Machinebesturing en autonome apparatuur ontmoeten aannemers halverwege
Nu machinefabrikanten elektrificatie en autonome werking verder omarmen, willen leveranciers van positionerings-, middleware- en robotica-technologie, zoals Moog Construction, Built Robotics en Trimble, aannemers helpen om de wateren van de toekomst te testen.
Overschakelen op elektrisch of autonoom werken is geen kleine uitgave voor aannemers. De kosten variëren, maar een accu-aangedreven stuk zwaar materieel kan een premie hebben van 50% of meer ten opzichte van dieselmachines, en dan hebben we het nog niet eens over de prijzen voor het installeren van oplaadstations en het updaten van servicebaaien.
Aftermarket elektrificatie van dieselaangedreven machines kan aannemers tegen een lagere prijs laten wennen aan deze nieuwe systemen, terwijl door de dealer geïnstalleerde sensorpakketten een voorproefje bieden van semi-autonome machines. Verhuurkanalen zijn een andere manier om deze nieuwe manieren van werken uit te proberen.
SunBelt Rental nam de eerste 100 eenheden van de volledig elektrische Bobcat T7X compacte rupslader in 2022 en breidde die deal uit met extra eenheden die eerder dit jaar werden gekocht. De T7X heeft het geïntegreerde softwareframework van Moog, een elektrische machinecontroller, elektrische hef- en kantelactuators, elektrische tractiemotoren en het voormalige dieselmotorcompartiment is gevuld met batterijen en elektronische controllers. De hef werkt op elektrisch aangedreven actuators, niet op hydrauliek, dus hoewel hij het vermogen heeft van een gewone Bobcat T76 rupslader, maken de batterij en controllercomponenten de T7X ongeveer 1.000 lbs zwaarder, wat resulteert in een ander rijgedrag voor de bestuurder.
De vraag naar zonne-energie stimuleert arbeidsbesparende initiatieven
Bechtel Chief Innovation Officer Keith Churchill en Ken Burke, de global operations manager van het bedrijf, werkten in 2021 op het materieelpark van het bedrijf in de buurt van Houston met hardware van Built waarmee de graafmachines van het bedrijf volledig autonoom konden werken.
Churchill zei dat een concurrerende arbeidsmarkt het voor de geschoolde operators van de grote EPC-aannemer voordelig maakte om meerdere autonome graafmachines vanaf een trailer te bedienen in plaats van uren achter elkaar sleuven te graven voor grote zonneparkprojecten in Texas en Louisiana.
Operators konden de Komatsu en Caterpillar graafmachines ter plekke in de gaten houden terwijl ze greppels groeven voor elektriciteitsleidingen en gaten groeven voor palen om de panelen te ondersteunen. Het systeem van Built werd door Burke en zijn team getest op de werf van Bechtel en ze kwamen met verbeteringen zoals het gebruik van een veiligheidsgeofence om ervoor te zorgen dat de graafmachines automatisch uitschakelden als ze te dicht bij mensen kwamen. Het systeem van Built past op gewone hydraulische graafmachines van Caterpillar en Komatsu, waarbij de elektrohydraulische bediening van de machine wordt overgeschakeld op een boordcomputer die geprogrammeerd is om gestandaardiseerde en repetitieve graafwerkzaamheden uit te voeren zoals die voorafgaand aan de werkzaamheden zijn geladen. Op de zonne-energieprojecten van Bechtel bereikten de graafmachines met Built een uptime van 93% bij een productiviteit van 191 strekkende meter per uur - een productiviteitsverhoging van 45% ten opzichte van een enkele machinist die sleuven graaft.
De autonome, volledig elektrische rupsladers van Moog worden ook ingezet op een grootschalig zonneproject van een grote leverancier van zonne-energie in het westen van New York. Elke lader heeft een GPS-unit, camera's aan de voor- en achterkant en LiDAR-sensoren die rechtstreeks communiceren met de software van Moog. Met deze opstelling kan een operator eenvoudige opdrachten programmeren, zoals pallets met materiaal oppikken in een opslagplaats en ze daar afleveren waar ze nodig zijn, om vervolgens om te keren en de taak te herhalen.
