CN115718441A - 用于管理作业机器的操作员设置的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
在无线控制系统内的工地中操作的作业机器(例如轮式装载机)包括与操作员的标识相关联的机器设置的操作员特定配置。当作业机器执行作业功能时,操作员标识、初始的操作员特定配置和感测的性能度量被传输到用于工地的控制系统。将操作员标识链接到初始操作员特定配置和度量中的一个或两个,控制系统分析操作员对作业机器的性能,增加粒度并标记潜在的异常。用于改变操作员性能的修改的操作员特定配置被返回到作业机器,并且当操作员接下来控制作业机器时,使其覆盖初始的操作员特定配置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于基于由传感器检测到的机器性能的用于管理作业机器的操作员设置的系统和方法。更具体地,本发明涉及一种系统和方法,该系统和方法用于在由操作员控制时评估作业机器的性能,并且用于修改作业机器的操作员特定设置,以基于性能改变操作员的使用。
背景技术
用于执行重型室外作业的机器,例如用于建筑、铺路或采矿工业的机器,包括挖掘机、反铲挖土机、推土机、装载机等。通常大而复杂,这些机器可以在工作地点的几个用户之间共享。例如,不同的操作员可能需要在工作班次期间控制机器以进行工作地点所需的专门任务。或者,当人员在工作班次之间改变时,不同的操作员可以控制机器。
这些大型机器通常具有操作员可在作业活动之前或期间选择的许多设置。示例性设置范围从操作员舒适度(例如座椅的位置或操作员室中的温度)到机器的操作模式(例如激活“生态”模式或差速锁)。由操作员设定的操作模式可改变机器的行为和功能,这可影响机器性能。例如,一种操作模式可能与另一种操作模式不同地影响燃料消耗、轮胎磨损或随着时间的结构劣化。
另外被称为配置的是,由操作员为相同的作业活动选择的机器的设置集合在用户之间可能不同,不管是由于个人偏好还是操作设备的经验。因此,随着作业机器的控制随着时间从操作员转移到操作员,机器的设置也将改变。当假定从先前操作员控制机器时,要求操作员手动调整所有机器设置是低效的。
在编号为2021/0061199的美国专利申请公开(“199申请”)中描述了一种用于访问和调节作业机器的操作员特定配置的方法。'199申请描述了一种具有电子控制器的作业机器,该电子控制器存储与相应机器操作员相关联的机器参数。作业机器从诸如蜂窝电话的用户装置接收标识机器的新操作员的信号。作为响应,电子控制器将新操作员登录到机器中,检索对应于新操作员的保存的机器参数,并根据检索的机器参数设置机器。然而,'199申请中描述的系统没有考虑影响机器参数及其相应的操作模式对机器性能的影响。'199申请的系统也没有针对作业机器的可操作性评估由操作员选择的机器参数。
本发明的示例旨在克服这种系统的缺陷。
发明内容
在本发明的一个方面中,一种方法包括:由作业机器的电子控制器接收与作业机器的操作员相关联的操作员标识;以及由电子控制器接收特定于操作员标识的作业机器的配置。该配置包括用于作业机器的操作的一个或多个机器设置。该方法还包括至少部分地基于从电子控制器提供给作业机器的部件的第一电子命令,使用配置的一个或多个机器设置来执行作业机器的操作。作业机器上的一个或多个传感器检测与作业机器的性能有关的度量,并且至少操作员标识、配置和度量通过网络连接从作业机器传送到一个或多个服务器。然后,机器无线地接收操作员标识和特定于所述操作员标识的所述作业机器的修改的配置,其中修改的配置至少部分地由于度量而不同于配置。最后,至少部分地基于从电子控制器提供给作业机器的部件的一个或多个第二电子命令,使用修改的配置的一个或多个修改的设置来执行作业机器的操作。
在本发明的另一方面,一种系统包括作业机器和通过无线网络耦合到作业机器的一个或多个服务器。作业机器具有至少一个或多个传感器和控制器。所述一个或多个传感器被配置为在操作员执行的作业活动的第一实例期间检测作业机器的性能特性,并且所述控制器被配置为使作业机器的性能特性和初始操作员特定配置通过无线网络传输,其中所述初始操作员特定配置与操作员的标识相关联。所述一个或多个服务器包括一个或多个处理器和一个或多个计算机可读介质,其中所述一个或多个计算机可读介质存储计算机可执行指令,所述计算机可执行指令在被执行时使所述一个或多个处理器执行操作。操作包括从作业机器接收性能特性和初始操作员特定配置,访问与性能特性和初始操作员特定配置中的至少一个相关联的基准数据,以及至少部分地基于基准数据为作业机器生成新的操作员特定配置。此外,作业机器的控制器还被配置为对于由操作员执行的作业活动的第二实例,用新的操作员特定配置覆盖初始的操作员特定配置。
在本发明的又一方面,一种机器至少具有发动机,作业工具,被配置为在执行作业活动期间检测机器的性能特性的一个或多个传感器,以及电子控制器。所述电子控制器被配置为接收与所述机器的操作员相关联的操作员标识,接收特定于所述操作员标识的所述机器的初始设置,使所述机器使用所述初始设置第一次执行所述作业活动,以及使所述操作员标识、所述初始设置和所述性能特性通过网络连接被发送到一个或多个服务器。所述电子控制器还被配置为接收特定于所述操作员标识的所述机器的修改的设置,所述修改的设置至少部分地由于由所述一个或多个传感器检测到的性能特性而不同于所述初始设置,并且使用所述修改的设置来引起所述作业活动的第二次执行。
附图说明
图1是根据本发明的示例的系统和工地的示意图。
图2是根据本发明的示例的图1的示例性作业机器和潜在操作员的侧视图。
图3是描绘根据本发明的示例的用于管理操作员配置的方法的流程图。
具体实施方式
在所有附图中,尽可能使用相同的附图标记来表示相同或相似的零件。参照图1,示例性系统100可包括在工地112处操作以执行各种任务的一个或多个机器102、104、105、106、107。在本发明中使用的术语“机器”是指执行与诸如采矿、建筑、农业、景观美化或运输的行业相关联的某种类型的作业操作的任何机器。例如,系统100可包括一个或多个挖掘机102、一个或多个装载机104、一个或多个压实机105、一个或多个拖运机106、一个或多个平地机107和/或用于施工、采矿、铺路、挖掘和/或工地112处的其它操作的其它类型的机器。
