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科技前沿:卡特彼勒、小松、三一在智能施工技术上的探索

2017-12-26 15:20:05
中国路面机械网-工程机械新闻中心 挖掘机
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【中国路面机械网 独家】随着日本、中国逐渐进入老龄化社会,适龄工作人口将急剧减少,必然导致用工成本增加,施工方降低人工成本、提升施工效率和质量的需求会越来越强烈,数字化施工技术应用前景广阔。

随着定位技术与测量技术的不断发展,在人力成本高昂的欧美国家,融合了3D卫星定位测量技术、自动控制技术等的数字化施工技术在工程机械领域的应用越来越广泛,并从早期的客户定制化项目化应用发展到现在量产化标配应用。

科技前沿:卡特彼勒、小松、三一在智能施工技术上的探索

智能施工技术上的探索

智能化已经成为新一轮工业革命的最主要特征,工程机械的智能化发展方向,已经成为行业人的共识,那么,人工智能技术是如何助力施工呢?让我们通过几家工厂机械企业的产品来一窥究竟。

卡特彼勒开创“智能机器时代”

近年来,卡特彼勒在全球一直引领智能机器领域的发展。

早在2007年,卡特彼勒的多款产品就开始配备标准的智讯系统(Cat Product Link),通过收集机器的关键性能和运行状况数据,利用网络提供给相关人员以指导决策。卡特彼勒通过不断融合数字技术和互联互通性已将智讯系统(Cat Product Link)扩展至能够帮助实现整个机队互联的Cat智能(Cat Connect)技术, 并实现了应用大幅增长。现在,在全球投入使用的约300万台Cat(卡特)机器和发动机中,约50万台已实现互联互通。在这个机器展现智慧的时代,整机与零部件之间、机械设备之间以特定的方式沟通并共享数据。互联互通使工程作业变得更加安全、高效、精准和便捷。

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“智能机器时代”数字技术战略

2017年6月,卡特彼勒在第八届国际基础设施投资与建设高峰论坛上,展示卡特彼勒的“智能机器时代”数字技术战略。卡特彼勒“智能机器时代”数字化解决方案的呈现让更多人看到了工程机械行业的未来,正如卡特彼勒公司全球副总裁兼卡特彼勒(中国)投资有限公司董事长陈其华所言:“工程机械行业现在进入了一个新的时代,也就是智能时代,智能机器和智能服务的时代已经到来。”

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卡特彼勒的智能科技和服务

卡特彼勒正在积极实施数字技术战略,为客户提供多种数字服务和解决方案,帮助他们提高生产力、工作效率、安全性和盈利水平。Cat智能科技和服务便是该战略的重要组成部分。实践证明,使用Cat智能科技和服务,能够帮助客户实现实时监测、管理设备,并预测设备的潜在故障;同时,帮助使用该服务的设备节油约30%。

贵州省贵阳市的张先生(化名)就是Cat智能科技的忠实用户。作为Cat挖掘机机主,张先生的机队主要从事高速公路以及一级公路的路基及土石方工程。在使用了Cat坡度控制系统后,张先生机队的工作效率得到了大幅提升。通过Cat智能科技,边坡平整和场地平整作业能够一步到位,平均节约用量约30%,缩短时间约20%,减少油耗30%。更重要的是,使用该控制系统刷出来的边坡平整,且不存在返工或修补情况,成本的降低和工程质量的提升。

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卡特彼勒智能化施工的设备

Cat虚拟现实平台:依托Cat虚拟现实平台,卡特彼勒能够实现人机交互虚拟现实。通过模拟技术,能够大大缩短设计周期、产品设计得以改善优化,同时实现全流程模拟验证,从而降低研发成本。

通过运用数据连接、坡度控制、压实控制、有效载重、监测和远程操控等先进技术和大数据分析服务,Cat(卡特)智能技术与服务帮助客户更好地管理和跟踪项目,监控安全和设备性能,监测生产效率。客户可基于数据尽快做出决策,使运营更加精准、安全、有效,从而提升盈利能力。

在中国,卡特彼勒的智能机器已经在一些客户和一些重要工程上得到应用,例如福建三明的一家公司已经应用了10多台卡特彼勒搭载智能技术的液压挖掘机。其中的坡度控制功能帮助操作手快速、精准地实现坡度作业目标,帮助引导整平作业,包括:深度、坡度、平距等施工指标。根据这家公司的使用效果,工程效率的提升可以达到70%。

小松正将人工智能带入施工领域 瞄准建筑机械无人化

世界工程机械巨头小松正致力于把人工智能运用到建筑施工领域,以提高施工安全性和施工效率。他们正与全球显卡巨头NVIDIA (英伟达)强强联合,共同推进这一项目。小松和图形处理器(GPU)制造商NVIDIA宣布,共同致力于通过部署智能相机的方式,以计算机视觉技术开发建筑施工领域的AI解决方案,该AI平台“将成为重型设备的超级大脑”。

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小松用无人机指导挖掘机施工

小松基于信息技术(IT)提供建筑工程的省人化服务。使施工现场实现可视化,设想了将来实现无人化。自动驾驶建筑机械的开发也将纳入视野。使用英伟达人工智能半导体处理的图像数据,能实时准确掌握土地平整等作业的进度,易于迅速修正工程计划。还可在大型施工现场上空放飞无人机,通过配备人工智能半导体的摄像头拍摄画面,掌握土地平整和建筑物的工程进度。