De autonome rupsladers leveren materialen zoals fotovoltaïsche panelen van polysilicium, die elk 80 lb wegen. De projectlocatie bevindt zich, zoals de meeste zonne-energieprojecten, in een afgelegen gebied en de installatieploegen moeten elke week honderden pallets met panelen afleveren. Moog business development manager Aditya Sharma zegt dat de autonome leveringsfunctie een niveau van consistentie biedt dat de aannemer nodig heeft.
Hij zei dat de wortels van Moog in het soort mechatronica dat al op grote schaal wordt toegepast in de ruimteverkenning, militaire toepassingen en olie- en gasexploratie een voordeel is voor bedrijfspartners zoals Bobcat en Sunbelt als het gaat om zowel autonomie als elektrische bediening.
Greier zegt dat de huidige focus van het bedrijf op zonne-energie een functie is van het feit dat deze projecten arbeidsintensief, vuil en afgelegen zijn en veel gevraagd worden in de voortdurende overgang naar schone energieopwekking. Greier gelooft ook dat wanneer operators eenmaal begrijpen wat ze met elektrische machines kunnen doen, ze deze zullen verkiezen boven dieselmachines.
Sensoren, GPS bieden bestuurders begeleiding
Trimble hanteert een vergelijkbare aanpak voor klanten om hun bestaande machinepark op nieuwe manieren te gebruiken, door upgrades aan te bieden om 3D machinebesturing in de cabine te brengen om machinisten te helpen tijd te besparen. Hoewel 3D machinebesturing en -geleiding al meer dan tien jaar commercieel verkrijgbaar zijn, is het nog steeds even wennen om ze te gebruiken om een helling in de cabine te krijgen en de noodzaak voor een landmeter of andere werker om hellingpalen buiten de machine te houden te elimineren. Maar de mogelijkheid om vandaag een machinebesturingssysteem te installeren voor een minimale investering in vergelijking met een investering in een hele nieuwe machine, verandert de calculatie van aannemers.
Siteworks Machine Guidance gebruikt Trimble Siteworks software voor landmetingen en projectlay-out om de machinist aanwijzingen te geven via een tabletdisplay in de cabine. Een enkele graafmachinist kan activiteiten uitvoeren waarvoor voorheen een hele ploeg nodig was, waarbij GPS-units naast de machinist werken om landmeet- en ontwerpwerkzaamheden in het veld uit te voeren. Het loggen van gegevens over gegraven sleuven of het exacte aantal graafbakken kan ook automatisch gebeuren.
"Het helpt de aannemer, vooral de kleinere bedrijven die ik het niet-ondernemingsniveau zou willen noemen - bedrijven die meestal eigenaar-operator zijn - om de technologie binnen te dringen en echt productiever te zijn", zegt Steve DiBenedetto, Trimble productmanager voor civiele bouw en veldoplossingen. Machinisten hoeven nu "niet in en uit de machine te springen". Hij merkt op dat Siteworks Machine Guidance aannemers ook kan helpen met personele uitdagingen, omdat ze geen aparte persoon in een gat met een paal nodig hebben voor landmeetkundige werkzaamheden of een landmeter terug naar de locatie moeten roepen wanneer iemand reeds geplaatste palen omstoot.
Siteworks Machine Guidance kan in een paar uur worden geïnstalleerd door een Trimble SITECH-dealer. Het bestaat uit drie onderdelen: een Trimble GPS-antenne die aan de bovenkant van de graafarm wordt bevestigd; een inertiemeeteenheid (IMU)-sensor die aan de dogbone van de graafarm wordt bevestigd; en het veldtablet in de cabine. Samen met een kabelboom kan het systeem volgens Trimble op elke kleine tot middelgrote graafmachine worden geïnstalleerd.
