Система цифровой поддержки рабочего процесса - RU2691270C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение касается системы цифровой поддержки рабочего процесса, а также соответствующего способа ее реализации. Эта система поддерживает работу кранов и строительных машин. Предпочтительно такой машиной является строительная машина или кран, и особенно предпочтительно гусеничный кран, канатно-гидравлический экскаватор, свайный копер или буровое устройство, кран буровой платформы, судовой кран и/или мобильный портовый кран.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Обычно рабочий процесс при большом комплексе работ сопряжен с затратным процессом планирования. Во-первых, создается проектируемая на земную поверхность 3D-модель рельефа местности, которая отражает рельеф местности, на котором должен происходить указанный рабочий процесс. Исходя из этих сведений составляется рабочий план, направляемый партнерам и сотрудникам других субподрядных организаций. Последние планируют на основании этих предоставленных им материалов.

Проблематичным в таком подходе является то, что изменения не доводятся с гарантией до сведения проектировщиков, и поэтому итоговые изменения не обязательно найдут отражение в рабочем плане.

При обычном для уровня техники подходе изменения легко могут оказаться неучтенными. Так, возможно, например, что операция подъема несколькими кранами существует лишь в виде бумажного документа, и все операторы инструктируются устно. Во время указанной операции подъема водители отдельно инструктируются устно о необходимых в каждом случае движениях перемещения отдельного крана. Отдельный оператор выполняет лишь отдельные указания, не имея возможности охватить смысл всего основополагающего рабочего плана. Может также случиться, что частичные рабочие планы, подготовленные различными субподрядными организациями, не будут оптимально согласованы друг с другом.

Как это видно на примере крана, может поэтому случиться так, что при неточном принятии рамочных условий, нужно будет снова производить указанное планирование операции подъема, в частности, указанных параметров предельной нагрузки, массы, центра тяжести или отклонения в геометрических размерах. К тому же эти процессы документируются не полностью, и анализ слабых мест впоследствии невозможен.

СУЩЕСТВО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение преодолевает указанные недостатки уровня техники за счет того, что оно делает возможным непосредственный, свободный от разрывов в передаче данных перевод рабочего плана из средства планирования в средство моделирования или, соответственно, в средство навигационной и управляющей поддержки. Благодаря данному изобретению преодолеваются упомянутые недостатки, присущие уровню техники. Становится возможной передача рабочего плана другому проектировщику, так что этот рабочий план будет либо заблокирован для его составителя, либо указанный рабочий план будет обрабатываться обеими сторонами совместно. После окончательной обработки рабочего плана он передается отдельным операторам машин или, соответственно, координаторам рабочего процесса.

Указанная система цифровой поддержки рабочего процесса согласно независимому пункту 1 формулы изобретения содержит банк данных для приема различных данных и разных типов данных, средство для планирования рабочего процесса, которое имеет доступ к указанному банку данных и рассчитано на то, чтобы сохранять рабочий план в указанном банке данных, причем этот рабочий план предпочтительно содержит конфигурацию машины (включая инструменты, такие как крюки или инструменты для подземных работ), описание производственных условий, включая дополнительную нагрузку, а также несколько рабочих этапов, средство для моделирования рабочего плана, которое имеет доступ к банку данных и рассчитано на то, чтобы выдавать данные для моделирования рабочего плана, и средство для навигации и управляющей поддержки машины, которое имеет доступ к банку данных и рассчитано на то, чтобы во время реального осуществления рабочего плана и/или перед этим передавать конкретные данные рабочего плана из банка данных на соответствующую машину; а также средство для анализа рабочего плана, которое на основании имеющихся данных из указанного банка данных проводит анализ, чтобы предпринять оптимизацию, в частности, рабочего плана, машины или режима работы оператора.

