Le guidage des machines et les équipements autonomes sont à mi-chemin pour les entrepreneurs
Alors que les fabricants d'équipements adoptent de plus en plus l'électrification et le fonctionnement autonome, les fournisseurs de technologies de positionnement, d'intergiciels et de robotique tels que Moog Construction, Built Robotics et Trimble cherchent à aider les entrepreneurs à tester les eaux de l'avenir.
Le passage à des opérations électriques ou autonomes n'est pas une mince affaire pour les entrepreneurs. Les coûts varient, mais un équipement lourd alimenté par batterie peut avoir une prime de 50 % ou plus par rapport aux machines diesel, et ce avant de prendre en compte les prix d'installation des stations de recharge et de mise à jour des aires de service.
L'électrification en deuxième monte des équipements à moteur diesel peut permettre aux entrepreneurs de se familiariser avec ces nouveaux systèmes à moindre coût, tandis que les ensembles de capteurs installés par les concessionnaires offrent un avant-goût des machines semi-autonomes. Les canaux de location sont un autre moyen d'essayer ces nouvelles méthodes de travail.
SunBelt Rental a acheté les 100 premières unités de la chargeuse compacte sur chenilles Bobcat T7X entièrement électrique en 2022, et a prolongé ce contrat avec des unités supplémentaires achetées plus tôt cette année. La T7X est équipée du logiciel intégré de Moog, d'un contrôleur de machine électrique, d'actionneurs électriques de levage et d'inclinaison, de moteurs de traction électriques, et le compartiment de l'ancien moteur diesel est rempli de batteries et de contrôleurs électroniques. Le levage est assuré par des vérins électriques et non par des vérins hydrauliques. Bien qu'elle ait la puissance d'une chargeuse sur chenilles Bobcat T76 classique, les composants de la batterie et du contrôleur font que la T7X pèse environ 1 000 livres de plus, ce qui se traduit par des manipulations différentes pour l'opérateur.
La demande en énergie solaire stimule les initiatives d'économie de main-d'œuvre
Keith Churchill, directeur de l'innovation chez Bechtel, et Ken Burke, directeur des opérations mondiales de l'entreprise, ont travaillé sur le chantier d'équipement de l'entreprise dans la région de Houston en 2021 en utilisant le matériel de Built qui a permis aux excavatrices de l'entreprise de fonctionner de manière totalement autonome.
M. Churchill a expliqué qu'en raison de la concurrence sur le marché du travail, il était plus avantageux pour les opérateurs qualifiés du principal entrepreneur EPC de superviser plusieurs excavatrices autonomes depuis une remorque plutôt que de passer des heures à creuser des tranchées dans le cadre de grands projets de parcs solaires au Texas et en Louisiane.
Les opérateurs pouvaient surveiller les excavatrices Komatsu et Caterpillar sur le site pendant qu'elles creusaient des fossés pour les lignes électriques et des trous pour les pieux destinés à soutenir les panneaux. Le système de Built a été testé par Burke et son équipe sur le chantier de Bechtel, et ils ont proposé des améliorations telles que l'utilisation d'une géofence de sécurité pour s'assurer que les excavatrices s'arrêtent automatiquement si elles s'approchent trop près des humains. Le système de Built s'adapte aux pelles hydrauliques ordinaires de Caterpillar et Komatsu, en confiant les commandes électrohydrauliques de la machine à un ordinateur embarqué programmé pour effectuer des tâches d'excavation standardisées et répétitives telles qu'elles ont été chargées avant l'opération. Sur les projets solaires de Bechtel, les excavatrices équipées du système Built ont atteint un temps de fonctionnement de 93 % à un taux de productivité de 191 pieds linéaires par heure, soit une augmentation de 45 % de la productivité par rapport à un seul opérateur creusant des tranchées.
Les chargeuses à chenilles autonomes et entièrement électriques de Moog sont utilisées de la même manière sur le projet solaire à grande échelle d'un grand fournisseur d'énergie solaire dans l'ouest de l'État de New York. Chaque chargeuse est équipée d'une unité GPS, de caméras montées à l'avant et à l'arrière et de capteurs LiDAR qui communiquent directement avec le logiciel Moog. Cette configuration permet à l'opérateur de programmer des commandes simples, telles que la prise de palettes de matériaux dans une zone de dépôt et leur livraison à l'endroit voulu, puis de faire demi-tour et de répéter la tâche.
