O futuro da indústria de sistemas de controlo de máquinas: Automação, GNSS e locais de trabalho orientados por dados

Os sistemas de controlo de máquinas passaram de uma especialidade inicial para uma expetativa padrão em projectos de infra-estruturas sérios, e a indústria está agora a entrar numa fase de crescimento mais substancial. Três forças estão a impulsionar o mercado em conjunto: rápidos avanços na automação na máquina, tecnologia GNSS de alta precisão madura e fluxos de trabalho de construção digital que finalmente ligam os modelos de design à terraplenagem física. O resultado é um local de trabalho em que a niveladora, a escavadora e o bulldozer já não são ferramentas isoladas, mas sim nós activos numa única rede de dados. Este artigo analisa o rumo que essa mudança está a tomar, o que exige dos sistemas que se encontram na máquina e como a CHC Navigation está a posicionar a sua linha de controlo de máquinas para a próxima fase.

Um mercado que está a entrar numa fase de crescimento

A procura de sistemas de controlo de máquinas está a aumentar em todos os segmentos que movimentam terra e rocha em grande escala. Os programas de infra-estruturas rodoviárias e ferroviárias na Ásia, Europa e Médio Oriente estão a executar ciclos de investimento plurianuais e os empreiteiros de movimentação de terras que conseguem atingir o grau na primeira passagem com menos retrabalho ganham os concursos. No sector mineiro, a pressão para reduzir o consumo de gasóleo, o tempo de ciclo e as horas de trabalho dos operadores tornou a classificação e a preparação de bancadas automatizadas uma alavanca mensurável do custo de produção, em vez de um elemento a ter em conta. Na construção civil, a escassez de mão de obra em muitas regiões dificultou a contratação de operadores experientes de niveladoras e escavadoras que costumavam fornecer a superfície de acabamento com o tato; os sistemas de controlo de máquinas colmatam essa lacuna de competências, dando aos operadores mais recentes a mesma precisão na primeira passagem.
 

Em todos os três segmentos, a história subjacente é a mesma. Uma obra pode ser planeada, executada e verificada mais rapidamente e com menos desperdício quando cada máquina sabe onde está, onde está a superfície de projeto e qual o corte ou enchimento necessário para a próxima passagem. O crescimento do mercado de sistemas de controlo de máquinas deve-se ao facto de o mercado ter percebido que a diferença de produtividade entre máquinas com controlo e máquinas sem controlo é grande e estável, e não uma moda.

Automação e GNSS: os motores principais

Duas correntes tecnológicas estão por detrás desta lacuna de produtividade. A primeira é a automação: hardware de controlo hidráulico na máquina e os circuitos de software que o controlam. A segunda é o posicionamento: GNSS em tempo real com uma precisão centimétrica, frequentemente associado a um sensor inercial para compensação de movimentos de curta duração. Nenhum destes fluxos é novo por si só. O que mudou nos últimos cinco anos foi a fiabilidade, a acessibilidade e a boa integração desta combinação.
 

No que diz respeito ao posicionamento, os receptores GNSS multi-banda e multi-constelação fixam agora pontos de referência de classe centimétrica em condições de local realistas: folhagem leve, desfiladeiros urbanos, estruturas metálicas reflectoras de baixa altura, condições meteorológicas. As unidades de medição inercial baixaram de preço e aumentaram o seu desempenho, pelo que mesmo um sistema compacto montado numa máquina pode passar por uma breve interrupção do GNSS sem perder a qualidade. As plataformas de referência GNSS no local de trabalho ou fora dele fornecem correcções continuamente, com custos de subscrição que já não assustam os pequenos empreiteiros.
 

No que diz respeito à automatização, os sistemas modernos de controlo das lâminas deixam de indicar para onde o operador deve apontar e passam a conduzir ativamente o sistema hidráulico contra a superfície de projeto em tempo real. O operador de uma motoniveladora já não tem de ler o indicador e traduzi-lo em informações manuais; o sistema faz o corte, o operador gere a linha. O modelo de interação está a mudar do trabalho manual instruído para a automatização supervisionada, que é o que elimina o ciclo de retrabalho que consumia tanta mão de obra nos estaleiros tradicionais.

Os fabricantes de sistemas de controlo de máquinas aplicam princípios de integração semelhantes em escavadoras, bulldozers e niveladoras. O esquema abaixo ilustra a forma como as antenas GNSS, um recetor, uma IMU e o ecrã de orientação 3D na cabina são integrados na escavadora para fornecer o posicionamento do balde em tempo real e a orientação da escavação em relação à superfície do projeto.

Fluxos de trabalho de construção digital desde o projeto até à construção

A terceira força é a camada de fluxo de trabalho acima da máquina. Durante a maior parte da última década, o modelo de projeto vivia no ambiente BIM ou civil-3D no escritório, e uma cópia em papel ou PDF era enviada para o superintendente da obra. A máquina no terreno não sabia nada sobre ele. Atualmente, as superfícies de projeto e os ficheiros de alinhamento viajam do software de projeto para a cabina da máquina sem qualquer passo em papel, e os dados as-built da máquina regressam ao escritório no final de cada turno.
 