При этом указанный банк данных представляет собой локальное или находящееся в облаке хранилище для сохранения и запрашивания данных. Благодаря этому возможно, что каждая участвующая в рабочем процессе сторона имеет доступ к самому актуальному рабочему плану. В частности, за счет этого можно предусмотреть, что сведения о территории, на которой будет реализовываться рабочий процесс, предоставляются банку данных в цифровом виде.

Указанное средство для планирования рабочего процесса служит для создания рабочего плана, который состоит из одной или нескольких соответствующих машин (в конкретной конфигурации), окружающих условий (базирующихся на спроектированной на земную поверхность 3D-модели) и дополнительной нагрузки, а также отдельных рабочих этапов работы указанной машины. Обычно при таком планировании, т.е. при составлении рабочего плана, для специальной задачи, например, операции подъема ищут подходящую машину подходящей конфигурации или просто выбирают ее с помощью опытного пользователя. При этом имеющиеся в распоряжении машины сохраняются в указанном банке данных.

При этом указанная система выполнена таким образом, что в зависимости от группы пользователей (наниматель, арендодатель, планировщик, проектировщик) для каждой такой группы пользователей предоставляются различные запросы в отношении доступа, поверхности и функции, так что в зависимости от постановки задачи и вида применения могут передаваться соответствующие сведения. Так, основное внимание планировщика скорее всего будет привлечено к быстрому и простому доступу ко всем машинам и имеющимся в распоряжении конфигурациям грузового автопарка, тогда как для проектировщика важным является импортирование 3D-чертежей и для всех отдельных этапов, таких как рабочий этап, например, подъем, иметь возможность представить релевантные параметры, такие как давление на грунт, подъемная сила, расстояние до окружающего пространства и т.д. Кроме того, указанное средство для планирования рабочего процесса может быть выполнено таким образом, что один отдельный рабочий этап, например, один подъем может быть поделен на несколько рабочих этапов. Так, операция подъема может включать в себя сведения о конфигурации крана, об окружающем пространстве, о нагрузке и о соответствующих рабочих этапах, и сохраняться в указанном банке данных таким образом, что моделирование, которое позднее будет рассмотрено подробнее, сможет иметь доступ к этим данным. С помощью этого средства планирования указанная операция может быть спланирована с одной или несколькими машинами.

Указанное средство для моделирования рабочего плана имеет доступ к банку данных, так что моделирование может производиться на основании сохраненного в этом банке данных рабочего плана или, соответственно, этапов рабочего плана. Указанное средство для моделирования, таким образом, рассчитано на то, чтобы передавать данные, в частности, созданный рабочий план на моделирующее устройство или самому создавать среду моделирования и выдавать ее, чтобы моделировать отдельные рабочие этапы или весь рабочий план. Возможно, что при этом на моделирующее устройство даются конкретные указания для каждого рабочего этапа, так что оператор моделирующего устройства или, соответственно, тренеры процесса моделирования обращают внимание на не идеально составленный рабочий план (график работ или, соответственно, рабочий этап) и вслед за этим определяют новый оптимизированный ход процесса с собственными рабочими этапами или с измененной конфигурацией, который затем сохраняется в указанном банке данных.

Благодаря такому подходу не оптимально спланированные планы работ и рабочие этапы могут быть выявлены уже перед реальным выполнением и оптимизированы на очень ранней стадии. Основой для этого является, однако, то, что как указанное средство для моделирования, так и указанное средство для планирования обращаются к одному общему банку данных, в котором собраны данные рабочего плана. Преимущества обеспечиваются в том случае, если данные спроектированной на земную поверхность 3D-модели территории тоже лежат в основе этого рабочего плана. Поскольку за счет это не возникает проблем при ручном конвертировании, или налицо актуальность используемых в данный момент сведений, и возможно использование общей платформы без разрыва в системе связи, то достоверность этих данных особенно высока.

