Автономный карьерный самосвал Komatsu IAHV

Первый среди первых

Самосвал не был законченным самостоятельным продуктом, а предложен как часть системы Autonomous Haulage System (AHS). Его нельзя купить без системы управления автономным комплексом грузоперевозок.

Водители в карьерах хорошо знают, как коварны дороги на серпантинах горных разработок, особенно после дождя и снега. Как показала практика, интеллектуальные системы способны заменить водителя в трудных ситуациях. Опыт AHS компания Komatsu Ltd набирает с 2008 года, когда были поставлены в Австралию (рудник Rio Tinto) и в Чили карьерные самосвалы Komatsu 930E и Komatsu 830E с автоматизированным управлением.

Их применение не является большой новостью, поскольку в шахтах и рудниках уже с начала 2000-х применяют системы телеуправления, когда водитель или оператор шахтного самосвала, погрузочно-доставочной машины (ПДМ) или самоходного шахтного вагона находятся вне пределов шахты. Автоматизация широко применяется в портах и даже нашла применение в сельском хозяйстве.

Автоматизированная технология управления Komatsu IAHV отличается от разработок Tesla и Google, или Платонинга – технологии Truck Platooning, которая позволяет эксплуатировать магистральные автопоезда в составе конвоя.

На годы вперёд

Komatsu вела разработку AHS, не имея ни единого заказа благодаря теории Proof of concept.

Введение термина PoC (доказательство концепции) в начале 1970-х в американском Комитете по науке и астронавтике оказало серьёзное влияние на развитие инженерного дела, позволив отделить футуристические прожекты от перспективных технологий. Однако полное определение этого термина в контексте «прототипа доказательства концепции» было введено в обиход Брюсом Карстеном лишь 1984 году.

В некотором смысле PoC схож с советской ТРИЗ – Теорией решения изобретательских задач, и их цели во многом сопоставимы. Пропоненты ТРИЗ использовали Ford, Daimler-Chrysler, Johnson & Johnson, Procter & Gamble, ABB, Boeing, NASA, Hewlett Packard, Motorola, General Electric, Xerox, IBM, LG, Samsung, Expedia и Kodak. Но когда требуется активное изменение ареала или среды эксплуатации, а тем более создание нового рынка, приходится применять теорию Proof of concept. Это как если бы Стефенсон, построив первый паровоз, сразу бы задумался о станционных постройках, депо и сигнализации путей.

Кстати, примеров разработок, похожих с ТРИЗ, у Komatsu было предостаточно. Например, подводные (амфибийные) бульдозеры Komatsu D155W, которых с 1971 по 1993 год было построено 36 штук для восстановительных работ на побережье Японии. Из них 5 живы до сих пор!

Эти тракторы с челюстным ковшом 3,36 м³, благодаря водонепроницаемому корпусу, абсолютно герметичному двигателю Komatsu S6D155-4J рабочим объёмом 19,26 л и телеуправлению, рассчитаны для работы на глубине до 7 м. Один из свежих примеров использования – восстановление гавани в префектуре Иватэ (Япония), поврежденной землетрясением в 2011 году.

Другой пример пропонента ТРИЗ в Komatsu – выпуск в конце 2000-х бульдозеров среднего класса с функцией Intelligent control с первой в мире автоматической системой управления отвалом, а вслед за ними – первых в мире гидравлических экскаваторов с системой Intelligent control.

Концепт в действии

Концепция Komatsu IAHV изначально была жёстко очерчена рядом правил: полный привод, все управляемые колёса и возможность движения вперёд и назад с одинаковой скоростью.

Что это даёт? Если машина может двигаться вперед и назад с одинаковой скоростью, требуется меньше разворотов, экономится время на постановку под погрузку и разгрузку и место в призабойной зоне и зоне разгрузки. То же самое происходит и с поворотом всех колёс: радиус поворота снижен до 15,9 м (это при 8,5-метровой ширине!), машина может двигаться крабовым ходом и не требуется дополнительного пространства для манёвра (так называемый К-оборот) и соответственно требуется меньше вскрышных работ.

Отсутствие кабины позволило максимально использовать 15-метровую длину для всего кузова. Расположение двигателя в базе обеспечило минимальные дорожные свесы и перенести центр масс к средней части машины. Это решение позволило уровнять коэффициент сцепления всех колёс с дорогой как в гружёном, так и в порожнем состоянии.

В машине используют обычные общедоступные компоненты. Дизель Cummins QSK60 развивает мощность 2700 л.с. (такой же используется в автономных версиях самосвалов 860Е и 930Е). В трансмиссии применены четыре электромотора General Electric 150 AC, генератор GE 240 AC (GE GTA-41), модифицированные бортовые редукторы от 860Е-1К, динамический тормоз от 830Е.

Шкаф управления и вообще система управления Komatsu IAHV – основная гордость инженеров, ибо управление четырьмя мотор-колёсами на сегодняшний день стандартно не реализовано ни в одном самосвале, все колёса имеют отдельное управление как по повороту, так и по вращению. Контроль тяги на спусках дополнительно обеспечивает ретардер.

Вес и грузоподъёмность машины ограничены максимальным типоразмером шин, доступных на рынке на данный момент. Так как самосвал использует только 4 шины 59 / 80 R63 от 370-тонного самосвала Komatsu 980Е-4, его грузоподъёмность ограничена 230 т при полной эксплуатационной массе 416 т. Обычный же самосвал подобного класса имеет 6 шин 40.00R57.

Машина оснащена стандартным набором сенсоров, которые используются на автономных самосвалах Komatsu. Система слежения за дорогой позволяет сканировать ближайшее пространство с частотой 100 раз в секунду, что для технологических дорог вполне достаточно.

Интуиция и опыт

До середины 1980-х дизайнеры и конструкторы больше полагались на логику, а проверка теорий решалась на сшибке НИОКР: эмпирических исследований экономистов и испытаний прототипов у эксплуатантов. В технике грубый прототип новой идеи раньше воплощался сначала в макете, после чего наступал этап патентования. (Патент – это лишь приложение, но и он требует демонстрации функциональных возможностей).

В случае фиаско (неожиданная авария, неучтённая ошибка, неудачный дизайн) технологи идею хоронили, откладывали до лучших времён или не выпускали из опытной эксплуатации. Например, все выпущенные бульдозеры Komatsu D155W принадлежали самой Komatsu! Но они хотя бы позволяли заработать самой компании. А миллионные затраты на создание Komatsu IAHV уже нельзя окупить подрядными работами в рудниках. Тем более, что задача стоит шире – изменить всю инфраструктуру при прежней сфере использования. Когда советского ТРИЗ не хватает, выручает теория Proof of concept. Благодаря ей и удалось обкатать автоматизированные самосвалы в Австралии и Чили, получив ценный опыт.

Но самое важное – теория Proof of concept позволила вести финансирование на ранних этапах исследований при дефиците ассигнований на макет или рабочий прототип. К тому же благодаря PoC и компьютерному моделированию возможно спрогнозировать конъюнктуру на рынке горного оборудования и выявить наиболее перспективные регионы эксплуатации. А эта задача по своей масштабности сопоставима с точными предсказаниями погоды на месяцы и годы вперёд.