История разработки автономной технологии для строительной и горнодобывающей техники компании Komatsu насчитывает уже 30. И началась она задолго до того, как начались дебаты о том, должны ли автономные автомобили Tesla ездить по дорогам общего пользования или безопасно ли, чтобы водители Uber убирали руки с руля.
Сегодня автономная транспортная система Komatsu (AHS), которая контролирует и управляет автопарками самоходных карьерных грузовиков грузоподъемностью от 200 до 400 тонн, работает на трех добывающих карьерах по всему миру. И недавно компания заявила, что в октябре достигнет важной вехи – 2 млрд. тонн материала будет перевезено тяжелыми грузовиками Komatsu под управлением AHS.
Складывается такое ощущение, что автономия оборудования, наравне с горнодобывающей техникой, стала главным направлением деятельности компании. В настоящее время Komatsu предлагает своим клиентам интеллектуальную систему управления горнодобывающими машинами и интегрированную платформу управления для строительной техники, которая способна выполнять полуавтоматическую или полностью автономную работу.
В недавнем отчете руководства Komatsu America подробно рассказывается об истории и эволюции услуги Smart Construction компании. В нем говорится, что конечной целью Komatsu является оптимизация рабочих мест. Для этого создаются машину, способные гармонично работать с производственными планами, часто разрабатываемыми в цифровой форме. Автономность и сетевая авторизация – это технология, которая делает эту цель возможной, и именно сейчас значительная часть исследований и разработок компании ведется в данном направлении.
Основой базой исследований и разработок автономных решений для горнодобывающего оборудования является Аризонская испытательная площадка (AZPG) Komatsu, расположенная в пустыне на площади в 285 гектаров в 45 минутах к югу от Тусона. Все происходящее там настолько засекречено, что компания никогда не допускала на объект каких-либо представителей средств массовой информации. До последнего времени!
И вот Komatsu пригласила на объект AZPG профильных журналистов, чтобы полноценно познакомить с разработанной системой AHS и всей работой, связанной с внедрением автономии на существующих рудниках.
Итак, система Komatsu AHS используется в четырех областях: добыча нефти, меди, железа и угля. Система управляет 130 карьерными грузовиками во всем мире для трех разных клиентов: Suncor Energy, Codelco и RioTinto. В Komatsu утверждают, что она является первой в мире компании, которая добилась подобного успеха в применении автономной системы управления. За 10 лет, под управлением AHS не произошло ни одной аварии или катастрофы на объектах.
По заявлению директора по развитию мирового бизнеса Komatsu Брайана Юрекса, истоки системы лежат в 1997 году, когда компании присоединилась Modular, занимающаяся разработкой системы управления автопарком Dispatch для добычи полезных ископаемых.
Используя специализированное аппаратное и программное обеспечение, Dispatch произвел переворот в отрасли, позволив шахтам оптимизировать движение грузовиков во время проведения погрузочно-разгрузочных работ. И в том же году Komatsu впервые интегрировала GPS в общую схему автономной системы.
Тестирование AHS началось в 90-х года, но только в 2016 года произошло ее первое развертывание в Северной Америке на шахте Suncor.
Как рассказал Юрекс, автономная система включает в себя широкий спектр технологий и оборудования. В частности, речь идет об управляемых людьми (пилотируемых) машинах, компьютерных операциях с ними, удаленном управлении техникой и технологии полной передачи контроля искусственному интеллекту.
В связи с тем, что на современных шахтах используется широкий спектр старых и новых грузовых автомобилей, AHS обеспечивает совместимость между модернизированными автономными грузовиками. Эта функциональная совместимость становится возможной благодаря двум компонентам системы: FrontRunner, который управляет работой и руководит машинами, и Dispatch, осуществляющей общее управлением автопарком, отслеживанием местоположения машин и оптимизацию производства.
Командная станция любой шахты, на которой работает AHS, используется Komatsu, как Центр контроля. Данный центр управления является подразделением клиента и обычно состоит из двух операторов, которые контролируют несколько дисплеев и часто общаются с персоналом в карьере. Вице-президент по автономным и коммуникационным решениям Modular Энтони Кук рассказал, что хороший оператор обычно обслуживает до 30 грузовиков, которые работают на руднике и подключены к системе AHS.