机器102、104、105、106、107执行本领域普通技术人员公知的各种任务。例如,挖掘机102是指为了后续操作(即,用于爆破、装载、拖运和/或其他操作)的目的而减少工地112处的材料的任何机器,并且包括挖掘机、反铲挖土机、推土机、钻机、挖沟机和拖缆,以及其他类型的挖掘机。装载机104是指提升、运载、装载和/或移除已经被一个或多个挖掘机102减少的材料的任何机器,并且包括轮式或履带式装载机、前铲、挖掘机、电缆铲和堆取料机,以及其它类型的装载机104。拖运机106是指在工地112内的不同位置之间运送挖掘材料的任何机器,并且包括铰接式卡车、越野卡车、公路自卸卡车和轮式铲运机,以及其它类型的拖运机106。压实机105指的是被配置为在工地112的作业表面110上施加应力并在其上引起土壤致密化和/或获得可接受的表面光洁度的任何机器。平地机107是指被配置为通过在工地112处对材料(例如土壤)进行平地来产生平坦表面以用于后续操作(例如,用于压实操作)的任何机器,并且包括刮刀、推土机、机动平地机或本领域中通常已知的用于在操作期间产生平坦表面的其他类似机器。
如本文所述,机器102、104、105、106、107可以半自动地或完全自动地操作。术语“自动”意味着广义地理解为完全自动或基本上自动的任何操作,即,在操作中没有显著的人为介入。自动车辆(例如,机器102、104、105、106、107)通常是无人驾驶的,即没有人类飞行员或副飞行员。然而,自动车辆可以被自动驾驶或以其他方式操作并且具有一个或多个人类乘客。类似地,术语“半自动”意味着广义地理解为至少部分地自动并且至少部分地由操作中的人类介入(即,操作中的至少一些人类介入)引起的任何操作。
继续参考图1,系统100可以包括控制系统120和系统控制器122,以控制系统100内的各种元件之间的数据传输和/或协调数据传输。在一些示例中,控制系统120和/或系统控制器122位于远离工地112的命令中心(未示出)。在其他示例中,系统控制器122和/或控制系统120的一个或多个部件位于工地112处。不管位置如何,控制系统120的部件配置为便于挖掘机102、装载机104、拖运机106、压实机105、平地机107和/或系统100的其它机器之间的通信,向它们提供信息和从它们接收信息。在本文所述的任何示例中,系统控制器122的功能可以是分布式的,使得某些操作在工地112执行,而其它操作远程地执行,例如在上述远程命令中心。
系统控制器122是以逻辑方式操作以执行诸如执行控制算法、存储和检索数据以及其它类似操作的电子控制器。系统控制器122还可包括运行应用所需的任何其它部件,包括但不限于访问存储器、辅助存储装置、处理器等。存储器和辅助存储装置可以是只读存储器(ROM)或随机存取存储器(RAM)或可由控制器访问的集成电路的形式。各种其它电路可以与系统控制器122相关联,包括但不限于电源电路、信号调节电路、驱动器电路和其它类型的电路。
系统控制器122可以是单个控制器或者可以包括多于一个控制器。在系统控制器122包括多于一个控制器的示例中,系统控制器122包括与挖掘机102、装载机104、拖运机106、压实机105、平地机107和/或被配置为控制系统100的各种功能和/或特征的系统100的其他机器相关联的附加控制器。如本文所用,术语“控制器”在其最广泛的意义上意指包括可与系统100相关联且可协作控制包括在系统100中的机器的各种功能和操作的一个或多个控制器、处理器、中央处理单元和/或微处理器。系统控制器122的功能可以在不考虑功能的情况下以硬件和/或软件实现。系统控制器122可依赖于一个或多个数据图、查找表、神经网络、算法、机器学习算法和/或可存储在系统控制器122的存储器中的与系统100的操作条件和操作环境有关的其它部件。上述数据映射可以包括表格、图表和/或等式形式的数据集合,以最大化系统100及其操作的性能和效率。
控制系统120的部件可以经由网络124与系统100的任何部件通信和/或以其他方式可操作地连接到系统100的任何部件。网络124可以是局域网(“LAN”),诸如广域网(“WAN”)之类的大型网络,或者诸如因特网之类的网络集合。网络通信的协议,例如传输控制协议/因特网协议(TCP/IP),可以用来实现网络124。尽管本文中将示例描述为使用例如因特网的网络124,但可实现经由存储卡、快闪存储器或其它便携式存储器装置传输信息的其它分配技术。
还应当理解,系统100的挖掘机102、装载机104、拖运机106、压实机105、平地机107和/或其他机器可以包括相应的控制器,并且在此描述的相应的控制器(包括系统控制器122)可以通信和/或可以以其他方式经由网络124可操作地连接。例如,网络124可以包括系统100的无线通信系统的部件,并且作为这种无线通信系统的一部分,系统100的挖掘机102、装载机104、拖运机106、压实机105、平地机107和/或其他机器可以包括相应的通信装置126。这种通信装置126可配置为允许在系统控制器122与系统100的挖掘机102、装载机104、拖运机106、压实机105、平地机107和/或其它机器的相应控制器之间无线传输多个信号、指令和/或信息。
在一些示例中,通信装置126还可以实现与位于工地112处和/或远离工地112的一个或多个平板电脑、计算机、蜂窝/无线电话、个人数字助理、移动装置或其它电子装置128的通信(例如,经由中心站108和通过网络124)。这样的电子装置128可以包括例如监视工地112处或相对于工地112的非视距(NLOS)位置处的操作的项目经理(例如,领班)的移动电话和/或平板。如这里所使用的,术语“非视线(NLOS)”意味着广义地理解为相对于工地112的任何位置,该位置被物理物体阻挡,使得电磁波不能在该位置和工地112之间传播。