Кроме того, указанная система имеет средство для анализа рабочего плана в сравнении с записанными данными процесса, которое на основе имеющихся сведений из банка данных осуществляет анализ для того, чтобы решить, предложить ли со стороны системы оптимизацию рабочего плана, сохраненного в банке данных, или оптимизацию машины путем ремонта и/или обслуживания, или оптимизацию поведения водителя.

Предпочтительно полученные технологические данные могут сравниваться с указанным рабочим планом, чтобы распознать отклонение от рабочего плана или получить сигналы о недостаточной мощности машины.

Путем сравнения технологических данных могут быть сделаны заключения о качестве оператора указанной машины, рабочего плана и этой машины. Базируясь на этих выводах, указанная система может предложить конкретные рекомендации к действию.

В том случае, если оператор не оптимально обслуживает машины, система могла бы заложить в банк данных тренировочное задание для этого оператора, оптимизированное в отношении особого режима эксплуатации, которое затем может быть запрошено при приеме имитации (тренинга) соответствующего оператора.

В том случае, если упомянутая недостаточная мощность вызвана дефектом машины, то это обстоятельство можно отразить в банке данных, так что указанная система направит сообщение соответствующему технику.

В случае не оптимально спланированного рабочего плана данная система проектирует конкретное предложение для оптимизации рабочего плана. При планировании рабочего процесса или при переработке уже спланированного рабочего плана проектировщик может вынести решение о том, будет ли сохранен первоначально спланированный рабочий этап или должна быть применена предложенная системой оптимизирующая опция.

С помощью системы с признаками независимого пункта 1 формулы изобретения обеспечивается цифровая поддержка рабочего процесса, так что возникает меньше ошибок или непредвиденных событий, и указанный рабочий процесс может быть осуществлен, таким образом, более оперативно и эффективно.

С помощью системы согласно независимому пункту 1 формулы изобретения все участники процесса обладают одинаковой степенью осведомленности, рабочий план и лежащие в его основе данные всегда актуальны. Посредством указанного общего банка данных все сведения синхронизированы. Обмен данными происходит без разрыва в системе связи.

Еще одно средство данной системы служит для навигационной и управляющей поддержки машины при реальном осуществлении рабочего плана. При этом перед этой операцией и/или во время нее рабочий план загружается в указанную машину и обеспечивает оператору поддержку при навигации машины.

Если, например, спроектированные на земную поверхность 3D-данные сохранены в рабочем плане, то может быть определено точное положение подлежащего выполнению рабочего этапа, и оператору предлагается навигационное средство к этой точке. На примере крана это означало бы, что оператору указываются запланированный угол поворота верхней и нижней тележек или угол качания главной и подъемной стрелы, или требуемая высота крюка. Кроме того, указанная система может представлять дополнительные сведения планирования, которые обеспечивают оператору возможность лучшего обзора и лучшей реализации рабочего этапа рабочего плана. Например, указывается вес поднимаемого груза и/или оптимальное врезание крюка для подъема этого груза.

Указанная система содержит также средство для приема технологических данных машины при выполнении рабочего плана, которое имеет доступ к банку данных и рассчитано на то, чтобы воспринимать технологические данные машины.

Предпочтительно данная система содержит, далее, средства для выдачи информации для координатора операции. Например, это средство для выдачи информации может представлять собой сенсорный экран. Он имеет доступ к банку данных и рассчитан на то, чтобы предоставлять релевантные сведения о рабочей машине и путем сравнения данных планирования с актуальными данными устанавливать отклонение этапа от рабочего плана. Указанная система рассчитана на то, чтобы принимать параметры процесса, состояния и управления используемой для реального осуществления рабочего плана машины и сравнивать с записанным в банке данных рабочим планом. Далее, эта система может применяться для того, чтобы вести оператора по рабочему плану данной машины и показывать ему дополнительные сведения.