Esta viagem de ida e volta altera o contrato. O proprietário pode ver diariamente quanto do projeto foi construído de acordo com o desenho, em termos de levantamento. O empreiteiro pode identificar as variações numa fase inicial, em vez de as descobrir na fase de aceitação. O inspetor pode planear o trabalho de verificação com base no traçado real da máquina e não com base em suposições. Um sistema de controlo de máquinas 3D que participe neste fluxo de trabalho não é apenas uma peça de hardware de cabina; é o ponto final ativo do ciclo de construção digital. A próxima geração de sistemas está a ser construída com este pressuposto de fluxo de trabalho desde o início.

Locais de trabalho orientados por dados: sensores, posicionamento, conetividade na nuvem

O estaleiro de obras dos próximos cinco anos tem mais sensores por máquina, mais máquinas a comunicar em tempo real e uma rede de estaleiro que as liga entre si. Uma motoniveladora transporta um recetor GNSS de alta precisão, uma IMU integrada, dois sensores de inclinação na aiveca, uma interface de válvula de controlo para o sistema hidráulico, uma ligação celular ou de rádio para a rede do estaleiro e um ecrã de cabina ligado ao modelo de conceção. Isto representa seis ou sete fluxos de dados de uma máquina. Multiplique por dez máquinas numa obra rodoviária de média dimensão e a obra estará a gerar gigabytes de dados de posicionamento, hidráulicos e de progresso da superfície por dia.
 

O papel do sistema de controlo da máquina já não é apenas o de conduzir a lâmina contra a superfície projectada. Tem de ser a metade na máquina do sistema de dados da obra. O sistema tem de adquirir dados de forma fiável, registá-los com precisão, transmiti-los através de qualquer rede que o estaleiro tenha e apresentar uma visão ao operador que seja mais simples do que os dados em bruto, e não mais confusa. Os sistemas que tratam bem deste assunto permitem que os empreiteiros tenham equipas mais simples, identifiquem os estrangulamentos de produtividade na mesma semana em que aparecem e comuniquem o progresso aos proprietários com precisão auditável. Os sistemas que lidam mal com isto são os sistemas que são substituídos.
 

A camada de conetividade da nuvem também permite a aprendizagem entre frotas. Um operador de minas com uma centena de bulldozers em três poços, todos com telemetria de motores e carga de lâminas marcadas por GNSS, pode detetar lacunas na formação dos operadores, padrões de desgaste das máquinas e ineficiências nas rotas que teriam sido invisíveis numa visão por máquina. Os empreiteiros de construção começam a colocar aos seus fornecedores de controlo de máquinas as mesmas questões de portabilidade e integração de dados que os operadores de frotas colocam aos fornecedores de telemática. Esta convergência é uma das mudanças da próxima fase no sector.

A linha de controlo da máquina de navegação CHC

O portfólio de controlo de máquinas da CHC Navigation é construído em torno das três forças acima referidas. O MCNAV TX73 leva o controlo de máquinas 3D às escavadoras com GNSS e posicionamento do balde por IMU em relação à superfície de projeto. O TG63 é o sistema de controlo de nivelamento 3D para niveladoras, com controlo em tempo real da inclinação da lâmina em relação ao modelo do projeto. O TD63 Pro proporciona o mesmo controlo da lâmina orientado por modelos para os bulldozers. O EasyNAV EMG100 gere o núcleo de posicionamento GNSS que fornece a estes produtos de controlo de lâminas a precisão centimétrica de que necessitam para funcionar.
 

Em toda a linha, a escolha de design é a mesma que a indústria está a fazer: integrar o sensor de posicionamento, o sensor de inércia, a interface hidráulica e o software de fluxo de trabalho ao nível do sistema, em vez de os aparafusar à custa do empreiteiro. A gama completa encontra-se na página da solução de Controlo de Máquinas CHCNAV e a visão geral da indústria empresarial apresenta os casos de utilização por segmento.

O que isto significa para os empreiteiros e proprietários de projectos

A indústria de sistemas de controlo de máquinas encontra-se num ponto da sua curva em que a pilha de tecnologia está estabelecida, o caso de valor está provado e a questão já não é se um empreiteiro sério a adopta, mas com que profundidade. A próxima fase é a integração: automação mais apertada, GNSS mais nítido e um fluxo de trabalho de construção digital que finalmente trata a máquina e o modelo como um sistema contínuo. A CHC Navigation está a construir a próxima geração de produtos de controlo de máquinas para esse fim. Os empreiteiros e os proprietários de projectos que o planearem agora passarão o resto da década à frente dos que não o fizerem.

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Sobre a CHC Navigation

A CHC Navigation (CHCNAV) desenvolve soluções avançadas de cartografia, navegação e posicionamento, concebidas para aumentar a produtividade e a eficiência. Servindo indústrias como a geoespacial, a agricultura, o controlo de máquinas e a autonomia, a CHCNAV fornece tecnologias inovadoras que capacitam os profissionais e impulsionam o avanço da indústria. Com uma presença global que abrange mais de 140 países e uma equipa de mais de 2.200 profissionais, a CHC Navigation é reconhecida como líder na indústria geoespacial e não só. Para mais informações sobre a CHC Navigation [Huace:300627.SZ], visite: https: //machine-control.chcnav.com/about/overview.