网络124、通信装置126和/或无线通信系统的其它部件可以实现或利用包括多个通信标准中的任何一个的任何系统或协议。协议将允许系统控制器122、一个或多个通信装置126和/或系统100的任何其他机器或部件之间的通信。可以由系统100使用的无线通信系统或协议的示例包括无线个人局域网(诸如蓝牙RTM(例如,电气和电子工程师协会(IEEE)802.15))、局域网(诸如IEEE 802.11b或802.11g)、蜂窝网络,或用于数据传输的任何其他系统或协议。考虑了其它无线通信系统和配置。在一些情况下,无线通信可以在控制系统120和系统100的机器之间或在这些机器之间直接传输和接收。在其它情况下,通信可被自动路由而不需要远程人员的重发。
在示例性实施例中,系统100的一个或多个机器(例如,挖掘机102、装载机104、拖运机106、压实机105、平地机107以及其他机器)可以包括位置传感器130,该位置传感器被配置为用于确定对应机器的位置、速度、朝向和/或取向。在这样的实施例中,相应机器的通信装置126可配置为产生和/或向例如系统控制器122和/或向系统100的其它相应机器传输由位置传感器130检测到的指示这样确定的位置、速度、朝向、取向、行程距离和/或覆盖面积的信号。在一些示例中,相应机器的位置传感器130可包括和/或包含全球导航卫星系统(GNSS)或全球定位系统(GPS)的部件。或者,可利用通用全站仪(UTS)来定位机器的相应位置。在示例性实施例中,一个或多个位置传感器130包括GPS接收器、传输器、收发器、激光棱镜和/或其他此类装置,并且位置传感器130可以与一个或多个GPS卫星132和/或UTS通信以确定位置传感器130连续地、基本上连续地或以各种时间间隔连接到的机器的相应位置。系统100的一个或多个其他机器也可以与一个或多个GPS卫星132和/或UTS通信,并且这样的GPS卫星132和/或UTS也可以被配置为确定这样的附加机器的相应位置。
机器数据可由耦合到机器102、104、105、106、107的多个传感器134获得,由相应机器102、104、105、106、107的机器控制器136处理,并传输到其它计算装置,诸如系统控制器122、电子装置128和/或系统100内的其它数据处理装置。尽管与机器102、104、105、106、107中的每一个相关联地描述了一个传感器134,但是每个机器可以包括用于检测与机器102、104、105、106、107相关联的多个不同环境和其他参数的多个传感器134。传感器134可以检测任何参数,例如光、运动、温度、磁场、电场、重力、速度、任何方向上的加速度、湿度、湿气、振动、压力和声音,以及其它参数。因此,传感器134可包括加速计、温度计、近程传感器、电场近程传感器、磁力计、气压计、地震计、压力传感器和声学传感器,以及其它类型的传感器。可以收集与传感器类型相关联的相应数据。因此,经由传感器获得的数据可被传输到相应机器102、104、105、106、107的机器控制器136,用于进一步传输和/或处理。从传感器134收集的机器数据的示例包括操作员对输入装置、工具或动力源的操纵、机器速度、机器位置、流体压力、流体流速、流体温度、流体污染水平、流体粘度、电流水平、电压水平、流体(例如,燃料、水、油)消耗率、有效负载水平、有效负载值、最大可允许有效负载极限的百分比、有效负载历史、有效负载分布、传输输出比、循环时间、空闲时间、坡度、最近执行的维护或最近执行的维修。
机器数据可以是机器远程信息处理数据,其包括例如机器的位置、定义机器使用的方式、位置、持续时间和功能的使用数据、机器的规格、机器的健康、从传感器134获得的数据,以及其它远程信息处理数据。如这里所使用的,远程信息处理是指通过诸如包括网络124的有线或无线通信网络的电转换装置对定义距离上的量的值的数据的完整测量、传输和接收。
作为示例,可以从各个机器102、104、105、106、107上的传感器134和/或靠近用户(例如机器102、104、105、106、107的操作员和/或在操作机器102、104、105、106、107的工地112处的人员)的现场传感器接收信息。传感器可以包括:用于测量温度的温度计、用于测量风速的风速计、用于测量风向的风向标、用于测量湿度的湿度计、用于测量大气压力的气压计、用于测量能见度/距离的视觉传感器、用于测量降水的雨量计、用于测量土壤湿度的土壤/地面传感器、用于压实、稳定性和湿度的地面条件传感器、用于测量CO、甲烷、硫化氢、二氧化氮和缺氧的气体传感器等。中心站108可以分析数据并在这里定义的通信信道上传输信息。
传输到中心站108的数据可以包括操作员数据、机器标识数据、性能数据、工地数据、现场条件数据、诊断数据和其它数据,这些数据可以从机器上自动监测和/或由机器操作员手动观察和输入。远程传输回机器102、104、105、106、107的信息可包括电子地形图、机器配置命令、指令、建议等。
在一个示例中,远程信息处理数据包括机器特定数据,诸如与机器类型(例如,挖掘、装载、拖运等)、机器的构造和型号(例如,Caterpillar797OHT)、机器制造日期或年龄、使用或维护/修理历史等相关联的标识数据。一些示例的标识数据包括用于机器102、104、105、106、107中的每一个的唯一标识符,诸如牌照、车辆标识号(VIN),以及与各个机器102、104、105、106、107的机器控制器136和/或通信装置126相关联的媒体访问控制(MAC)地址,以及其他类型的唯一标识符。在一个示例中,唯一标识符可被分配给机器102、104、105、106、107,并存储在存储器中,例如与相应机器102、104、105、106、107的系统控制器122和/或机器控制器136相关联的存储器。
操作员特定数据可以包括当前操作员的标识、关于当前操作员的信息(例如,技能或经验水平、授权水平、在当前轮班期间记录的时间量、使用历史等)、过去操作员的历史。地点特定数据可以包括操作员当前执行的任务、工地112的当前位置、地点历史、工地112的特定区域的材料成分、地点施加的速度限制等。