Les chargeurs autonomes sur chenilles livrent des matériaux tels que des panneaux photovoltaïques en polysilicium, qui pèsent chacun 80 livres. Le site du projet, comme la plupart des centrales solaires, se trouve dans une zone isolée, et les équipes d'installation doivent livrer des centaines de palettes de panneaux chaque semaine. Aditya Sharma, responsable du développement commercial chez Moog, a déclaré que la fonction de livraison autonome apporte un niveau de cohérence dont l'entrepreneur a besoin.
Selon lui, les racines de Moog dans le type de mécatronique déjà largement appliqué dans l'exploration spatiale, les applications militaires et l'exploration pétrolière et gazière constituent un avantage pour les entreprises partenaires telles que Bobcat et Sunbelt lorsqu'il s'agit d'autonomie et de fonctionnement électrique.
M. Greier explique que l'entreprise se concentre actuellement sur l'énergie solaire parce que ces projets nécessitent beaucoup de main-d'œuvre, sont sales, éloignés et très demandés dans le cadre de la transition en cours vers la production d'énergie propre. M. Greier pense également qu'une fois que les opérateurs auront compris ce qu'ils peuvent faire avec des machines électriques, ils finiront par les préférer aux équipements diesel.
Les capteurs et le GPS guident les opérateurs
Trimble adopte une approche similaire pour permettre à ses clients d'utiliser leur parc de machines existant de manière novatrice, en proposant des mises à jour qui apportent le guidage 3D de la machine dans la cabine afin d'aider les opérateurs à gagner du temps. Bien que les commandes et le guidage des machines en 3D soient disponibles dans le commerce depuis plus d'une décennie, il faut encore s'habituer à les utiliser pour obtenir une pente dans la cabine et éliminer la nécessité pour un géomètre ou un autre travailleur de tenir des piquets de nivellement à l'extérieur de la machine. Mais la possibilité d'installer aujourd'hui un système de commande de machine pour un investissement minime par rapport à l'achat d'une toute nouvelle machine est en train de changer les calculs des entrepreneurs.
Siteworks Machine Guidance utilise le logiciel Trimble Siteworks pour l'arpentage et la conception de projets afin de fournir des directives à l'opérateur par le biais d'une tablette d'affichage installée dans la cabine. Un seul opérateur de pelleteuse peut effectuer des activités qui nécessitaient auparavant une équipe entière - avec des unités GPS travaillant aux côtés de l'opérateur, effectuant des tâches d'arpentage et de conception sur le terrain. L'enregistrement des données relatives aux tranchées creusées ou au nombre exact de godets excavés peut également être effectué automatiquement.
"Elle aide les entrepreneurs, en particulier les petites [entreprises] que j'appellerais celles qui ne sont pas au niveau de l'entreprise - les ateliers qui sont généralement des propriétaires-exploitants - à se familiariser avec la technologie et à être vraiment plus productifs", déclare Steve DiBenedetto, chef de produit Trimble pour la construction civile et les solutions sur le terrain. Les opérateurs n'ont plus besoin de monter et descendre de la machine. Il note que Siteworks Machine Guidance peut également aider les entrepreneurs à relever les défis en matière de personnel, car ils n'ont pas besoin d'une personne distincte dans un trou avec un piquet pour les travaux d'arpentage, ni de rappeler un arpenteur sur le site lorsque quelqu'un renverse des piquets qui ont déjà été placés.
Siteworks Machine Guidance peut être installé en quelques heures par un concessionnaire Trimble SITECH. Il se compose de trois éléments : une antenne GPS Trimble qui se fixe au sommet du bras de la pelle, un capteur d'unité de mesure inertielle (IMU) fixé à l'épine dorsale du bras de la pelle et la tablette de terrain dans la cabine. Avec un faisceau de câbles, le système peut être installé sur n'importe quelle excavatrice de petite ou moyenne taille, selon Trimble.