Обычно указанное средство для выдачи информации выполнено как мобильный прибор и передает релевантные сведения от машины и от банка данных через коммуникационный модуль (например, WLAN/GSM). При этом могут сравниваться указанный рабочий план с актуальными данными, так что координатор может своевременно обнаружить отклонения и предусмотреть соответствующие контрмеры. В качестве примера здесь можно назвать спаренный ход/многократный ход, при котором работа координатора существенно упрощается за счет обращения к сведениям, подготовленным указанным средством для выдачи информации. К тому же можно предусмотреть, что с помощью этого средства будут предоставляться сведения о конструкции, режиме эксплуатации и обслуживании машины.

Согласно еще одной модификации данного изобретения указанная система рассчитана на то, чтобы создавать всю информацию для каждого из соответствующих средств на основе общей базы данных и все получаемые отсюда сведения заносить в общий банк данных, чтобы избегать расхождений в привлекаемом к созданию информации банке данных.

Предпочтительно указанный рабочий план содержит последовательность нескольких рабочих этапов, которые в своей совокупности способствуют завершению запланированного рабочего процесса. При этом одному рабочему плану могут быть выделены несколько машин, которые подходят для осуществления соответствующего рабочего этапа.

Согласно еще одной модификации данного изобретения рабочий этап включает в себя, далее, позицию для осуществления данного рабочего этапа на территории рабочего процесса и/или другие относящиеся к этому этапу параметры, которые, в частности, включают в себя как параметр давление на грунт, подъемную силу, расстояние до окружающего пространства.

Предпочтительно указанное средство для моделирования рабочего плана связано с моделирующим устройством, которое имитирует машину, чтобы с помощью моделирующего устройства моделировать рабочие этапы, предусмотренные в рабочем плане, а затем оптимизировать их. При этом достоинством является возможность выявления возникающих при этом моделировании проблем и соответствующая подгонка к рабочему плану. Преимуществом является то, что указанное моделирующее устройство имитирует предназначенную для осуществления рабочего плана машину в соответствующей конфигурации. Это моделирующее устройство может при этом имитировать подходящую для данного рабочего этапа машину и располагает такой же системой управления, что и эта имитируемая машина, а также такими же блоками обслуживания (как например, джойстик, клавиатура, устройство визуального отображения). За счет взаимодействия с оператором последний при моделировании уже заблаговременно готовится к критическим задачам и из своего опыта может указать путь усовершенствования рабочего плана, который затем предпочтительно будет введен с помощью указанного средства планирования.

Сведения средства для навигации и управляющей поддержки с помощью блока индикации в кабине оператора непосредственно сообщаются оператору этого прибора. Предпочтительно это происходит в представлении «дополненной реальности» („Augmented Realityʺ), при котором реальное окружающее пространство отображается в блоке индикации вместе с дополнительными сведениями.

В связи с этим предпочтительно также, чтобы во время осуществления рабочего этапа рабочего плана посредством машины, указанное средство для приема технологических данных машины было рассчитано на то, чтобы определять параметр по фактическому применению этой машины и сохранять в банке данных. Это делает возможным проведение анализа между заданным и текущим значением данного этапа в плане строительства.

Согласно еще одной модификации данного изобретения указанное средство для анализа рассчитано на то, чтобы на основании имеющих сведений в банке данных более эффективно провести оптимизацию будущего рабочего этапа рабочего плана.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

В дальнейшем с привлечением фигур данное изобретение будет пояснено более подробно на отдельных примерах его выполнения. На фигурах при этом показано следующее:

Фиг. 1 схема функций предложенной изобретением системы для цифровой поддержки рабочего процесса, и

Фиг. 2 изображение для разъяснения конкретного сценария операции согласно изобретению, представлено более подробно.

ОПИСАНИЕ ФИГУР

На Фиг. 1 показана указанная система с несколькими ее средствами. Можно видеть первое средство 1 для планирования рабочего процесса. Таким образом, можно с помощью дронов к спроектированной на земную поверхность трехмерной модели привязать данные, чтобы можно было сохранить цифровые данные контрольных замеров территории, на которой должен иметь место рабочий процесс. Эти цифровые данные служат основой для планирования указанного рабочего процесса.

