force est la couche de flux de travail située au-dessus de la machine. Pendant la majeure partie de la dernière décennie, le modèle de conception a vécu dans l'environnement BIM ou civil-3D du bureau, et une copie papier ou PDF a été envoyée au chef de chantier. La machine sur le terrain n'en savait rien. Aujourd'hui, les surfaces de conception et les fichiers d'alignement passent du logiciel de conception à la cabine de la machine sans aucune étape papier, et les données de l'ouvrage fini provenant de la machine sont renvoyées au bureau à la fin de chaque période de travail.
 

Cet aller-retour modifie le contrat. Le propriétaire peut voir quotidiennement dans quelle mesure le projet a été construit conformément à la conception, en termes d'arpentage. L'entrepreneur peut identifier les écarts à un stade précoce au lieu de les découvrir au moment de la réception. Le géomètre peut planifier les travaux de vérification par rapport à la trajectoire réelle de la machine, et non par rapport à des suppositions. Un système de commande de machine en 3D qui participe à ce flux de travail n'est pas seulement une pièce de matériel de cabine ; c'est le point final en direct de la boucle de construction numérique. La prochaine génération de systèmes est construite avec l'hypothèse de ce flux de travail dès le départ.

Chantiers axés sur les données : capteurs, positionnement, connectivité dans le nuage

Le chantier des cinq prochaines années comportera plus de capteurs par machine, plus de machines fournissant des informations en temps réel et un réseau de chantier qui les reliera entre elles. Une niveleuse est équipée d'un récepteur GNSS de haute précision, d'un IMU intégré, de deux capteurs de pente sur le versoir, d'une interface de vanne de commande avec le système hydraulique, d'une liaison cellulaire ou radio avec le réseau du chantier et d'un écran de cabine relié au modèle de conception. Cela représente six ou sept flux de données pour une seule machine. Si l'on multiplie ce chiffre par dix machines sur un chantier routier de taille moyenne, le site génère des gigaoctets de données de positionnement, d'hydraulique et de progression de la surface par jour.
 

Le rôle du système de commande de la machine n'est plus seulement d'entraîner la lame contre la surface prévue. Il doit être la moitié du système de données du chantier qui se trouve sur la machine. Le système doit acquérir des données de manière fiable, les horodater avec précision, les transmettre par le biais du réseau dont dispose le site et présenter à l'opérateur une vue plus simple que les données brutes, et non plus encombrée. Les systèmes qui gèrent bien cette question permettent aux entrepreneurs de faire travailler des équipes plus légères, d'identifier les goulets d'étranglement de la productivité la semaine même où ils apparaissent et de rendre compte de l'avancement des travaux aux propriétaires avec une précision vérifiable. Les systèmes qui gèrent mal cette question sont ceux qui sont remplacés.
 

La couche de connectivité dans le nuage ouvre également la voie à l'apprentissage inter-flottes. Un exploitant minier disposant d'une centaine de bouteurs répartis dans trois puits, qui communiquent tous la charge des lames et la télémétrie des moteurs marqués par GNSS, peut repérer les lacunes dans la formation des opérateurs, les schémas d'usure des machines et les inefficacités des itinéraires qui auraient été invisibles avec une vue par machine. Les entrepreneurs de construction commencent à poser à leurs fournisseurs de commandes de machines les mêmes questions sur la portabilité et l'intégration des données que les exploitants de flottes posent aux fournisseurs de systèmes télématiques. Cette convergence est l'une des prochaines étapes de l'évolution du secteur.

La ligne de contrôle des machines de navigation du CHC

Le portefeuille de commandes de machines de CHC Navigation s'articule autour des trois forces susmentionnées. Le MCNAV TX73 apporte la commande de machine en 3D aux excavatrices grâce au positionnement du godet par GNSS et IMU par rapport à la surface de conception. Le TG63 est le système de contrôle de nivellement en 3D pour les niveleuses, avec un contrôle en temps réel du tangage et de l'inclinaison de la lame par rapport au modèle de conception. Le TD63 Pro offre aux bouteurs le même contrôle de la lame en fonction du modèle. L'EasyNAV EMG100 gère le noyau de positionnement GNSS qui fournit à ces produits de contrôle des lames la précision centimétrique dont ils ont besoin pour fonctionner.
 

Dans toute la gamme, le choix de conception est le même que celui que fait l'industrie : intégrer le capteur de positionnement, le capteur inertiel, l'interface hydraulique et le logiciel de flux de travail au niveau du système plutôt que de les assembler aux frais de l'entrepreneur. La gamme complète se trouve sur la page de la solution CHCNAV Machine Control, et la vue d'ensemble de l'industrie présente les cas d'utilisation par segment.

Ce que cela signifie pour les entrepreneurs et les maîtres d'ouvrage

L'industrie des systèmes de contrôle des machines se trouve au point de sa courbe où la pile technologique est établie, où la valeur ajoutée est prouvée et où la question n'est plus de savoir si un entrepreneur sérieux l'adopte, mais dans quelle mesure. La prochaine phase est l'intégration : une automatisation plus étroite, un GNSS plus précis et un flux de travail de construction numérique qui traite enfin la machine et le modèle comme un seul système continu. CHC Navigation conçoit la prochaine génération de produits de contrôle des machines en fonction de ce cahier des charges. Les entrepreneurs et les maîtres d'ouvrage qui s'y préparent dès maintenant passeront le reste de la décennie avec une longueur d'avance sur ceux qui ne le font pas.

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À propos de CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) développe des solutions avancées de cartographie, de navigation et de positionnement conçues pour accroître la productivité et l'efficacité. Au service d'industries telles que le géospatial, l'agriculture, le contrôle des machines et l'autonomie, CHCNAV fournit des technologies innovantes qui permettent aux professionnels de se prendre en charge et de faire progresser l'industrie. Avec une présence mondiale dans plus de 140 pays et une équipe de plus de 2 200 professionnels, CHC Navigation est reconnue comme un leader dans l'industrie géospatiale et au-delà. Pour plus d'informations sur CHC Navigation [Huace:300627.SZ], veuillez consulter le site : https://machine-control.chcnav.com/about/overview.