В Komatsu считают, что одним из основных преимуществ AHS является «точность и повторяемость». Система предоставляет «точное размещение сбрасываемых грузов, абсолютный контроль распределения материалов и последовательное время цикла перевозки».
По заявлению Юрекса, автоматизация процессов дает резкое снижение всевозможных рисков и значительное повышение безопасности на производстве.
«Мы пытаемся превратить существующие операции в почти конвейерную ленту. В общем, все, что вам нужно сделать, это уйти с пути и позволить этой системе работать» - вице-президент по автономным и коммуникационным решениям Modular Энтони Кук
Над небольшими мониторами перед операторами расположены два больших экрана. На одном отображаются данные работы автономной системы управления FrontRunner, на втором – информация об управлении парка машин диспетчером.
На первый взгляд кажется, что FrontRunner является более важной частью AHS, так как указывает грузовикам, в каком направлении двигаться. Однако, по утверждению Юрекса, работа по управлению автопарком в целом, также важна для функционирования системы. На самом деле FrontRunner и Dispatch следует воспринимать, как две неотъемлемых части одного мозга.
«Автономные системы должны работать в тесном сотрудничестве с оптимизированным управлением автопарка, чтобы максимально реализовать имеющиеся преимущества. В конце концов, Dispatch – это часть мозга, которая отслеживает местоположение активов, их назначения и местоположения точек сброса и загрузки. Если FrontRunner является пилотом в системе AHS, то Dispatch является навигатором, позволяющим FrontRunner безопасно управлять каждым автономным грузовиком, а также отслеживать их местоположение и местоположение любых пилотируемых активов в этом районе, чтобы избежать столкновений или других аварий» - директор по развитию мирового бизнеса Komatsu Брайан Юрекс
Автономный контроль через FrontRunner требует, чтобы грузовики были оснащены:
- блоком управления, расположенным сразу за сиденьями внутри кабины;
- беспроводными антеннами для подключения Wi-Fi и LTE;
- всевозможными системами для позиционирования (GPS, набор гироскопов, радаров и лазеров).
В Komatsu заявили, что автономные карьерные грузовики можно заказать со всем необходимым оборудованием непосредственно с завода. Помимо этого, компания предлагает модернизацию существующих грузовиков уже в полевых условиях. Старший менеджер по производству электрических самосвалов Джо Шумейкер рассказал, что процесс модернизации может занять всего одну неделю для новых грузовиков и до трех недель для старых моделей.
Существует пять основных элементов, которые позволяют FrontRunner безопасно управлять грузовыми автомобилями и контролировать трафик в карьерах:
- Auto Interaction - отвечает за коммуникацию между автономными грузовиками в автономной транспортной системе. «Общаясь» друг с другом, грузовики могут перемещаться по пересеченной местности и находить места сброса и загрузки.
- Manual Vehicle Interaction (Взаимодействие с управляемой человеком машиной) - функция позволяет пилотируемым транспортным средствам в системе общаться с беспилотными грузовиками. FrontRunner отслеживает расположение пилотируемых грузовых автомобилей по отношению к беспилотным грузовикам и может сказать, когда они двигаются и где находятся. Система принимает автономные решения по работе и взаимодействию беспилотных грузовиков на основе данной информации и местоположения пилотируемых машин.
- Collision Detection System (Система обнаружения столкновений (CDS)) – используя «Защитную оболочку», который окружает каждую машину, CDS может обнаружить, когда границы этих цифровых «пузырей» пересекаются друг с другом и сигнализируют об опасности.
- Obstacle Detection System (Система обнаружения препятствий (ODS)). Все беспилотные машины оснащены блоком ODS спереди и сзади. Если в область действия системы попадает посторонний объект, то AHS дает команду на остановку грузовика.
- Emergency Stop Button (Кнопка аварийного останова (ESB)). Данная кнопка останавливает на все автономные тягачи, управляемые FrontRunner. Центральный контроль, все автономные грузовики и все пилотируемые транспортные средства в системе оснащены ESB.
Все эти элементы отображаются на дисплеях операторов рудника. Также они могут контролировать зону (контур карьера), где FrontRunner управляет автономными грузовиками, причем трек движения грузовика отображается в виде жирной цветной. Помимо этого, изображение «пузыря» безопасности каждой машины, позволяют операторам мгновенно отслеживать опасное сближение машин.
В Komatsu заявляют, что присоединение к системе AHS – это нечто большее, чем покупка новых и модернизация имеющихся карьерных грузовиков, и создание централизованного контроля. Необходимо, чтобы между компанией и клиентом установились партнерские отношения. Со своей стороны, Komatsu предлагает всестороннюю круглосуточную поддержку как программного, так и аппаратного обеспечения.
«Выделенная поддержка на месте имеет решающее значение. Горнодобывающие компании получают наибольшую выгоду только в том случае, если границы между клиентом и Komatsu размываются» - директор по развитию мирового бизнеса Komatsu Брайан Юрекс
От клиентов, заинтересованных в обеспечении автономной работы техники на своих шахтах, Komatsu требует, чтобы они с полной ответственностью подходили к применению правильных методов планирования разработок.
«Автономная технология сама по себе не сможет устранить неэффективную работу шахты. Если у вас вообще плохое планирование деятельности, вы не станете отличным кандидатом на использование AHS. Когда вы автоматизируете мусор, то получаете автоматическое барахло» - директор по развитию мирового бизнеса Komatsu Брайан Юрекс
Юрекс рассказал, что в Komatsu считают хорошими качествами для карьера, решившего воспользоваться возможностями системы AHS:
- Возможность отделить зону работы автономной техники от неавтоматизированных участков. Для этого необходимо установить соответствующие ограждения и предупреждающие надписи, чтобы обеспечить доступ в рабочую зону только уполномоченного персонала и соответствующего оборудования.
- Персонал, прошедший обучение по процедурам безопасности FrontRunner.
- Разработка простых фиксированных маршрутов для транспорта, которые позволяют FrontRunner лучше ориентировать автономные грузовики и оптимизировать производство.
- Гибкое планирование пересечения машин. В Komatsu установили, что использование Y-образных перекрестков помогает автономным грузовикам поддерживать скорость и уменьшать взаимодействие между машинами, что значительно повышает эффективность работы транспорта.
- Широкие дороги и места выгрузки.
- Хорошее обслуживание дорог.
- Минимизированные взаимодействия с транспортным средством.
Как рассказал Юрекс, чтобы помочь клиентам в организации перечисленных выше требований, Komatsu проводит обширные консультации на протяжении всего процесса внедрения AHS на руднике.
Учитывая доказанный успех AHS, как в режиме тестирования, так и в реальных условиях, наряду с обширной подготовкой и работой, проводимой Komatsu и ее клиентами для внедрения системы, что все это означает для технологии автономии в будущем?
Разработчики в Komatsu считают, что автономия близка к достижению важного уровня зрелости в горнодобывающей промышленности. Одним из признаков этой уверенности является тот факт, что они пригласили СМИ на Аризонский полигон для демонстрации достижений.
Хотя официальные лица Komatsu неохотно обсуждали, что же их успех с автономией означает для технологии в целом, они отметили большие проблемы, присущие автомобильной и транспортной отраслям, которые просто отсутствуют в горнодобывающей промышленности, или присутствуют в незначительной степени.
Выше показано, что ключевым моментом в перечне требований AHS является создание контролируемой среды. Как производители автомобилей и грузовиков справятся с инфраструктурой, контролируемой местными правоохранительными и федеральными и государственными ведомствами транспорта? Решение, предоставленное Komatsu - это тесный союз человеческого планирования и комплексной интеграции программного и аппаратного обеспечения на руднике.
По словам Кука, твердо придерживаясь разработанной технологии и увеличивая интерес клиентов, Komatsu продвигает технологию, стремясь расширить ее и перенести на другие горнодобывающие машины. Одним из примеров является инновационный автономный грузовой автомобиль компании, который в настоящее время разрабатывается. Он также отметил, что Komatsu недавно приступила к тестированию на полигоне карьерного экскаватора PC7000, который будет управляться оператором в режиме удаленного доступа оператором.
«Мы хотим ввести данную технологию во все уголки рудника. Но порядок, в котором мы ее развиваемся, идет по пути создания решений, которые в первую очередь приносят наибольшую прибыль» - вице-президент по автономным и коммуникационным решениям Modular Энтони Кук
