تكنولوجيا استشعار واسعة النطاق لخيول العمل المدمجة

تكنولوجيا استشعار واسعة النطاق لخيول العمل المدمجة

يؤدي التحضر المتزايد وما يرتبط به من نقص المساحة إلى تغيير كبير في متطلبات آلات البناء. وفي الشوارع أو الساحات الضيقة، يلزم وجود آلات تتميز بالمناورة وسهولة النقل ومتعددة الوظائف في نفس الوقت. يستجيب المصنعون لهذا من خلال عدم التفكير في الآلات المدمجة باعتبارها إصدارات "مصغرة" خالصة من الأجهزة الكبيرة، بل كعائلات منتجات مستقلة ذات مفاهيم مرفقات معيارية وأنظمة مساعدة.
على سبيل المثال، لدى فولفو CE نموذج في محفظتها، "ECR25 Electric"، وهو حفار صغير يعمل بالبطارية يوضح كيف يمكن استخدام الآلات الكهربائية المدمجة في المناطق الحساسة للانبعاثات. هناك مجموعة واسعة من الأساليب للكهرباء. كوماتسو، على سبيل المثال، قامت بكهربة فئتها الصغيرة بشكل منهجي وقدمت عدة نماذج مثل "PC 20E"، و"PC 26E" و"PC 33E-6" المتوفرة من Kuhn Baumaschinen، والتي تعمل بالبطاريات ومصممة للتشغيل الخالي من الانبعاثات.
وبناء على ذلك، ليس من المستغرب أن ينمو سوق الآلات المدمجة باستمرار. ووفقا لتوقعات باحثي السوق، ينبغي الوصول إلى حجم يزيد عن 50 مليار يورو بحلول عام 2030. ومع ذلك، هناك أيضًا تحديات كبيرة وراء هذا النمو، مثل نقص العمال المهرة، واللوائح البيئية الأكثر صرامة ومتطلبات الرقمنة، التي تجبر المصنعين والمستخدمين على إجراء تعديلات مكلفة في بعض الأحيان.

مواقع البناء المتصلة بالشبكة على نحو متزايد

تحدد البطارية المستخدمة في كل حالة إلى حد كبير إمكانيات الآلات الكهربائية المدمجة. يعتمد المصنعون حاليًا في الغالب على تقنية أيون الليثيوم، ولكن هذه التقنية لها عمر خدمة محدود فقط وهناك تكاليف استبدال عالية في حالة وجود خلل. توفر النماذج البديلة مثل فوسفات حديد الليثيوم (LFP) عمر خدمة أطول، ولكنها في الوقت نفسه تتمتع بكثافة طاقة أقل، مما يقلل من وقت التشغيل.
تسمح أنظمة الشحن السريع نظريًا بشحن ما يصل إلى 80 بالمائة أثناء استراحات الغداء، ولكنها تتطلب عادةً بنية تحتية باهظة الثمن مفقودة في معظم مواقع البناء. تعد أنظمة الشحن الاستقرائي بشحن بدون تلامس، ولكنها عرضة للصيانة وغير فعالة. تم تجهيز الآلات المدمجة الحديثة بأجهزة استشعار واسعة النطاق، مما يزيد من تكاليف التصنيع. تقوم أجهزة استشعار التسارع بمراقبة الاهتزازات والصدمات، وتكتشف أجهزة استشعار درجة الحرارة ظروف التشغيل الحرجة، وتتحكم أجهزة استشعار الضغط في الأنظمة الهيدروليكية. تتطلب البيانات المجمعة قدرات معالجة وتخزين قوية للبيانات.
مع "L 507 E"، تمتلك شركة Liebherr جرافة ذات عجلات مدمجة تعمل بالبطارية الكهربائية في مجموعتها والتي تجمع بين الحركية المألوفة وعمليات العمل مع مجموعة نقل الحركة الكهربائية. وتظهر مثل هذه النماذج أن التحول بين الشركات المصنعة لا يقتصر على مجالات فردية، بل يجد طريقه إلى خطوط الإنتاج المركزية. وفي الوقت نفسه، يتم دفع عجلة التنمية إلى الأمام. على سبيل المثال، تمتلك شركة Wacker Neuson متغيرات كهربائية في مجموعتها ولديها حفارات كهربائية صغيرة في مجموعتها يتم الإعلان عنها خصيصًا للعمليات داخل المدن. تقوم شركة Yanmar بتوسيع عروضها المدمجة داخل الشركة من خلال اللوادر المجنزرة ومجموعة من الأجهزة الكهربائية للسوق الأوروبية، من بين أشياء أخرى. قامت شركة Caterpillar أيضًا بتوسيع محفظتها الخاصة، وزودتها، من بين أمور أخرى، بوظائف المساعدة.

التقاط البيانات التشغيلية في الوقت الحقيقي

إن حقيقة أن الكهرباء ممكنة من الناحية التقنية لا تعني تلقائيًا أنها أصبحت بالفعل جزءًا من الحياة اليومية. في الممارسة العملية، يواجه المستخدمون العديد من المشاكل. سعة البطارية هي مجرد عامل مقيد واحد من بين العديد من العوامل. كلما زاد حجم البطارية، زاد عمر البطارية، ولكن زاد الوزن واحتمالية زيادة تحديات النقل. يحاول المصنعون نزع فتيل هذا التضارب في الأهداف من خلال أنظمة البطاريات المعيارية، والمفاهيم الهيدروليكية والمحرك الفعال، وخيارات الشحن السريع. لكن البنية التحتية في مواقع البناء غالباً ما تكون متخلفة؛ لا توجد نقاط شحن كافية في كل مكان، ولا يسمح كل موقع بناء بالاتصال بوصلات الشبكة القوية. بالإضافة إلى ذلك، عادة ما تكون تكاليف اقتناء المتغيرات الكهربائية أعلى بكثير من نماذج الديزل المماثلة، مما يجعل حساب الجدوى الاقتصادية أكثر صعوبة بالنسبة للشركات الصغيرة. تلعب برامج التمويل وعروض التأجير والتأجير دورًا رئيسيًا هنا في التغلب على عقبات الاستثمار الأعلى.
وبالتوازي مع التغيير المتسارع، تتزايد أهمية الأنظمة الرقمية. لم تعد تقنية المعلومات عن بُعد مجرد مشكلة بالنسبة لمجمعات الآلات الكبيرة: فقد أصبحت الآلات الصغيرة متصلة بالشبكة بشكل متزايد من أجل قراءة أوقات التشغيل وحالات التشغيل وحالة الشحن ومتطلبات الصيانة في الوقت الفعلي. تتيح القدرة على التقاط البيانات التشغيلية في الوقت الفعلي فرصًا جديدة لإدارة الأسطول والصيانة التنبؤية والتحكم في التكاليف. يتيح ذلك لشركات البناء إجراء تقييم أفضل للآلات التي تعمل بكامل طاقتها، ومتى ستكون أعمال الخدمة مطلوبة أو حيث توجد إمكانية لتحقيق وفورات. تساعد البيانات التي تم الحصول عليها مديري الأسطول على تحسين الاستخدام وتخطيط مواعيد الخدمة مسبقًا وحساب إجمالي التكاليف على مدار دورات الحياة بشكل أكثر دقة. هناك أيضًا أنظمة مساعدة تعمل على زيادة الدقة أو تحسين السلامة في مواقع البناء الضيقة.
تهدف أنظمة مراقبة الحالة إلى التنبؤ بالتآكل وتحسين فترات الصيانة، ولكنها تتطلب معايرة وتحديثات مستمرة. يمكن للصيانة التنبؤية أن تقلل من وقت التوقف غير المخطط له، ولكن الخوارزميات المطلوبة معقدة وتتطلب صيانة مكثفة. تتطلب أنظمة التعلم الآلي للكشف عن الحالات الشاذة بيانات تدريب مكثفة وتعديلات منتظمة. إن تشغيل الآلات المدمجة يتطور باستمرار؛ يهدف التحكم الصوتي إلى تسهيل التشغيل في ظروف العمل الصعبة، ولكنه عرضة للتعطيل الناتج عن الضوضاء في موقع البناء. يقلل التحكم بالإيماءات نظريًا من الإجهاد الجسدي، ولكنه يتطلب معايرة دقيقة ويكون عرضة للأخطاء.
تعمل ردود الفعل اللمسية على محاكاة نسيج السطح حتى على الأجهزة التي يتم التحكم فيها عن بعد، ولكنها تتطلب تقنية معقدة ذات عمر خدمة محدود. يتيح تدريب الواقع الافتراضي تدريبًا خاليًا من المخاطر، ولكن تكاليف الاقتناء المرتفعة لا يتم إطفاؤها إلا مع الاستخدام المكثف. تتطلب أنظمة الواقع المعزز لتراكب المعلومات صيانة مكثفة ولها استخدام محدود في ظروف الإضاءة السيئة. يتم أيضًا دمج الآلات المدمجة تدريجيًا في أنظمة مواقع البناء المتصلة بالشبكة، ولكن إحدى المشكلات في ذلك هي حماية البيانات والمخاطر الأمنية.
أصبح الأمن السيبراني تحديًا متزايدًا لأن الأجهزة المدمجة المتصلة بالشبكة تمثل أهدافًا محتملة للهجوم. وبناءً على ذلك، تحتاج الشركات المصنعة إلى توسيع نطاق تركيزها على تطوير بنيات الأمان دون المساس بسهولة الاستخدام. وهذا يجعل إجراءات إصدار الشهادات أكثر تعقيدًا وتكلفة، الأمر الذي بدوره غالبًا ما يضع الشركات المصنعة الصغيرة في وضع غير مؤات. بالإضافة إلى ذلك، فإن الاتصال بين الآلات لتجنب الاصطدامات لا يعمل بشكل موثوق إلا إذا كانت هناك معايير موحدة، والتي لم يتم وضعها بعد. إن المقصود من التوائم الرقمية ــ صور الآلات المادية ــ هو تمكين عمليات المحاكاة والتحسينات، ولكنها تتطلب التحديث المستمر للبيانات، وفي المقام الأول، القدرة الحاسوبية.

عامل التكلفة

من وجهة نظر المستخدم، هناك ثلاثة أسئلة أساسية: هل سعة البطارية كافية ليوم العمل المخطط له؟ هل شبكة الوكلاء قوية بما يكفي لضمان الخدمة السريعة؟ وهل يمكن طرح الاستثمار اقتصاديا؟ توفر الشركات المصنعة مثل فولفو CE وكوماتسو بيانات محددة حول القدرات وخيارات الشحن لنماذج معينة، ولكن وقت التشغيل القابل للاستخدام يظل يعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة وملف تعريف الحمل وأنماط التشغيل. ولهذا السبب على وجه التحديد يوصى بالتخطيط الأولي التفصيلي لشركات البناء: الإيجارات قصيرة الأجل للاختبار في العمليات الحقيقية، ونماذج التأجير مع حزم الخدمة أو التكامل في منصات المشاركة يمكن أن تقلل من المخاطر وتوفر الخبرة قبل ربط رأس المال على المدى الطويل.
الجانب الآخر الذي غالبًا ما يتم الاستهانة به هو تدريب الموظفين. تختلف الآلات المدمجة الكهربائية والتي يتم التحكم فيها رقميًا عن مركبات الديزل الكلاسيكية من حيث التشغيل والصيانة. عرض التدريب واسع النطاق في المقابل. أي شخص يستخدم هذا لا يستفيد فقط من زيادة الكفاءة، ولكن أيضًا من تقليل وقت التوقف عن العمل بسبب التشغيل غير الصحيح أو الصيانة غير الصحيحة. يعد توحيد الواجهات الخاصة بالمرفقات وحزم البطاريات وسيلة أخرى يمكن أن تسرع من قبول الآلات المدمجة المكهربة. من شأن أدوات التوصيل الموحدة ووحدات البطاريات القابلة للاستبدال بسرعة ومعايير الاتصالات عن بعد القابلة للتشغيل البيني أن تقلل من الجهد اللوجستي وتسهل إعادة استخدام الملحقات عبر العلامات التجارية. حتى الآن، اختار المصنعون الأفراد حلولاً خاصة، مما يحد من المرونة. سيتعين على السوق أن يستجيب للتنظيم أو التعاون على مستوى الصناعة في السنوات القليلة المقبلة إذا كان لتقاسم النماذج وقابلية التشغيل البيني أن يعمل على نطاق أوسع.