Met de IMU kunnen metingen zoals diepte en graafhoek worden geüpload naar de Trimble software in de cabine. De GPS-antenne brengt die bewegingen in context, ook met een 3D-model van wat zich onder de grond bevindt, met behulp van de positioneringsengine van de Trimble-software. De sensor, GPS en IMU maken allemaal verbinding via Bluetooth. De Trimble SPS986 of de Trimble R780 GNSS Smart Antennas zijn beide beschikbaar voor gebruik als GPS-antenne met Siteworks Machine Guidance. Trimble verkoopt Siteworks Machine Guidance als een abonnement met maandelijkse betalingen of als een meer traditionele permanente aanbieding. Als een aannemer al een Trimble plaatsbepalingssysteem met Siteworks heeft, kan de upgrade rond de $5.000 kosten, afhankelijk van de regionale dealerprijzen.
Het leveren van pallets met fotovoltaïsche panelen van polisilicium met autonome CTL's bespaart arbeid op een zonneproject in Western New York. Foto links met dank aan Moog Construction
"We gebruiken het systeem vooral op onze kleinere bouwplaatsen," zegt Tom Gardocki, mede-eigenaar van New Era Excavation in New Hampshire, die ook bekend is van zijn YouTube-kanaal "Dirt Ninja", waar hij verschillende machines demonstreert die hij gebruikt. "We zijn al Trimble-gebruikers en gebruiken veel van hun andere systemen, waaronder 3D-hellingcontrole op onze graafmachines en bulldozers, en we hebben ook meerdere basis- en roveropstellingen voor 3D. Dus dit is nog een hulpmiddel in onze kit, voor bepaalde werkzaamheden."
Gardocki zegt dat New Era Siteworks Machine Guidance vooral gebruikt voor kleinere drainage- en nivelleringsprojecten waarbij de opdracht niet de tijd rechtvaardigt om een volledig 3D-model van de locatie te bouwen. In plaats daarvan gaat hij gewoon naar de locatie, neemt de meetpunten op, slaat ze op in de basislay-out en toont ze op het Siteworks Machine Guidance tablet om de geleiding voor het graven te krijgen. "Dat is het grote voordeel, je krijgt als het ware twee systemen in één," zegt Gardocki. "Je hebt niet de volledige mogelijkheden die je zou hebben als je in het volledige 3D-systeem zou investeren, maar het is zeker een geweldige manier om met 3D-machinebesturing te beginnen."
Gardocki zegt dat het slechts vijf minuten kan duren om de punten te definiëren, de machine in te stellen en nauwkeurig te graven met de begeleiding in de cabine.
Net als Moog en Built heeft Trimble ook een gretige markt gevonden van aannemers die bereid zijn om zijn technologie te gebruiken in zonne-energieprojecten van nutsbedrijven.
Toen Trimble eerder dit jaar een veld van 1,7 MW aan zonnepanelen toevoegde om stroom op te wekken voor zijn hoofdkantoor in Westminster, Colo, gebruikte de aannemer Trimble Groundworks om gaten te identificeren en te graven voor de palen die het zonnepaneel ondersteunen.
Met behulp van GPS-coördinaten vindt het Trimble Groundworks systeem de exacte locatie voor een paal en zorgt het voor een nauwkeurige loodlijn en uitlijning en de juiste diepte. De traditionele methode, waarbij touwlijnen worden gebruikt om de palen uit te lijnen, brengt het risico op fouten met zich mee en heeft langere insteltijden, om nog maar te zwijgen van het struikelgevaar voor werknemers die de meting uitvoeren. De diepte van een uitgraving kan worden gevolgd aan de hand van de hoek en diepte van de bak zoals gemeten door de IMU en met GPS-coördinaten worden aannemers gewaarschuwd voor omstandigheden zoals de locatie die niet waterpas is of niet op de juiste hoogte is gemarkeerd wanneer ze arriveren.
De aannemer van Trimble "was eerlijk gezegd erg huiverig om met de technologie aan de slag te gaan en wij, als klant, hebben hem min of meer gedwongen om Groundworks te gebruiken", aldus DiBenedetto, die eraan toevoegt dat het bedrijf kort na de voltooiing van het project "een order voor vier systemen heeft geplaatst". Hij voegt eraan toe dat de technologie "echt [de aannemer] helpt om het werk uit te voeren. Dezelfde waardepropositie is er - sneller, nauwkeuriger, met minder geschoolde [arbeiders] nodig om de palen op de juiste plek te plaatsen."
"Dirt Ninja" Tom Gardocki gebruikt Siteworks Machine Guidance op kleine klussen om controlepunten in te stellen en de nauwkeurigheid van graafwerkzaamheden te meten wanneer volledige 3D-modellering niet rendabel zou zijn. De oplossing van Trimble maakt gebruik van een GPS-antenne, een IMU-sensor en een tablet in de cabine die via Bluetooth verbinding maakt met de antenne en sensor.
Voor elektrische auto's, de onbeantwoorde oplaadvraag
Het opladen van elektrische apparatuur blijft een probleem voor aannemers die zowel in afgelegen gebieden werken als in gebieden zonder oplaadstations in de buurt. Zelfs wanneer er stroom beschikbaar is, is er nog steeds concurrentie voor beperkte oplaadstations. Op dit moment kan de Bobcat T7X 's nachts volledig worden opgeladen via standaard EV-poorten, maar het Moog team gelooft dat ze dit kunnen terugbrengen tot een volledige lading in vier uur met behulp van hun eigen laders.
"We hebben een snellader, die je [apparatuur] veel sneller vol kan pompen dan de meeste andere elektrische machines, die ergens tussen de vier en tien uur nodig hebben om op te laden," zegt Berg van Moog. "De werktijd is ongeveer een halve dag, maar omdat het zo snel kan worden opgeladen, hebben we een concept van opportunistisch opladen waarbij we kunnen aanbevelen om na een veilige ochtenddienst de apparatuur 10 tot 15 minuten aan te sluiten en dan te gaan lunchen. Tijdens de lunch krijgen we het weer opgeladen tot genoeg om de rest van de dag af te maken. Het is niet zo lastig en ongemakkelijk als je het acht uur lang ergens naartoe moet slepen om op te laden."
Net als Trimble streeft ook Moog naar oplossingen waarmee bestaande apparatuur kan worden uitgebreid met nieuwe mogelijkheden via een aftermarket installatie. Moog heeft een elektrische accubox ontwikkeld die op elke kleine tot middelgrote graafmachine kan worden geschroefd met vier bouten, twee connectoren aan de zijkanten en een kabelboom die van elke OEM-graafmachine een volledig elektrische machine kan maken. Berg zegt dat het bedrijf de machines die gebruik maken van het grote Moog batterijpakket ook telebedienbaar kan maken omdat de kabelboom is aangesloten op de joysticks in de cabine.
Machinefabrikanten die werken met Moog, Trimble en Built concurreren om opdrachten van aannemers, maar grote spelers zoals Komatsu, Caterpillar en John Deere zijn allemaal toegewijd aan het verschuiven van de productie naar elektrische machines, dus ze hebben ook een stimulans om samen te werken met middlewareleveranciers om hun klanten mee te nemen op deze reis.
Gardocki van New Era zegt dat oplossingen die de aannemer halverwege tegemoet komen en repetitieve taken vereenvoudigen, datgene is wat het grootste deel van de markt - kleine tot middelgrote aannemers zoals zijn bedrijf - van hun machines nodig zullen blijven hebben in een transitie die nog in de kinderschoenen staat.
"Ik denk dat we nog heel ver verwijderd zijn van autonome machines", zegt Gardocki. "Bepaalde taken zijn natuurlijk eenvoudiger dan andere, maar je hebt het over de bouw, waar dingen constant veranderen en je tegen problemen aanloopt en je tegen een ondergrondse richel aanloopt en je tegen andere begraven dingen aanloopt. Om een robot te krijgen die slim genoeg is om dat te doen, denk ik dat het nog wel even gaat duren."
Hij voegt eraan toe: "Deze systemen die taken vereenvoudigen zodat er minder mensen nodig zijn, maar waarbij de operator nog steeds de leiding heeft, is waar iedereen naar op zoek is, in ieder geval in de komende 10 jaar of zo".