L'IMU permet de télécharger des mesures telles que la profondeur et l'angle de creusement vers le logiciel Trimble dans la cabine. L'antenne GPS met ces mouvements en contexte, y compris avec un modèle 3D de ce qui se trouve sous le sol, à l'aide du moteur de positionnement du logiciel Trimble. Le capteur, le GPS et l'IMU se connectent tous via Bluetooth. Les antennes intelligentes GNSS Trimble SPS986 ou Trimble R780 sont toutes deux disponibles pour être utilisées comme antenne GPS avec Siteworks Machine Guidance. Trimble vend Siteworks Machine Guidance sous forme d'abonnement avec des paiements mensuels ou sous forme d'offre perpétuelle plus traditionnelle. Si un entrepreneur dispose déjà d'un système de positionnement de site Trimble utilisant Siteworks, la mise à niveau pourrait coûter environ 5 000 dollars, selon les prix pratiqués par les revendeurs régionaux.
La livraison de palettes de panneaux photovoltaïques en polisilicium à l'aide de CTL autonomes permet d'économiser de la main-d'œuvre sur un projet solaire dans l'ouest de l'État de New York. Photo de gauche avec l'aimable autorisation de Moog Construction
"Nous utilisons le système principalement sur nos petits chantiers", explique Tom Gardocki, copropriétaire de New Era Excavation dans le New Hampshire, qui est également connu pour sa chaîne YouTube "Dirt Ninja", où il fait des démonstrations de divers équipements qu'il utilise. "Nous sommes déjà des utilisateurs de Trimble, nous utilisons beaucoup de leurs autres systèmes, y compris le contrôle de niveau en 3D sur nos excavatrices et nos bulldozers, et nous avons également plusieurs bases et rovers pour le 3D. Il s'agit donc d'un outil supplémentaire dans notre kit, pour certains travaux".
Gardocki explique que New Era utilise Siteworks Machine Guidance principalement pour les petits projets de drainage et de nivellement où le travail ne justifie pas le temps de construire un modèle 3D complet du site. Au lieu de cela, il se rend sur le site, prend les points d'arpentage, les enregistre dans le plan de base et les affiche sur la tablette Siteworks Machine Guidance afin d'obtenir le guidage pour l'excavation. "C'est le gros avantage, vous obtenez en quelque sorte les deux systèmes en un, presque", explique M. Gardocki. "Vous n'avez pas toutes les capacités que vous auriez si vous investissiez dans un système 3D complet, mais c'est vraiment un bon moyen de commencer à contrôler des machines en 3D.
Selon M. Gardocki, il ne faut pas plus de cinq minutes pour définir les points, régler la machine et creuser avec précision à l'aide des indications fournies dans la cabine.
Comme Moog et Built, Trimble a également trouvé un marché enthousiaste d'entrepreneurs désireux d'utiliser sa technologie dans des projets solaires de qualité.
Lorsque Trimble a ajouté un champ de panneaux solaires de 1,7 MW pour produire de l'énergie pour son siège social de Westminster (Colo.) au début de cette année, l'entrepreneur a utilisé Trimble Groundworks pour identifier et creuser des trous pour les pieux destinés à supporter le champ solaire.
En utilisant les coordonnées GPS, le système Trimble Groundworks trouve l'emplacement exact d'un pieu et garantit un aplomb et un alignement précis ainsi qu'une profondeur adéquate. La méthode traditionnelle, qui consiste à utiliser des cordes pour aligner les pieux, présente un risque d'erreur et des temps d'installation plus longs, sans parler des risques de trébuchement pour les ouvriers qui effectuent les mesures. La profondeur d'une fouille peut être suivie grâce à l'angle et à la profondeur du godet mesurés par l'IMU et, grâce aux coordonnées GPS, les entrepreneurs sont avertis dès leur arrivée de conditions telles que le fait que le site n'est pas nivelé ou marqué aux bonnes altitudes.
