Monitorowanie maszyn budowlanych

Transkrypt

1 dr inż. Damian Hadryś, Wyższa Szkoła Zarządzania Ochroną Pracy w Katowicach Monitorowanie maszyn budowlanych poprzez satelitarny system kontroli Przesyłanie informacji drogą satelitarną to obecnie codzienność. Każdego dnia ludzie używają różnych urządzeń, często nawet bez świadomości tego, że za tą aktywnością stoi system o charakterze globalnym. Nawigacje samochodowe, telefony komórkowe, telewizja to tylko nieliczne przykłady oparte na tej idei. Ciekawym zagadnieniem jest użycie systemu satelitarnego na potrzeby monitoringu i kontroli maszyn budowlanych do robót ziemnych. W artykule opisano zasadę i zakres działania obecnie używanych urządzeń monitoringu satelitarnego maszyn roboczych. Jednym z podstawowych kryteriów doboru maszyn budowlanych do różnego rodzaju prac ziemnych jest pełne wykorzystanie warunków terenowych i technologicznych. Ponadto ważne są zagadnienia wpływające na aspekty fi nansowe (ekonomiczność, niezawodność, dostępność serwisu i części zamiennych). Ciekawym pomysłem na poprawę stopnia wykorzystania maszyny, zmniejszenia kosztów eksploatacyjnych, utrzymania maszyny w dobrym stanie technicznym jest wyposażenie jej w system satelitarnego monitoringu. Maszyny budowlane, których zadaniem jest odspajanie i przemieszczanie mas ziemnych, są dosyć oryginalną grupą, jeśli chodzi o systemy monitoringu satelitarnego. Głównym powodem tego stanu rzeczy jest charakter prac, które wykonują. Obszar działań tych maszyn jest stosunkowo niewielki, nie wspominając już o prędkościach poruszania się (np. w porównaniu z samochodami). Z drugiej jednak strony bardzo szeroki jest zakres obciążeń takich maszyn, co bardzo silnie wpływa na parametry eksploatacyjne, a także na ich trwałość i niezawodność. Monitoring satelitarny Zagadnienia związane z systemem monitoringu satelitarnego maszyn budowlanych stają się coraz bardziej popularne. Producenci często wyposażają swoje wyroby w postaci maszyn w takowe systemy i stanowi to ich fabryczne wyposażenie. Jest to bardzo często odpowiedzią na oczekiwania klientów. Należy tu podkreślić, że w przypadku kiedy maszyna budowlana nie jest wyposażona fabrycznie w system monitoringu satelitarnego, można tę niedogodność uzupełnić, montując takie wyposażenie jako dodatkowe do konkretnej maszyny. Jest to szczególnie cenne dla maszyn już używanych, w stosunku do których zdecydowano o włączeniu do systemu monitoringu satelitarnego. Istnieje kilka możliwych do realizacji zadań związanych z monitoringiem maszyn do robót ziemnych. Do najczęściej spotykanych modułów systemu monitoringu satelitarnego można zaliczyć: Rys. 1. Idea monitoringu satelitarnego maszyn budowlanych [3] 30

2 Rys. 2. Fragment raportu z tygodnia roboczego koparki (badania własne) Rys. 3. Przykład graficznej formy raportu na temat czasu pracy koparki (badania własne) kontrolę czasu pracy, kontrolę stanu pracy maszyny, kontrolę zużycia paliwa, lokalizację pojazdu. Obecność zidentyfikowanego operatora maszyny budowlanej na stanowisku pracy jest jedną z podstawowych funkcji rejestrowanych przez przedmiotowy system. Dzięki niej możliwe jest kontrolowanie dokładnej liczby przepracowanych przez operatorów godzin. Najprostszym sposobem detekcji jest informacja o uruchomionym silniku maszyny budowlanej. Taki sposób kontroli ma jednak kilka wad. Najpoważniejszą z nich jest fakt, że uruchomiony silnik nie jest równoznaczny z wykonywaniem przez operatora powierzonych mu zadań. Nie trudno wyobrazić sobie sytuację, w której to maszyna nie jest wykorzystywana do zadanych prac, a silnik pracuje na biegu jałowym. Z tego też powodu często stosuje się monitoring stanu pracy maszyny uzupełniony o zbieranie dodatkowych informacji. Zwiększenie liczby rejestrowanych parametrów stanu pracy maszyny daje wyraźniejszy obraz jej wykorzystania i realizacji powierzonych zadań. Do najpopularniejszych z tych parametrów należą między innymi: prędkość obrotowa wału korbowego silnika, wydatek głównej pompy hydraulicznej, ciśnienie