После завершения планирования с помощью средства 2 для моделирования может быть выполнено моделирование рабочего плана. При этом от средства 1 для планирования на средство 2 для моделирования, например, передается упомянутая трехмерная модель окружающего пространства, подлежащие моделированию рабочие этапы, включая релевантные этому параметры, такие как позиция и угол машины, подъемная сила, давление на грунт и т.д. Это обеспечивается путем сохранения сведений в банке данных.

Средство 3 служит для навигации и управляющей поддержки машины при реальном осуществлении рабочего процесса. При этом в реальности реализуются рабочие планы, которые предпочтительно уже проигрывались при моделировании. Чтобы поддержать оператора машины, указанное средство 3 выполнено с возможностью указания водителю данных поддержки, в частности, данных сопровождения вождения. Так, например, оператору машины может быть указано, в каком месте следует производить следующий рабочий этап этой машины, или какая управляющая функция должна выполняться следующей. Могут также указываться подлежащее наведению направление машины, сведения о следующем рабочем этапе и/или другие вспомогательные сведения.

Совершенно конкретно это может означать, например, что оператор машины получает указание, какой угол качания должна принимать главная стрела, чтобы выполнить следующий рабочий этап в рабочем плане. Разумеется, указанные сведения управляющей поддержки не ограничиваются краном или качанием главной стрелы, но могут включать в себя все релевантные управляющие функции машины.

Для обеспечения поступления сведений для навигации и управляющей поддержки в машину передаются по существу подобные данные, что и на средство 2 для моделирования. Вместо имитирования посредством связующего моделирующего устройства происходит, напротив, реальное осуществление рабочих этапов рабочего плана оператором или, соответственно, обслуживаемой этим оператором машиной.

Указанное средство 4 для определения параметров состояния и регулирования машины рассчитано на то, чтобы при выполнении рабочего этапа рабочего плана воспринимать множество технологических данных этой машины.

Возвращаясь к упомянутому ранее примеру крана в качестве машины, это означало бы, что указанное средство 4 для определения технологических данных передает на средство 6 для анализа все параметры состояния крана, такие как угол поворота верхней тележки, угол качания главной и/или подъемной стрел, позиция крюка и т.п., так что указанная система может произвести описанный выше анализ.

После проведения этого анализа сделанные на его основе заключения передаются на указанное средство 1 для планирования, чтобы скорректировать возможно ошибочно спланированные этапы в данном рабочем плане.

Кроме того, имеется средство 5 для выдачи информации, которое предоставляет релевантные сведения о машине и путем сравнения запланированных данных с актуальными данными делает возможным выявление отклонения рабочего этапа от рабочего плана. Это средство может быть реализовано посредством сенсорного экрана. Благодаря этому координатору, который следит за корректным осуществлением рабочего плана, особенно простым образом удается немедленно обнаружить возможные отклонения от заданного состояния и противодействовать им.

После полного составления рабочего плана он может экспортироваться в форме протокола с помощью указанного средства планирования.

Результаты моделирования или, соответственно, анализа, которые имеют место после осуществления одного этапа, могут снова поступать на вход банка данных или, соответственно, в отдельные рабочие этапы рабочего плана. При этом может оптимизироваться конфигурация машин или, соответственно, обеспечиваться оптимальное расстояние, оптимальная степень использования подъемной силы и/или оптимальное давление на грунт. Преимуществом является то, что указанное планирование 1:1 попадает к оператору, этот план может быть смоделирован, и согласование по всему рабочему плану для всех участвующих сторон может быть подготовлено посредством визуализации.

Специалисту понятно, что с помощью предлагаемой изобретением системы для цифровой поддержки рабочего процесса преодолеваются присущие уровню техники недостатки.

ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

В дальнейшем в качестве примера будет представлен сценарий для иллюстрации данного изобретения с привлечением Фиг. 2.

Облако или, соответственно, банк данных используется как центральный накопитель данных и обменный пункт между различными средствами. Они организуют распределение данных - и -актуализацию или, соответственно, доступ и обмен данными и проектами. С их помощью могут производиться обмены проектами между различными партнерами (последовательно - т.е. использование проекта одним пользователем за другим, или совместно при одновременной работе над проектом).

Потенциальный заказчик работает с версией инструмента планирования (средством для планирования, которое на фигуре обозначено как „Crane Plannerʺ - устройство планирования для крана) определяет при этом, например, его задание на поднятие груза (40т на 35м вверх при вылете на 16м). Он запоминает проект в банке данных и делает его доступным для потенциального арендодателя B. B открывает проект и детализирует планирование или, соответственно, проект. B создает, далее, имитацию движения объектов и первый проект для A. Наниматель A удостоверяется и передает указанное поручение на поднятие груза арендодателю B.

B хотел бы подстраховаться и обсудить проект еще и с независимой инженерной фирмой C. B запускает для этого «кооперативный режим работы над проектом» и приглашает для этого C. Таким образом, B и C видят этот проект и все изменения одновременно. Оба могут вносить изменения в этот проект. Если B захочет подготовить своего оператора машин к сложному заданию по поднятию груза, то для этого переработанный проект отправляется на ближайшее моделирующее устройство.

Тем самым, оказывается возможным, что водитель тестирует спланированный проект и отмечает, что он не согласен с этим планированием. Его пожелания изменений в таком случае предпочтительно вносятся арендодателем B в данный проект.

Арендодатель B презентирует данный проект с помощью сенсорного экрана или иного мобильного прибора прямо на площадке строительства еще с упомянутым водителем и остальными участниками. Как только указанная машина будет отправлена для использования, данный проект будет перенесен на эту машину. Водитель запускает машину и получает перечень рабочих этапов (включая подготовку/монтаж), которые он должен выполнить.

В плане предусмотрен подъем объекта весом 40т. На площадке строительства водитель при подвешивании груза замечает, что он весит 42т. Путем использования данного изобретения оказывается возможным, что он свяжется с проектировщиком. Последний актуализирует массу этого объекта до 42т и проверит зависимости от такой подгонки. Он перенесет этот актуализированный проект снова на машину. Эта машина покажет водителю заданное значение 42т и фактическое значение 42т. Благодаря этому гарантируется, что дальнейший подъем пройдет без проблем.

Впоследствии можно также проанализировать такой подъем. При этом может быть установлено, что водитель не придерживался плана, и возникла проблема в движении, например, подъем груза рывком, колебательные движения или т.п. Представляется возможным подготовить тренинг, связанный с проблемами движения, и снова направить водителя на тренажер.

Реферат

Изобретение относится к системе цифровой поддержки рабочего процесса машины. Технический результат заключается в повышении скорости анализа рабочего процесса. Система содержит банк данных для приема различных данных и разных типов данных. Средство для планирования рабочего процесса, которое имеет доступ к этому банку данных и рассчитано на то, чтобы сохранять рабочий план в этом банке данных, причем указанный рабочий план предпочтительно содержит конфигурацию машины, описание производственных условий и включает в себя несколько этапов. Средство для анализа рабочего плана, которое на основании содержащихся в банке данных сведений производит анализ, чтобы оптимизировать сохраненный в указанном банке данных рабочий план, в частности, отдельные этапы рабочего плана. Средство для моделирования рабочего плана, которое имеет доступ к банку данных и рассчитано на то, чтобы выдавать информацию для моделирования рабочего плана. Средство для навигации и управляющей поддержки машины, которое имеет доступ к банку данных и рассчитано на то, чтобы во время реального осуществления рабочего плана и/или перед этим передавать данные рабочего плана из банка данных на соответствующую машину. 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула