Otonom silindirler: Yol Yapımında (D)evrim

İnsan müdahalesi olmadan hareket eden otonom arabalar henüz günlük yaşamın bir parçası değildir, ancak ulaşılabilir durumdadır. Yaşamın diğer alanlarında ise, otonom sürüş veya çalışma ile ilgili ürünler ve hizmetler hızla yayılıyor; örneğin çim biçme makineleri veya pencere temizleme robotları. Ancak, bugüne kadar inşaat makineleri endüstrisinde yalnızca birkaç bağımsız sürüş makinesi var oldu. Özellikle inşaat sektöründeki asistan sistemleri bu cihazları ele geçiriyor. Sıkıştırma teknolojisinde HAMM AG her zaman trendleri belirleyen ve silindirleri daha da iyileştirmek için yeni teknolojileri erken kullanan şirketlerden biri olmuştur. Teknoloji odaklı HAMM şirketi şimdi de otonom sürüşlü kompaktörlerinin geliştirilmesinde tonu belirliyor.

Bir test parkurunun sınırlandırılmış alanında halen yaşanmakta olan, "otonom silindirler" gelecek projemizin bir parçasıdır. HAMM'ın silindirlerinin tamamen otonom bir şekilde sürülmesi ve sıkıştırması uzun yıllar alacak. Ancak HAMM'daki analizler ve testler bir şeyi şimdiden gösterdi: Otonom hareket eden silindirlerle sıkıştırma kalitesi ve ekonomisi gözle görülür şekilde arttırılabilir. Modern otomobil ve kamyonlarda asistan sistemlerinin kullanımı günümüzde hızla artmaktadır. Navigasyon için GNSS sistemleri, hız kontrolü, mesafe koruyucular, şerit yardımı, park etme ve direksiyon yardımlarının yanı sıra kısa farların otomatik olarak açılması ve kapatılması giderek daha popüler hale geliyor. Pek çok ülkede, yeni araçlar için standart hale bile geldiler. Bu asistan sistemleri, sektördeki öncülerin geliştirdiği, bugün zaten test pistlerine çıkmış bulunan otonom otomobil ve kamyonların temelini oluşturmaktadır.

"Bu gelişme inşaat makinelerinde durmayacak. Asfalt ve toprak sıkıştırma silindirleri, bu tür sistemlerin geniş bir alana hakim olacağı ilk cihazlar arasında olacaktır. Nedeni: Otomobillere diğer birçok makineden daha fazla benziyorlar. İşte bu yüzden HAMM’da uzun süredir bu konuyla ilgileniyoruz."

Dr. Stefan Klumpp, HAMM AG Teknoloji Sorumlusu

HAMM: Otonom sürüşlü silindirlerde eğilim belirleyici

HAMM bu konuda öncü bir firmadır, bunun nedenini Makine mühendisi Dr. Klumpp şöyle açıklıyor: "Şu anda sektörümüzde otonom silindiri olan başka bir firma olmadığını biliyoruz. Araştırmalarımızdan, müşterilerimizin bu tür silindirlerle sıkıştırma kalitesini ve ekonomiyi artırabileceğini de biliyoruz. Sektöründe lider olan diğer şirketlerin de şimdiden 'Otonom Şantiye'nin fırsatlarını ve etkilerini göz önünde bulundurduğunu fark ediyoruz. Bu yüzden bir süredir bu konuyla ilgili bazı müşterilerle diyalog içindeyiz. Amaç, bir yandan uzman personelin kısıtlı olması ve diğer taraftan makinelerin yüksek kaliteli, yüksek verimli ve kaynak tasarruflu kullanımı parametrelerini göz önüne alarak inşaat süreçlerini daha da optimize etmek."

Tasarım çalışması zaten mevcut

Otonom bir silindirin nasıl görünebileceğini HAMM Araştırma ve Geliştirme Müdürü Dr. Axel Römer, ekibiyle birlikte çoktan inceledi: "Teknik, yapısal ve ekonomik yönleri inceledik ve çeşitli çalışmalarda değerlendirdik. Sonuç: Operatörsüz bir silindir, operatör kabinine ihtiyaç duymaz, ancak sıkıştırma parametrelerine ek olarak silindirin çevresini de izleyen önemli ölçüde daha fazla sensör gerektirir. Bu gereklilikleri birbirine bağlıyoruz ve birçok yeni ve yapıcı olasılık görüyoruz. Bu sayede önemli ölçüde daha büyük tambur çaplarına, daha büyük bir su tankına ve elektrikle çalışan bir silindirin aküleri için daha fazla yere sahip otonom silindirler üretebiliriz. Bu kalite, çevreyi koruma ve verimlilik açısından avantajlar sağlıyor."

Endüstriyel tasarımcılar ile işbirliği içinde HAMM, bir tasarım çalışmasını içeren ilgili bir konsept geliştirdi ve hazırladı. Sonuç çok etkileyici - özellikle 9 tonluk makinenin tamburu yaklaşık 2 m çapındadır. Ancak genel makine yüksekliği, günümüzdeki kabini veya çatısı bulunan makinelere göre oldukça düşük.

Otonom silindir üzerinde tasarım çalışması

Büyük tambur çapı, büyük su tankı ve elektrikli tahrik için alan - otonom silindir işte böyle görünebilir.

Günümüzde kullanımda olan asistan sistemleri

Böyle bir makinenin gerçeğe dönüşmesi için daha gidilmesi gereken uzun bir yol var - ama HAMM bu konuda uzun vadeli düşünüyor. Zaten yolculuk çok uzun zaman önce çok sayıda asistan sistemi kullanılarak başlatıldı. Özellikle HCQ Navigator iyi biliniyor. Silindir kontrol panelindeki bir bilgisayarın ve GNSS verilerinin yardımıyla nerede, ne sıklıkta veya ne kadar sıkıştırma yapıldığı gerçek zamanlı olarak gösteriyor. Ek olarak, otomatik geri sürüş veya hız kontrolü gibi sürüş fonksiyonları ve geri vites kameraları gibi güvenlik özellikleri de mevcut. Bunların hepsi operatörleri rahatlatıyor ve bugün bile sıkıştırma kalitesini arttırıyor. HAMM'deki geliştiriciler zaten şerit asistanı, ek direksiyon yardımları gibi diğer sistemlerin ve HCQ Navigator'ın daha da geliştirilmesi üzerinde çalışıyor.

Karmaşık sensörler ve programlama

Bir silindirin yüksek kalitede sıkıştırma sırasında tamamen otonom hareket edebilmesi için, bugünün silindirlerine göre çok daha fazla sensör ve daha akıllı bir yazılım gerekir. Sensörler ile silindir etrafındaki alandan tüm ilgili veriler kaydedilir. Bunlardan bazıları mekandaki konum, sürüş yönü, diğer nesnelere olan mesafe, sıkıştırılacak yüzeyin mevcut malzeme parametreleri (örneğin sıcaklık ve rijitlik) veya hava durumu bilgisi (örneğin rüzgar veya soğutma hızı) olarak sıralanabilir. Silindir bu verileri alan (neresi sıkıştırılmalıdır?), silindir şeması (kaç silindir ve hangi silindirler birlikte çalışıyor?) veya istenen sıkıştırma (hangi boşluk oranı amaçlanıyor?) spesifikasyonları ile karşılaştırılmalıdır. Ayrıca geri sürüşten önce dönme, kenar işleme, sürüş hızı, uyarı sistemlerinin kullanımı vb. ile ilgili talimatları içeren bir sıkıştırma stratejisinin oluşturulması da bunlara eklenmelidir. Kısacası: Bu karmaşık bir iştir.

Asistan sistemleri için merkezi rol

Çok sayıda asistan sistemi, otonom sürüşlü silindirde kritik rollere sahiptir. HAMM, operatörsüz silindirlerin tanımlanmış bir programı güvenli ve çarpışmalar olmadan tamamlayabilmelerini mümkün kılmak için zaten kendi test pistinde bunların birkaç tanesini kullanıyor.

Sürekli test pistinde 10.000 çalışma saati

HAMM zaten bu konudaki ilk adımları başarıyla tamamladı. Üstelik sadece kağıt üzerinde değil, Tirschenreuth fabrikasındaki sürekli test parkuru şeklinde ve operatör olmadan ileride bir makineyi takip eden bir "gölge silindir" imal ederek çok somut bir şekilde adımlar atıldı. Sürekli test parkuru 2014'ten beri faaliyette. Öncelikle prototipleri test etmek için oluşturuldu. O zamandan beri HAMM'deki geliştiriciler gece ve gündüz yeni geliştirdikleri ürünleri test modunda ve tekrarlanabilir koşullar altında operatör olmadan yürütüyorlar. Makine tanımlanmış bir programı otonom olarak tamamlıyor, yakıt ikmali için kendi kararıyla sürüşe geçiyor ve testler sona erdikten sonra kendini kapatıyor. Silindirin insanlarla veya nesnelerle çarpışmaması için, HAMM geliştiricileri kapsamlı bir çevresel izleme sistemi kurdular. Bu sistemin kumandasının geliştirilmesine yardımcı olan Yük. Müh. Hans-Peter Patzner "bu test parkurunda yaklaşık 10.000 çalışma saatinden fazla çalıştık ve otonom sürüş konusunda bazı bilgiler edindik" diyor. Şimdi yeni bir zorluk onu bekliyor çünkü HAMM'da şu anda yapım aşamasında olan ikinci bir test parkuru sayesinde gelecekte iki silindir aynı anda sahada çalışabilecek. Otomasyon uzmanı "Bunun için çarpışma izlemeyi geliştirdik - otonom sürüş yolunda atılan bir diğer önemli adım da bu" diyor.

Operatörsüz gölge silindir

İkinci projenin yönü farklıydı: Osnabrück Yüksekokulu ile işbirliği içinde, operatörsüz ve özel donatımlı bir silindirin simüle edilmiş bir finişerin arkasında otomatik olarak çalışması sağlandı. Geliştirme Müdürü Dr. Müh. Römer bu konuda şu açıklamayı yaptı: "Bu 'gölge silindir' yaklaşımını daha da ileri götürürseniz, sıkıştırma işlemini otomatikleştirerek çok büyük bir potansiyelin kilidini açabiliriz. Böylece hız aralıklarına ve izlere bağlı kalma sayesinde kalite artacaktır. Silindiri kasıtlı olarak frenleyerek, silindir alanlarının aşılmasını ve böylece fazla sıkışmayı önlemek mümkündür. Üstelik silindir yolunda çok hassas değişiklikler yaparak bozulmalar önlenebilir. Bu sırada sistemlerin tümü otomatik olarak daha fazla verimlilik sağlar - özellikle de bu konseptler filoların tümünde kullanılıyorsa."

Otomasyon sayesinde daha fazla kalite

Otonom sıkıştırma nasıl tasarlanmış olursa olsun - bugünden bakıldığında yolumuz asistan sistemlerinden geçiyor. "Gelecek yıllarda operatörlerin yükünü sürekli olarak hafifletecekler, zaten otonom silindirin vizyonundan ilham aldılar. Üstelik elbette, her yeni asistan fonksiyonu, otonom silindir vizyonundan bağımsız olarak sıkıştırma süreci için büyük bir anlam ifade ediyor" diye açıklıyor Dr. Klumpp. Tamamen bağımsız sürüş için çevresel izleme henüz yeterince hassas olmadığı sürece, silindirde bir operatör olması vazgeçilmezdir. Sadece bazı durumlarda, örneğin yakıt doldururken, yükleme ve boşaltma sırasında veya öngörülemeyen olaylar gerçekleştiğinde kontrolü devralacaktır. Bugün havacılıkta da benzer bir durum söz konusudur: Modern ticari uçaklarda, otopilot ve diğer sistemler uçuş sırasında işlerin çoğunu yapıyor. Pilotlar yalnızca kalkış ve iniş sırasında ve olağandışı durumlarda uçağı kontrol eder - aksi takdirde ana görevleri süreci izlemektir.

Otonom bir silindire doğru ilk adımlar

Otonom silindirler, HAMM test sahasında halihazırda 10.000 çalışma saatinden fazla çalıştılar.

Yeni ürünler yasal bir çerçeve gerektiriyor

"Otonom şantiye" alanında silindirlerin sıkıştırma yapmasından önce, teknolojiye ek olarak yasal konular da dikkate alınmalıdır. Yani aşağıdaki gibi sorular cevaplanmalıdır: Otomatik olarak hareket eden bir makine bir zarara yol açarsa kim sorumludur: Üretici mi, sahibi mi, planlayıcısı mı? Ayrıca emin olunamayan vakaların değerlendirilmesiyle ilgili sorular da netleştirilmelidir: Kumanda sisteminin önceliği ortamdaki bir nesnenin korunması mı, yoksa her zaman en iyi sıkıştırma kalitesine ulaşılması mı olmalıdır? Üreticiler ve kullanıcılar müşterilerle, yetkililerle, politikacılarla ve yasama organı ile diyalog kurarak bu konuları tartışmak zorunda kalacaklar.

İnşaat sürecinde daha fazla yapı

Otonom inşaat makinelerinin geliştirilmesi, üreticiler için belirli bir çaba gerektirdiğinden, HAMM, bu tür sistemlerin hangi koşullar altında kurulacağını da değerlendirmiştir. Dr. Klumpp bu konuda diyor ki: "Asfalt ve beton yollara 50 yıl daha ihtiyaç duyulacağını ve bunların bu süre boyunca inşa edileceğini düşünüyoruz. Bununla birlikte, otonom sürüşlü makinelere doğru ilerlemek için çevre ve dolayısıyla yapım süreçleri de değişmelidir. Sektörümüzde, örneğin madencilikte otonom sürülen makineler var. Burada kapalı sistemlerde son derece standartlaşmış bir şekilde çalışılıyor, dış dünyayla çok az temas noktası var ve süreç üzerinde öngörülemeyen çok az etki var. Bu açıkça tanımlanmış sınır koşulları altında, devasa damperler halihazırda kayaları büyük madenlerde kilometreler boyunca taşıyorlar. Buna karşılık, yol yapımındaki süreçler çok daha belirsiz ve daha az yapılandırılabilir. Her şantiye biraz farklı. Bu süreçte çevre ile çok daha fazla temas noktası vardır (ve dolayısıyla daha fazla potansiyel tehlike) ve kullanıcı davranışları standart değildir. Otomasyonla potansiyelimizi daha da artırabilmemiz için örneğin daha büyük inşaat alanları ve örneğin yol inşaatına daha fazla standardizasyon getirilmesi gerekecektir. Bu da planlamacıların ve yürütücü şirketlerin düşünme biçimlerini değiştirmelerini gerektiriyor."

"Vizyonumuzu formüle ettik. Bu sayede kademeli olarak otonom sıkıştırmaya yol açacak münferit projeler ortaya çıktı. Belki de uzun vadeli hedefimiz hala bazılarına bilim kurgu gibi geliyordur. Ancak 20 ila 30 yıl içerisinde, bunun birçok yönü gerçekleşecek, hatta gündelik hayatın bir parçası olacak. Nihayetinde geleceğin yol yapımı, geliştirdiğimiz ürünlerin de yardımıyla daha ekonomik, daha verimli ve daha iyi hale gelecek."

Dr. Stefan Klumpp, HAMM AG Teknoloji Sorumlusu

Silindir operatöründen silindir yöneticisine

Sonuçta, silindir operatörünün iş profili de değişecektir. Başlangıçta, daha fazla otomasyon, diğerlerinin yanı sıra kalifiye işçi sıkıntısı sorununu da hafifletebilir. Bir sonraki adımda, gölge silindirler veya büyük ölçüde uzaktan kumandalı silindirler şantiyeyi ele geçirdiğinde iş profili tekrar değişecektir: Bir makineye kumanda eden operatörün yerini, belki de ofisten bütün bir makine filosunu parametrelendiren ve denetleyen silindir yöneticisi alabilir. Böyle bir gelişme başlangıçta yüksek maaş veren ülkelerde - niteliksel ve ticari avantajlar getirmesi koşuluyla - gerçekleşecektir. Bu durumda, daha az personel ile daha fazla verimlilik sağlanarak maliyet tasarrufu elde edilecektir. Ayrıca, yüksek kalite nedeniyle ardıl işlemlere gerek kalmayacaktır. Tüm bunlar doğal olarak, planlamacının ve müşterinin uygun arayüzler ve planlama araçlarına sahip olmasını ve bunların yanı sıra ilgili yasal çerçevenin belirlenmesini gerektirir. Bu ortam makinelere paralel olarak gelişmek zorunda kalacaktır.