w roboczym obwodzie hydraulicznym itp. Monitoring tych wielkości pozwala określić, czy operator za pomocą maszyny realizuje postawione przed nim zadania. Należy zauważyć, że przytoczone przykłady wielkości opisujących stan pracy maszyny zmieniają się w sposób dynamiczny. W trakcie na przykład odspajania lub kopania są silnie zależne od bieżącego obciążenia organów roboczych maszyny. W ten sposób można z dużą dozą prawdopodobieństwa stwierdzić, czy dany operator za pomocą danej maszyny wykonuje swoje zadania, czy może maszyna pozostaje w spoczynku z uruchomionym silnikiem. W wyniku tego eliminuje się nadużycia związane z deklarowanym przez operatorów czasem pracy maszyny. Niejednokrotnie okazywało się już, że po wdrożeniu takich sposobów monitoringu stanu pracy maszyny realizacja zadań odbywała się dużo szybciej. Ponadto często stwierdzano, że uzyskiwane z systemu monitoringu dane były zupełnie inne niż te deklarowane przez operatorów przed wprowadzeniem systemu. Bardzo często w aspekcie wykonywania prac ziemnych za pomocą maszyn problematyczna jest sprawa rozliczeń kosztów zużytego paliwa. W sytuacji gdy nie dysponuje się systemem monitoringu maszyn, najczęściej ilość zużytego paliwa obliczana jest na podstawie iloczynu czasu pracy operatora i zużycia paliwa przez maszynę. Pierwsza z tych wielkości jest najczęściej deklarowana przez operatora maszyny. Natomiast drugą określa się często na podstawie dokumentacji technicznej maszyny lub na podstawie posiadanych doświadczeń z jej eksploatacji. W tym przypadku szacunek taki może być obarczony bardzo dużym błędem, ponieważ na wielkość zużycia paliwa przez maszynę budowlaną w robotach ziemnych wpływa wiele czynników (np. klasa gruntu, rodzaj wykonywanych czynności). Innym problemem dotyczącym rozliczania ilości zużywanego przez maszyny budowlane paliwa jest fakt, że bardzo często maszyny takie nie mają możliwości udania się na stację paliw w celu zatankowania, a zaopatrywanie ich w paliwo odbywa się w miejscach, w których w danym momencie są użytkowane. Praktyka pokazuje, że w tym przypadku uzupełnianie ilości paliwa w zbiorni- 31

3 Rys. 4. Przykład graficznej formy raportu na temat zużycia paliwa i emisji ditlenku węgla przez koparkę (badania własne) ku maszyny realizowane jest przy pomocy kontenerowych lub mobilnych stacji tankowania. Sytuacja taka może sprzyjać nieścisłościom w rozrachunku ilości zużywanego paliwa w obiegu dostawca dystrybutor maszyna budowlana. Zastosowanie funkcji kontroli zużycia paliwa na drodze monitoringu satelitarnego rozwiązuje wszystkie powyższe problematyczne kwestie dotyczące gospodarki paliwami. Dzięki temu systemowi możliwe jest rejestrowanie zmian ilości paliwa w zbiorniku maszyny w funkcji czasu. Pozwala to na określenie zmian poziomu paliwa w zbiorniku maszyny w funkcji czasu. Rejestrowane są: napełnianie zbiornika, normalne zużywanie paliwa w czasie pracy (różna wielkość zużycia), spust paliwa ze zbiornika. Przedmiotowa funkcja sprawdza się też w przypadku kradzieży paliwa ze zbiornika maszyny w czasie jej przestoju (np. nocą). Takie dane można bez problemów porównać z informacjami dotyczącymi tankowania maszyny. Ciekawą możliwością, jaka wynika z zastosowania monitoringu satelitarnego maszyn budowlanych, jest ciągła lokalizacja maszyny. Dzięki pozycjonowaniu maszyny w czasie rzeczywistym możliwa jest kontrola realizacji przez operatora powierzonych mu zadań. Niestety zdarzają się sytuacje, w których nieuczciwi operatorzy maszyn świadczą usługi osobom trzecim maszyną będącą własnością przedsiębiorstwa w godzinach swojej pracy. Po zastosowaniu monitoringu osoby odpowiedzialne za wykorzystanie parku maszynowego mają możliwość natychmiastowej reakcji. Funkcja ta jest również przydatna dla identyfi kowania odstępstw od przyjętych do realizacji prac. Innym ciekawym zagadnieniem dotyczącym funkcji lokalizacji maszyny jest możliwość zdefiniowania zamkniętego obszaru pracy, którego dana maszyna nie powinna opuszczać w trakcie realizacji zadań. Gdyby do takiej sytuacji doszło, generowana jest informacja o tym fakcie, która może być wysłana do stacji monitorowania lub w postaci wiadomości SMS na określony numer telefonu. Funkcja ta jest również przydatna jako zabezpieczenie przed, niestety coraz częstszymi, przypadkami kradzieży maszyn budowlanych. System może działać na dwa sposoby. Po pierwsze, uruchomiona zostanie blokada rozruchu w przypadku próby nieuprawnionego uruchomienia maszyny budowlanej (identyfikacja operatora). Po drugie, w przypadku próby kradzieży bez uruchamiania maszyny, polegającej na załadunku maszyny na środek transportu i jej wywiezieniu, system zanotuje ruch maszyny i powiadomi o tym fakcie w przytoczony wcześniej sposób. Dzięki zastosowaniu niezależnego źródła zasilania aktywność systemu nie jest przerwana po odłączeniu jej akumulatorów. Tak zaimplementowany do maszyny system jest honorowany przez firmy ubezpieczeniowe i może dać możliwość ubiegania się o zniżki w wysokości opłat związanych z ubezpieczeniem na wypadek kradzieży maszyny budowlanej. Ponadto należy zaznaczyć, że przedmiotowe systemy monitoringu pozwalają na przesyłanie sygnałów diagnostycznych o stanie pracy maszyny. Obecnie możliwa jest transmisja około 90 sygnałów, a do najpopularniejszych zalicza się temperaturę płynu chłodzącego silnika, temperaturę i ciśnienie oleju w silniku, ciśnienie oleju hydraulicznego w układzie roboczym, poziomu zanieczyszczeń oleju hydraulicznego, poziomu zanieczyszczenia różnego rodzaju filtrów (1, 2). Przesyłane dane są archiwizowane i możliwe jest okresowe generowanie podsumowań, raportów i analiz. Możliwa jest również ciągła transmisja tych danych z maszyny do centrów monitoringu. Dzięki temu na podstawie sygnałów diagnostycznych przesyłanych z maszyny możliwe jest wnioskowanie na temat jej stanu technicznego i spodziewanych ewentualnych awarii. Może to pomóc w szybkiej diagnozie, przedsięwzięciu środków zaradczych oraz zapewnieniu niezbędnych części i materiałów eksploatacyjnych w kontekście przyszłej naprawy lub obsługi technicznej. Satelitarny system monitoringu na przykładzie koparki Obecne systemy monitoringu satelitarnego parku maszynowego oraz bezprzewodowa transmisja danych pozwalają na szybką identyfikację najważniejszych parametrów stanu i pracy maszyny oraz przesłanie tych informacji i danych do centrum monitoringu, dyspozytora lub właściciela. Idea monitoringu satelitarnego maszyn budowlanych została przedstawiona schematycznie na rys. 1. Poniżej przedstawiono przykładowe możliwości podstawowego systemu monitoringu satelitarnego, który dla swoich klientów proponuje jedna z firm produkujących maszyny do robót ziemnych. W tym przypadku maszyną jest koparka gąsienicowa. Należy 32

4 Rys. 5. Przykładowe określenie lokalizacji koparki (badania własne) Rys. 6. Przykładowe określenie zmian lokalizacji koparki w zadanym przedziale czasu (badania własne) zaznaczyć, że bardzo podobne funkcje oferują również systemy, w które można doposażyć maszynę, w przypadku kiedy nie jest objęta systemem monitoringu satelitarnego. Po zalogowaniu się przy pomocy dowolnego komputera lub urządzenia przenośnego z dostępem do Internetu na stronie producenta maszyny użytkownik lub właściciel mają dostęp do wielu informacji. Na rys. 2 przedstawiono fragment tygodniowego raportu dotyczącego pracy koparki. W lewej kolumnie określona jest data, a kolejne wiersze reprezentują dni tygodnia. Raport przedstawia czas pracy koparki w godzinach od 6.00 do Oczywiście możliwe jest wykonanie raportu w innych przedziałach czasu lub w systemie 24-godzinnym. Można zauważyć, że r. maszyna nie pracowała. W pozostałych dniach maszyna była wykorzystywana przez różne okresy. Za pomocą przedziałów 15-minutowych przedstawiono czas pracy silnika maszyny w rozpatrywanym okresie. Dane w postaci liczbowej podają sumaryczny czas wykonywanych operacji w godzinach, ilość paliwa zużytego przez maszynę w tym czasie w litrach, ilość paliwa pozostałą w zbiorniku w %, sumaryczną liczbę motogodzin pracy maszyny. Można zauważyć, że istnieją poważne rozbieżności pomiędzy czasem, w którym silnik koparki był uruchomiony, a czasem wykonywania przez nią zadań. W omawianym systemie istnieje również możliwość graficznej interpretacji przesyłanych z maszyny informacji i danych. Na rys. 3 i 4 przedstawiono graficzne formy raportów. Są to raporty miesięczne z podziałem na poszczególne dni. Zawarte w tych raportach dane dotyczą informacji o stanie pracy maszyny i danych o określonych parametrach. Na rys. 3 przedstawiono porównanie czasu, w którym silnik koparki jest uruchomiony, z czasem, w którym koparka wykonuje czynności. Widoczne tu są spore rozbieżności. Natomiast na rys. 4 przedstawiono zużycie paliwa przez koparkę w litrach na godzinę oraz emisję ditlenku węgla w kilogramach. Wśród funkcji omawianego systemu jest również aktywność odpowiadająca za rejestrowanie lokalizacji koparki. W dowolnej chwili można sprawdzić położenie maszyny. Interfejs wykorzystuje popularne przeglądarki internetowe z funkcją map (rys. 5). W tym przypadku informacja o lokalizacji maszyny jest oparta na wskaza- 33

5 Rys. 7. Przykładowy plan czynności obsługowych przewidzianych przez producenta koparki (badania własne) Rys. 8. Przykładowe przedstawienie realizacji planu czynności obsługowych przewidzianych przez producenta koparki (badania własne) niu położenia koparki na mapie oraz uzupełniona o współrzędne geograficzne. Dodatkową informacją jest stan licznika motogodzin. Możliwe jest również korzystanie z bardziej zaawansowanych narzędzi. Przykładem może tu być funkcja śledzenia przemieszczeń koparki w zadanych przedziałach czasu. Na rys. 6 przedstawiono kolejne położenia koparki w danym miesiącu kalendarzowym. Jak można zauważyć, w tym przedziale czasu koparka pozostawała stale na terenie realizowanej inwestycji. Inną ciekawą funkcją omawianego systemu jest informacja na temat planu czynności obsługowych przewidzianych przez producenta koparki. Został on w sposób tabelaryczny przedstawiony jako plan czynności obsługowych (Recommended schedule rys. 7) oraz realizacja tego planu (Maintenance schedule rys. 8). W przykładowych planach zostały określone czynności obsługowe przewidziane przez producenta koparki oraz resursy międzyobsługowe opisane za pomocą motogodzin pracy maszyny. Ponadto za pomocą przedmiotowego systemu możliwe jest generowanie kart codziennych obsług technicznych, w których operator odnotowuje wyniki i uwagi dotyczące tych obsług. Podsumowanie Przedstawione w niniejszym artykule systemy monitoringu satelitarnego maszyn budowlanych są niewątpliwie ciekawym narzędziem ułatwiającym użytkowanie parku maszynowego i zarządzanie nim. Poprawnie dobrany i użytkowany system pozwala na wnioskowanie na temat stopnia wykorzystania maszyny, sposobu jej użytkowania oraz wstępną diagnostykę stanu technicznego. Nie bez znaczenia są możliwości dotyczące kontroli operatorów maszyn, czasu ich pracy, stanu realizacji powierzonych zadań oraz rozliczeń ilości paliwa zużywanego przez maszyny. Znane są przypadki, w których po zaimplementowaniu przedmiotowych systemów do maszyn w danej firmie wydatnie zwiększyło się tempo realizacji inwestycji przy jednoczesnym zmniejszeniu się kosztów związanych z zakupem paliw. Często wiązało się to również z rotacją kadry w zakresie operatorów maszyn. Należy zaznaczyć, że pomimo tego, że wdrożenie do parku maszynowego omawianych systemów wiąże się zawsze z inwestycjami finansowymi, to znane są przypadki, kiedy inwestycja ta zwraca się po pół roku, a w sytuacjach ekstremalnych już po miesiącu. Piśmiennictwo 1. Bęben A.: Maszyny i urządzenia do wydobywania kopalin pospolitych bez użycia materiałów wybuchowych. AGH, Institutional Learning and Scientific Publishing, Kraków Miros M., Hadryś D., Węgrzyn T.: Infl uence of satellite equipment control systems on economics of working machines operation using the example of excavators. Archives of Transport System Telematics, Volume 4, Issue 3, Polish Association of Transport Telematics, September [dostęp: r.]. 34