人工智能在解决施工中的“安全风险和低效率”方面大有所为。借助安装在重型设备上的用来采集图像的智能摄像头和部署在施工现场的无人机,施工现场环境的数据可以被实时地收集并被分析,这可以让操作人员更好地了解施工环境,提高施工安全性和工作效率。在美国,与2010年相比,因施工安全问题导致死亡的人数上涨了34%,小松与NVIDIA共同开发的AI系统可以大大减少施工人员的伤亡。

小松正在部署的AI项目是其智能化建设(Smart Construction)计划的延伸。在美国,智能化建设(Smart Construction)计划是一种一站式服务,可以让用户更加智能地进行机群管理,小松提供全面的培训以及与土方作业相关的基于GPS/GNSS技术的专业服务。而在日本,小松推出的智能化建设(Smart Construction)服务是一个由无人机辅助的自动化设备服务,旨在减轻日本技术工人严重短缺的情况。

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具有智能机器控制技术(IMC)的小松产品施工原理图

智能化建设(Smart Construction)将小松的智能机器控制技术与无人机和三维激光扫描仪施工现场测绘技术相结合,以此来实现自动化施工。

如今小松已经在日本各地的4000多个工地部署了智能化建设(Smart Construction)。

小松智能化建设(Smart Construction)平台上的GPU将与无人机和智能摄像头进行通信,共同组成AI平台的基础,对采集到的数据进行分析和可视化处理,SkyCatch平台为无人机采集和绘制三维图像提供支持。物联网管理软件公司OPTiM将提供计算机视觉技术来识别从智能摄像头采集到的影像。

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无人机绘制三维地图

此外,NVIDIA的Jetson嵌入式超级视觉计算系统将与NVIDIA云技术协同工作,为安装在小松建筑设备上的摄像头提供360度全景视图,以便随时识别施工场所中的人员和机器,防止碰撞等事故。

小松的这项技术的目标是创建建筑工地三维可视化界面,实时识别人员、设备和其他物体,并且对设备自身进行密切监控,以确保设备的使用效率最高。

小松AI平台中的智能摄像头将安装在施工设备的驾驶室内,以便实时快速评估不断变化的工况并对操作人员进行相应的指导。小松这一人工智能平台最初将在操作人员的配合下工作,对操作人员进行提示和预警,其最终目的是不断进行自我学习,训练模型,最终利用该技术达到设备自动操作的目的。

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PC360LCi-11是小松推出的36吨级的智能挖掘机

PC360LCi-11是小松推出的36吨级的智能挖掘机,驾驶室采用两个监视器,一个为ECU显示器,增加的一个为智能控制系统的显示器,同样将上面提到的智能技术应用其中。

小松首台智能挖掘机以ICT中的IMC(智能机器控制)技术为核心,配备了GNSS天线,IMU+(惯性测量单元)、行程感应油缸和控制器等等。GNSS天线用于确定机器的坐标和高程,动臂、斗杆和铲斗液压缸内部的行程传感器,用于精确测量液压缸行程以及速度,IMU+能够检测挖机的姿势,保证坡道工作更加精确。

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在PC210LCi-11的全自动模式下,不熟练的操作人员也可以快速精准地完成复杂施工要求

PC360LCi-11是小松推出的36吨级的智能挖掘机,驾驶室采用两个监视器,一个为ECU显示器,增加的一个为智能控制系统的显示器,同样将上面提到的智能技术应用其中。

未来的设备将会感知建筑工地、矿山施工的周围环境并进行预警,帮助操作人员更高效、更安全地工作。

三一DCS数字施工系统!每一铲都由卫星引导!

2017年11月初,三一成功在三一SY215挖掘机上完成了数字化施工系统(Digital Construction System)的研发。该系统利用高精度的GNSS信号精确计算挖掘机铲斗齿尖位置,将铲斗齿尖3D定位误差缩小到了30毫米以下,完全能够满足土方作业的精度要求。铲斗3D位置与事先导入机载电脑的3D设计图纸实时比对,从而达到自动控制或引导施工的目的。

三一SY215挖掘机在进行施工测试

在实际测试中,安装有数字化施工系统的挖掘机完成了各种复杂工程的施工挑战,该款设备也受到了操作手的一致好评:“它就是一个挖沟、修坡利器,速度快、无需返工,比起原来的设备,操作要简单很多。”在整个操作过程中,操作手只需查看驾驶室内右前方的10寸触摸屏,就可以实时了解铲斗坐标和挖填量,并根据挖填量信息精确控制挖掘机动作,快速准确的完成设计面的作业。

数字化施工系统(Digital Construction System)

按照传统施工流程,在施工要求高的工程如修边坡、挖排水沟、特殊造型、水下作业、夜间施工等,都是先打桩放样,然后一边施工一边测量,施工效率低下,施工人员存在安全性风险。数字化施工技术的应用推动了传统的施工流程再造,省去了一边施工一边测量,能为施工方节约大量人力成本,同时能够大幅度提升施工效率,消除人员安全隐患。相关统计数据表明,在施工精度要求高的应用中使用数字化施工技术,效率提升30%-70%,质量提升50%,同时燃油节省43%,建筑材料节省11%,时间节省55%,三一数字化施工挖掘机能够为客户大幅度提高效率、降低成本。

三一将逐步在各型号挖掘机上搭载该数字化施工系统,为客户提供更加精准的施工引导,从而进一步提高挖掘机施工效率、减少能耗,为客户创造更多的价值。

我们相信,随着人工智能技术快速发展,更加智能化、更加环保的工程机械设备将会不断涌现出来,将为人类的美好生活继续共享力量!

【中国路面机械柴喜男整理,转载请标明出处及作者】

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