L'entrepreneur de Trimble "hésitait beaucoup, honnêtement, à se lancer dans la technologie et nous, en tant que client, l'avons en quelque sorte forcé à utiliser Groundworks", explique M. DiBenedetto, ajoutant que peu après l'achèvement du projet, l'entreprise "a passé une commande pour quatre systèmes". Il ajoute que la technologie "aide vraiment [l'entrepreneur] à faire son travail". La proposition de valeur est la même - plus rapide, plus précise, avec moins d'ouvriers qualifiés pour aider à placer les pieux au bon endroit.
Tom Gardocki, "Dirt Ninja", utilise Siteworks Machine Guidance sur de petits travaux pour établir des points de contrôle et mesurer la précision du creusement lorsque la modélisation 3D complète ne serait pas rentable. La solution Trimble utilise une antenne GPS, un capteur IMU et une tablette dans la cabine qui se connecte à l'antenne et au capteur via Bluetooth.
Pour les véhicules électriques, la question de la recharge reste sans réponse
Le chargement des équipements électriques reste un problème pour les entrepreneurs qui travaillent dans des régions éloignées ou qui n'ont pas de stations de chargement à proximité. Même lorsque le courant est facilement disponible, il y a toujours de la concurrence pour les stations de charge limitées. À l'heure actuelle, le Bobcat T7X peut être rechargé complètement pendant la nuit à partir des ports EV standard, mais l'équipe Moog pense pouvoir réduire ce délai à quatre heures en utilisant ses propres chargeurs.
"Nous avons un chargeur rapide, qui peut remplir votre [équipement] beaucoup plus rapidement que la plupart des autres machines électriques, qui prennent entre quatre et dix heures pour se recharger", explique M. Berg de Moog. "L'autonomie est d'environ une demi-journée, mais en raison de la rapidité avec laquelle il peut être rechargé, nous avons un concept de charge opportuniste qui nous permet de recommander, après un quart de travail sûr le matin, de brancher l'équipement pendant 10 à 15 minutes, puis d'aller déjeuner. Nous le rechargerons suffisamment pour qu'il puisse terminer le reste de la journée pendant le déjeuner. Ce n'est pas aussi pénible et gênant que de devoir le traîner quelque part pour le recharger pendant huit heures".
À l'instar de Trimble, Moog recherche également des solutions permettant de transformer des équipements existants et de leur donner de nouvelles capacités par le biais d'une installation en deuxième monte. Moog a mis au point un boîtier de batterie électrique qui peut être fixé sur n'importe quelle excavatrice de petite ou moyenne taille à l'aide de quatre boulons, de deux connecteurs sur les côtés et d'un faisceau de câblage qui peut transformer n'importe quelle excavatrice d'origine en une excavatrice entièrement électrique. Berg explique que l'entreprise peut également rendre téléopérables les machines qui utilisent le gros bloc-batterie Moog, car le faisceau de câbles est relié aux manettes de la cabine.
Les fabricants d'équipements qui travaillent avec Moog, Trimble et Built sont en concurrence avec les entrepreneurs, mais les grands acteurs tels que Komatsu, Caterpillar et John Deere se sont tous engagés à faire évoluer leur production vers des machines électriques, ce qui les incite à collaborer avec les fournisseurs de logiciels intermédiaires pour accompagner leurs clients dans cette voie.
Selon M. Gardocki de New Era, les solutions qui répondent à la moitié des besoins de l'entrepreneur et simplifient les tâches répétitives sont ce dont le gros du marché - les entrepreneurs de petite et moyenne taille comme son entreprise - continuera à avoir besoin de leurs machines au cours d'une transition qui n'en est encore qu'à ses balbutiements.
"Je pense que nous sommes encore très, très loin [des machines autonomes]", déclare M. Gardocki. "Certaines tâches sont évidemment plus simples que d'autres, mais nous parlons ici de construction, où les choses changent constamment, où vous rencontrez des problèmes et où vous vous heurtez à une corniche souterraine et à d'autres choses enfouies. Je pense qu'il faudra beaucoup de temps pour qu'un robot soit suffisamment intelligent pour faire cela".
Il ajoute : "Ces systèmes qui simplifient les tâches et nécessitent moins de personnel, tout en laissant un opérateur en charge, seront ce que tout le monde recherche, au moins au cours des dix prochaines années".