性能数据可以包括与工地112处的任何机器的操作相关联的当前和历史数据。性能数据可以包括例如有效负载信息、效率信息、生产率信息、燃料经济性信息、速度信息、交通信息、天气信息、道路和/或表面状况信息、操纵信息(例如,制动、转向、车轮打滑等)、停机时间和修理或维护信息等。
诊断数据可以包括与机器的特定部件和/或系统相关联的记录参数信息。例如,诊断数据可以包括发动机温度、发动机压力、发动机和/或地面速度和加速度、流体特性(例如,水平、污染、粘度、温度、压力等)、燃料消耗、发动机排放、制动条件、传输特性(例如,换档、扭矩和速度)、空气和/或排气压力和温度、发动机校准(例如,喷射和/或点火正时)、车轮扭矩、滚动阻力、系统电压等。可以直接监测一些诊断数据,而可以从所监测的参数导出或计算其他数据。如果需要,诊断数据可用于确定性能数据。
GPS卫星132、UTS和/或中心站108可用于从系统100的挖掘机102、装载机104、拖运机106、压实机105、平地机107和/或其它机器接收机器数据。此外,GPS卫星132、UTS和/或中心站108可用于向系统控制器122或系统100内的其它数据处理装置或系统传输机器数据。
因此,如本文所述,机器102、104、105、106、107中的每一个可报告各种类型的生产度量。在一个示例中,系统控制器122、电子装置128、通信装置126中的一个或多个和/或系统100的任何其他期望机器或部件可以连续地或周期性地向机器102、104、105、106、107的相应通信装置126发送请求从传感器134获得的数据的请求。在另一个示例中,传感器134可以感测环境,并且该数据可以经由通信装置126和/或机器控制器136连续地或周期性地传输到系统控制器122、电子装置128、一个或多个通信装置126,和/或系统100的任何其他期望的机器或部件。在一个示例中,传感器134可以感测环境,并且该数据可以存储在例如与通信装置126、机器控制器136、系统控制器122、电子装置128和/或系统100的任何其他期望机器或部件相关联的数据存储装置中。
因此,如上所述,机器102、104、105、106、107中的每一个可以以不同类型的进度指示符(PI)的形式报告生产度量。可以测量由机器102、104、105、106、107递送的卡车负载和/或工地112的最终坡度(例如,经由坡度控制、手动勘测或无人驾驶飞行)以确定工地计划和整个工地计划内的各个任务的进度,诸如利用多个不同机器102、104、105、106、107的大量挖掘项目。PI可用于标识工地计划内的性能不足的机器102、104、105、106、107,以及允许与工地计划相关联的监控员、领班、管理者、机组人员和其他个人知道沿工地计划进展了多远以及可留下多少工地计划来完成。PI可以呈现在例如电子装置128的显示装置、与系统控制器122相关联的显示装置和/或与系统100内相关联的另一显示装置上的用户接口上。
通过这些生产度量的显示,用户,例如监控员、管理者、机组人员或与工地计划相关联的其他个人,可以理解PI所定义的每个单独的生产度量,因为它涉及任务和整个工地计划。由传感器134感测并从机器102、104、105、106、107传输的数据可由例如系统控制器122使用一个或多个数据映射、查找表、神经网络、算法、机器学习算法和/或其它部件来处理,以将数据作为PI呈现给用户。
继续参照图1,并且如上所述,机器102、104、105、106、107中的每一个和/或系统100的其它机器包括机器控制器136。机器控制器136包括由相应机器102、104、105、106、107机载和/或以其他方式承载的本地控制系统的部件。机器控制器136是机器102、104、105、106、107内的任何嵌入式系统,其控制机器102、104、105、106、107中的电气系统或子系统中的至少一个,从而控制机器102、104、105、106、107的至少一个功能。这种机器控制器136通常可以与控制系统120的系统控制器122相似或相同。例如,每个这样的机器控制器136可以包括一个或多个处理器、存储器和/或这里关于系统控制器122描述的其它部件。机器控制器136可以包括电子控制单元(ECU),例如电子控制模块(ECM)、动力系控制模块(PCM)、传输控制模块(TCM)、制动控制模块(EBCM)、中心控制模块(CCM)、中心定时模块(CTM)、通用电子模块(GEM)、车身控制模块(BCM)、悬架控制模块(SCM)和控制单元,以及其他类型的ECU。ECU可包括辅助机器102、104、105、106、107的操作的硬件和嵌入式软件。
在一些示例中,机器控制器136可位于机器102、104、105、106、107中的相应一个上,并且还可包括远离机器102、104、105、106、107中的相应一个定位的部件,诸如位于系统100的任何其它机器上或在本文所述的命令中心(未示出)处。因此,在一些示例中,机器控制器136的功能可以是分布式的,使得某些功能在机器102、104、105、106、107中的相应一个上执行,并且其他功能远程地执行。在一些示例中,由相应机器102、104、105、106、107承载的本地控制系统的机器控制器136可以实现单独地或与控制系统120组合地对相应机器的自动和/或半自动控制。此外,由相应的机器102、104、105、106、107承载的机器控制器136可指示相应的通信装置126和位置传感器130如本文所述并由例如系统控制器122指示地起作用。
在一些实现中,机器控制器136还与相应机器102、104、105、106、107的单独部件和子系统直接通信,以便于手动、自动和/或远程监测和/或控制。例如,机器控制器136可与相应机器102、104、105、106、107的动力源通信以控制燃料供给,与变速器通信以控制换档,与转向机构通信以控制转向,与差速锁通信以控制牵引,与制动机构通信以控制减速,与工具致动器通信以控制材料倾卸,以及与其它部件和/或子系统通信。基于来自人操作员的直接命令、来自中心站108或工地112处的机器102、104、105、106、107中的另一个的远程命令,和/或自指示,机器控制器136可以选择性地调节部件和子系统的操作以完成预定任务。
在一些示例中,系统100的一个或多个机器102、104、105、106、107包括联接到机器的框架的机具或其它作业工具140。例如,在装载机104的情况下,作业工具140通常是铲斗,其配置为在其敞开体积或其它基本敞开的空间内承载材料。装载机104包括可移动地连接到装载机的框架的一个或多个联动装置142。作业工具140连接到这种联动装置142,并且联动装置142用于将作业工具140降低(例如,经由一个或多个液压缸,电动机或连接到其上的其它装置)到装载位置,在该装载位置中,作业工具140的前缘144设置在作业表面110附近、邻近和/或作业表面110处,并且作业工具140的基部设置成基本平行于作业表面110。类似于装载机104、挖掘机102、拖运机106、压实机105、平地机107,还可以包括作业工具140和/或联动装置142,其允许机器执行它们各自的操作。
图2示出了作为适于执行本发明中所讨论的原理的一个示例的示例性作业机器200。作业机器200在图2中示出为图1中的装载机104中的一个,特别是轮式装载机的特写侧视图。轮式装载机仅出于讨论的目的而具有代表性,并且作业机器200可以是在工地112上执行作业的任何类型的机器,例如机器102、104、105、106、107中的任何机器。
如图2中大体体现的,除了其它部件之外,作业机器200包括由牵引装置204(例如,具有轮胎的四个车轮)支撑的底盘202,在作业机器200的后部安装到底盘202的发动机舱206,以及发动机舱206内的发动机208,该发动机208可操作以驱动牵引装置204从而推进作业机器200。发动机208是内燃机,例如柴油发动机、汽油发动机、电-气混合发动机或本领域技术人员显而易见的任何其它发动机配置。发动机208还为作业机器200的其它系统,例如一个或多个液压缸或配置为致动连接到作业机器200前部的作业工具140的其它机构。作业工具140被示出为被配置为用于传送材料(例如土壤或碎屑)的铲斗。当然,在除了图1所示的轮式装载机之外的作业机器200的其它示例中存在类似的机械结构。作业机器200的其它结构特征或者在下面的相关上下文中讨论,或者仅出于简化的目的而被排除。
作业机器200还包括可打开或封闭的操作员室212。操作员室212包括座椅、转向系统214以及用于操作作业机器200的各种控制器和电子装置。转向系统214可具有方向盘、杠杆和/或其它控制器,用于在作业机器200穿过由牵引装置204驱动的路径时转向或以其它方式操作作业机器200。在这些示例中,转向系统214的各个部件连接到一个或多个致动器、作业机器200的节气门、发动机208和制动组件(未示出)。因此,作业机器200的操作员使用转向系统来在使用期间调节作业机器200的速度、行进方向和/或其它方面。
在一些示例中,操作员室212还包括用于控制作业机器200的各种功能的控制接口,通常示为操作员室212的仪表板上的控制接口216。控制接口216包括一个或多个模拟、数字和/或触摸屏显示器,并且还可以包括声源、光源或其组合。控制接口216还可以支持其他相关功能,包括例如并且如下面进一步详细讨论的,与和作业机器200协力操作的一个或多个其他机器和/或与远程服务器或其他电子装置共享各种操作数据。操作员室212内的控制器和电子装置可包括一个或多个控制装置(未示出),例如操纵杆、踏板、杠杆、用户接口、按钮、开关和其它类型的显示和输入装置,以控制与作业机器200相关的各种操作,例如控制作业工具140和致动牵引装置204。
参照图1和图2,图1描绘了工地112内的系统100,图2示出了代表性作业机器200,图3是使用与本发明的实现一致的作业机器200实现的示例方法的流程图。如图3中概括的,方法300需要至少作业机器200和控制系统120之间的代表性交互。
方法300开始于作业机器200接收操作员标识,例如图2所示的操作员标识218。在一个示例中,操作员室212内的控制接口216包括一个或多个输入/输出装置,诸如触摸屏或具有显示器的小键盘,用于操作员手动登录到作业机器200中。通常,操作员(例如图2中的操作员220)与安全凭证(例如帐户名或标识码)以及通行码相关联,以便能够登录并操作作业机器200。为了安全地获得对作业机器200的控制,操作员220将代码输入到一个或多个输入/输出装置中,之后操作员220登录到作业机器200中。在操作员220从作业机器200注销或以其它方式停止作业机器200的运行之前,作业机器200的功能将与完成登录过程的帐户名或标识码相关联。因此,在一些示例中,操作员220可以与控制接口216交互以将包括操作员标识218的个人认证信息输入到作业机器200的控制接口216中。
在登录到作业机器200中之后,操作员还经由控制接口216的一个或多个输入/输出装置输入或检查参数或设置,以控制作业机器200的操作。总体上,用于操作作业机器200的设置或参数可称为“配置”。作业机器200的配置可针对不同类型的机器、作业活动和作业环境而变化。配置的示例包括被设计到作业机器200中以优化特定活动或行为的机器设置,诸如在“生态”模式下操作以最小化能量使用或在牵引控制模式下操作以基于感测的车轮速度启用差速锁以改进牵引并节省轮胎磨损。
许多其它配置是可能的并且可以基于机器的类型而变化。例如,冷刨机和回收混合器可具有负载控制配置,其中基于发动机扭矩曲线和转子速度进行机器设置以控制机器的操作,发动机扭矩曲线和转子速度取决于材料施加到机器的负载。在另一示例中,压实器具有振动控制配置,其中感测被压实的材料的响应,并且测量压实器投入材料中的能量与材料的响应之间的差,以确定燃料和时间是否被浪费。在其他示例中,作业机器200具有感测并限制机器上的液压系统被推动到其释放压力的次数的设置,即,在施加最大力的位置,这可有助于避免过早发生故障。作业机器200的设置或预先安排的配置的进一步收集是可以预期的,并且在本领域普通技术人员的知识和实验范围内。
每个操作员可能更喜欢作业机器200的配置,其可能取决于操作员对作业机器200的经验或要执行的作业活动。至少为了避免在每次登录机器时必须重复输入配置的低效率,在一些示例中,作业机器200在存储器中存储操作员先前输入的配置的电子数据。与特定操作员相关联的机器设置的配置或集合可称为“操作员特定”配置或“操作员特定”设置,诸如操作员特定配置219。为了将配置存储为操作员特定数据,作业机器200将操作员输入的操作员特定配置219与该操作员唯一的标识码相关联。然后,当在登录期间下一次输入相关联的操作员标识218时,作业机器200可以从存储器访问所存储的操作员特定配置219,从而节省操作员设置具有优选配置的机器的需要。
在一些实现中,操作员特定配置219存储在作业机器200的机器控制器136中。机器控制器136通过处理器提供存储器和计算能力,以执行用于协调各种电子动作的软件指令,这些电子动作可用于辅助作业机器200内的机械、液压或气动活动。例如,机器控制器136可被配置为自动检索用于特定操作员的作业机器200的保存的设置(即,用于操作员标识218的操作员特定配置219),并自动设置作业机器200以根据保存的参数进行操作。用于存储代表操作员特定配置219的电子数据的位置对于本发明来说并不重要,并且选项在本领域技术人员的知识范围内。
如通常针对图2的实现所说明的,操作员220还可以通过无线连接而不是经由控制接口216手动地远程登录到作业机器200中。诸如蜂窝电话、膝上型计算机、平板电脑或钥匙链之类的无线操作员装置222可以经由作业机器200上的通信装置126与诸如机器控制器136之类的控制器建立网络连接。网络连接可以通过各种类型的连通性,诸如WiFi、GPS、RFID、近场通信(NFC)等,并且通常是对等连接224,诸如蓝牙。或者,操作员装置222与通信装置126之间的网络连接不是对等连接,且可(例如)使用GPS坐标结合GPS卫星132或使用操作员装置222与通信装置126之间的蜂窝式或其它类型的间接通信而发生。
利用对等连接224,通常基于操作员装置222与作业机器200的接近度来自动建立网络连接。当操作员装置222进入范围内时,操作员装置222内的应用或其他软件将与作业机器200内的通信装置126连接,并自动提供与操作员220相关联的认证信息,例如操作员标识218和通行码。例如,蓝牙连接的范围通常约为10米,而NFC范围约为4厘米,这将操作员装置222保持靠近作业机器200上的检测器。在建立对等连接224并且成功地以电子方式提供认证信息之后,操作员220登录到作业机器200中。如果对应于操作员标识218的操作员特定配置219存储在作业机器200中,则检索该配置并相应地设置作业机器200用于操作。
在一些情况下,操作员装置222通过诸如对等连接224的网络连接传输作业机器200的设置,诸如其操作员特定配置219。例如,当操作员220之前没有操作作业机器200时,作业机器200将不具有为操作员220存储的配置。操作员装置222可以远程地提供具有操作员标识的配置,而不是让操作员220手动地加载操作员特定配置219。类似地,如果操作员220之前已经操作了作业机器200但希望将该机器设置成具有与存储在作业机器200中的配置不同的配置,则操作员装置222可以经由对等连接224提供该不同的配置。
在从作业机器200处的操作员220接收操作员标识218和操作员特定配置219之后,图3的方法300继续执行作业机器200的操作,该操作使用操作员特定配置219的一个或多个机器设置。如304所示,作业机器200,特别是机器控制器136,使用操作员特定配置219的机器设置来执行作业机器200的操作。操作员特定配置219的一个示例可以是发动机208的生态模式。通过对应于生态模式的操作员特定配置219,作业机器200将为发动机208和操作员室212设定各种操作条件以节约燃料。这些可以包括以较低的每分钟转数操作发动机208,抑制发动机208的加速率,降低用于操作员室212内的气候控制的变化率,以及其他设置。机器控制器136将向发动机208内和作业机器200中的其他地方的子系统和部件发出适当的电子信号,使得作业机器200比正常消耗更少的能量并使用更少的燃料。另一示例可以是启动差速锁以辅助牵引和转向。这些各种操作模式将从操作员特定配置219中读取,并在工地112内操作员220的作业活动的操作过程中由作业机器200执行。
在作业机器200的该作业活动的操作期间,传感器134将以上述方式检测操作条件并收集作业机器200的性能度量。具体地,遍及作业机器200的传感器134将收集与机器的操作有关的数据,诸如关于速度、操纵和发动机诊断的信息。与操作生态模式相关,例如,在一些实现中,传感器134将检测与燃料消耗、操作员室212内的温度、发动机208的加速行为以及类似特性相关的数据。如上所述并且在本领域普通技术人员的知识范围内,作业机器200可以收集许多其它类型的远程信息处理数据。
在随后的步骤308中,作业机器200以上述方式经由网络124将至少操作员标识218、操作员特定配置219和作为性能度量的所感测数据(或远程信息处理数据)传送到控制系统120。在一些示例中,控制系统120和系统控制器存储所接收的信息并且可能评估性能异常的度量。在某些方面,可以基于针对特定用户、站点、组织或场景的定制规则来分析所接收的数据。如上所述,系统控制器122可以包括具有一个或多个处理器和一个或多个计算机可读介质的一个或多个服务器。计算机可读介质将计算机可执行指令存储为软件,该软件在被执行时使得一个或多个处理器执行与评估性能异常的度量有关的各种操作。
在接收到与操作员标识218相关联的远程信息处理数据之后或同时,系统控制器122分析该数据。在一些示例中,通过查找由操作员特定配置219通知的操作员220特定的性能度量来进行分析。虽然机器可以表现出该机器的机械、电气和/或液压问题特性,但是当产生性能度量时,操作员表现出的选择和行为也可以直接影响机器的功能。因此,虽然由系统控制器122接收的用于作业机器200的远程信息处理数据通常可以提供用于在机器级评估作业机器200以及机群的其他机器的基础,但是将性能度量关联到操作员标识218和操作员特定配置219提供了用于在操作员级分析度量的基础。
当机器由操作员220控制时,至少与操作员标识218相关联的性能度量的分析可以标识作业机器200的任何性能异常。出于本发明的目的,性能异常可以被定义为与由系统100监测、计算或以其他方式接收的历史的、预期的或期望的机器或工地性能(例如,生产率、效率、排放、交通拥塞或类似的相关性能)的无故障偏差。
在一个方面,鉴定为异常所需的偏差量由监控员、企业所有者或负责作业机器200的其它实体设定。该实体经由一个或多个电子装置128与由系统控制器122从作业机器200收集的数据交互。电子装置128之一可以称为监控计算机。监控计算机为监控员或企业所有者提供输入参数的接口,用于确定基线或基准,根据该基线或基准判断机器的操作员使用。例如,通过电子装置128,所有者可以指示操作员220不应该超过每单位时间或特定作业活动的特定燃料消耗量。系统控制器122然后可以分析操作员220个人的性能度量,键控到操作员标识218和操作员特定配置219,以确定操作员220是否符合由所有者设置的基线或基准。
在一些示例中,系统控制器122从分析中生成结果,其可以包括生产力分析、经济分析(例如,效率、燃料经济性、运营成本等)、循环时间分析、环境分析(例如,发动机排放、道路状况、现场状况等),或特定于作业机器200、工地112内的每一类机器(即,用于挖掘机102、装载机104、压实机105、拖运机106或平地机107)的其他分析、每个位于同一地点的机器和/或作为一个整体用于工地112。在一个方面,分析结果可以根据时间索引,例如,根据特定的工作班次,特定的24小时时间段,或另一个合适的参数(例如,时间段、燃料升数、成本等)。
在一些选项中,电子装置128将数据分析的结果呈现给所有者或其他实体,例如通过监控计算机,即电子装置128上的显示器。分析的结果可以是详细报告的形式,或者它们可以被概括为例如具有交互图的视觉表示。该结果可用于示出操作员220的历史性能、当前性能和/或预期性能。因此,如果需要,方法300使所有者或机群管理者能够由操作员(当从操作员220和与机群一起工作的其他操作员收集数据时)以及由机器查看性能和其他分析结果。可替换地或附加地,该结果可用于预测工地112处的操作进展,并估计在操作员220的生产率、效率或其他性能度量变得异常(即,超过或低于期望或预期限制)之前的时间。作为示例,分析的结果可以指示性能异常何时已经发生、当前正在发生,或预期将来会发生。在一些选项中,系统控制器122可以经由电子装置128在出现异常时或在分析阶段期间在首次检测到和/或预期异常时提供标志或通知所有者。
通过分析从作业机器200接收的各种类型的数据,可以标识特定于操作员对作业机器200的使用的实际或潜在的性能异常。在一些示例中,通过结合操作员标识218来评估所接收的远程信息处理来标识性能异常。这里,系统控制器122可以从所接收的远程信息处理来确定当操作员220在机器的控制下时操作员装置222正在性能的基线或基准之外操作。例如,系统控制器122可断定操作员220正在以与由系统控制器122根据需要标识的值不一致的速度、负载能力、持续时间或其它参数操作作业机器200,而不管操作员特定配置219内的特定机器设置。来自远程信息处理的该信息可指示操作员220正在以可导致作业机器200过早退化或损坏或对操作员220或工地112处的其他人员增加风险的方式控制作业机器200。
在其它情况下,可以通过仅分析操作员标识218和操作员特定配置219来标识性能异常。即,系统控制器122可评估操作员特定配置219,并标识由操作员220使用的机器设置的偏差超出适于作业机器200的基线或基准性能的那些偏差。例如,如果所有者或监控员期望操作员220将以生态模式操作作业机器200,但是所接收的用于操作员标识218的操作员特定配置219指示操作员220未以生态模式操作,则作业机器200和操作员220可被标记为性能异常。从作业机器200上的通信装置126接收的实际性能度量可能不需要达到这个结论。在其他情况下,可以通过一起评估所有操作员标识218、操作员特定配置219和从作业机器200接收的远程信息处理来标识与操作员220相关的实际或潜在性能异常。
如果系统控制器122的分析或通过电子装置128提供给所有者的报告指示操作员220的实际或潜在的性能异常,则可以采取校正动作。来自操作员特定数据的反馈可以向所有者或机群管理者提供对设备本身以外的机群的性能的更细微的观察。在一些示例中,所有者可以向操作员220传递改变行为的需要,或者可以启动指导以更好地教育操作员220操作作业机器200的优选方法。例如,具有关于诸如作业机器200的设备的操作的操作员特定数据,所有者可以与操作员220知识性地讨论在生态模式中操作作业机器200的益处,这可以帮助修改操作员220的未来行为。当跨机群应用时,仅针对那些表现出较差性能的操作员的指导可更有效地导致材料改变,诸如燃料消耗或机器故障的全机群减少。可以将指导推荐从系统控制器122推送到在操作员装置222上运行的应用,以供操作员220查看和使用。
附加地或可选地,系统控制器122可以为控制所有者机群中的设备的个人维护操作员档案的储存库。除了其它可能的数据中,操作员档案至少包括从作业机器200接收的操作员标识218和操作员特定配置219。如果所有者期望操作员220的校正动作,则系统控制器122经由电子装置128从所有者接收指示对操作员特定配置219的期望改变的输入,以克服性能异常。例如,从所接收的远程信息处理和/或从操作员特定配置219注意到操作员220正在消耗过量的燃料或以其他方式不在生态模式下操作,所有者可以向电子装置128提供输入以迫使操作员220改变用于作业机器200的配置。因此,系统控制器122产生修改的操作员特定配置219,其中操作员标识218的参数将包括设置机器以在生态模式下操作。更新或修改的操作员特定配置219将作为操作员220的操作员档案的一部分存储在控制系统120中。附加地或可替换地,在一些示例中,修改的操作员特定配置219被下载到在操作员装置222中运行的应用,并被存储在操作员装置222中以供将来使用。
返回到图3的方法300,在步骤310中,作业机器200且特别是通信装置126从控制系统120无线地接收作业机器200的操作员标识218和修改的操作员特定配置219。当操作员220下一次登录到作业机器200时,修改的操作员特定配置219被用作操作员220操作作业机器200的一组参数。该更新的数据可以以多种方式无线传输。在一些示例中,当操作员220接近作业机器200并使用在操作员装置222中运行的应用来建立对等连接224时,修改的操作员特定配置219将由机器控制器136安装,如以上针对图2所讨论的。在这种情况下,如果操作员装置222上的应用还没有修改的操作员特定配置219,则例如可以是蜂窝电话或平板电脑的操作员装置222可以通过其应用经由蜂窝数据连接、Wi-Fi或类似路径来访问操作员标识218和修改的操作员特定配置219。在操作员装置222提供接受的认证信息并且操作员标识218被登记为作业机器200的操作员之后,操作员装置222内的应用将把修改的操作员特定配置219与操作员标识218相关联地发送到通信装置126。修改的操作员标识218将被设置为覆盖操作员220的任何先前存储的配置,以确保操作员220遵守所有者的设置。因此,当操作员220接下来试图操作作业机器200时,作业机器200将装载有修改的操作员特定配置219。
在其他示例中,来自操作员220的更新的用户档案的操作员标识218和修改的操作员特定配置219将经由网络124从系统控制器122无线下载到作业机器200中的通信装置126。再次,修改的操作员特定配置219将被设置成覆盖与操作员标识218相关联的任何先前的参数和设置,并且作业机器200然后可以将与操作员标识218相关联的修改的操作员特定配置219存储在存储器中,以用于将来对操作员220的访问。
最后,在步骤312中,操作员220在执行作业活动时再次执行作业机器200的操作。此时,机器控制器136访问与操作员标识218相关联的作业机器200的设置并检索修改的操作员特定配置219。然后,机器控制器136产生用于控制作业机器200的操作的适当的电子信号,该作业机器200的操作与修改的操作员特定配置219一致。例如,通过根据修改的操作员特定配置219操作作业机器200,机器控制器136迫使操作员220根据修改的操作员特定配置219的设置而工作,这可包括要求作业机器200在生态模式内操作以节约燃料。
在一些示例中,作业机器200中的机器控制器136被配置为防止操作员220手动改变从控制系统120接收的由操作员特定配置219设置的操作模式。这样,作业机器200的监控员或所有者可以确保其对作业机器200的设置的管理保持完整。因此,一旦操作员220最初提供了作业机器200的配置,机器控制器136此后将不允许手动改变由从控制系统120接收的修改的操作员特定配置219影响的机器设置。其他设置仍然是可配置的。例如,如果所有者已经超越了生态模式的使用以要求其实现,则操作员220仍然能够例如通过控制接口216实现对机器设置的其他改变,以通过激活差速锁来影响转向和牵引能力。
此后,当由操作员220操作时,作业机器200将根据修改的操作员特定配置219被设置。当机器向前使用并且收集新的远程信息处理用于操作员标识218时,修改的操作员特定配置219可以再次被更新以符合所有者或机群管理者寻求的任何标准或期望。所有者或机群管理者可以在允许操作员220灵活地选择其它参数以定制机器的操作的同时,仅覆盖作业机器200的设置的子集来达成平衡。随着作业活动的进行,系统100内数据的这种灵活性和正在进行的感测、测量和反馈对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。
工业实用性
本发明提供了用于管理作业机器群内的作业机器的操作员设置的系统和方法。当机器执行作业活动时,工地内的控制系统收集操作员特定的配置、操作员的标识和性能度量。将性能度量或操作员特定配置与机群的基准或历史数据进行比较能够标识所选操作员的性能异常。结果,该系统和方法使得所有者或机群管理者能够在除机器级之外的操作员级评估机群性能。可通过基于从作业机器的先前操作收集的特定远程信息处理数据提供有针对性的指导推荐来改进操作员行为。同样,可以增加机群的效用,因为系统可以产生修改的操作员特定配置和覆盖机器设置,这导致性能异常,潜在地减少停机时间、修理成本和燃料消耗。
如上关于图1-3所述,用于作业机器200的示例性方法包括通过作业机器的电子控制器136接收与作业机器的操作员220相关联的操作员标识218;通过电子控制器接收用于作业机器的操作员特定配置219;使用操作员特定配置219的一个或多个机器设置执行操作;通过作业机器上的一个或多个传感器134检测与操作员220的性能相关的度量;以及通过网络连接从作业机器向控制系统120的一个或多个服务器传递至少操作员标识218、操作员特定配置219和度量。因此,作业机器200提供操作员特定设置和结果性能数据,其能够进行粒度分析和校正。
在本发明的示例中,控制系统120分析接收到的信息,并在电子装置128的用户接口上显示作业机器200的操作的性能度量和基线之间的差异。所有者或其他实体可以评估机群,标识由操作员而不是机器引起的异常,并在操作员级别上调节性能。特别地,所有者可以提供输入,该输入影响从初始的操作员特定配置到对应于操作员标识218的修改的操作员特定配置的改变,覆盖先前的机器设置以供操作员220后续使用。因此,操作员220的性能可以改变,潜在地提高作业机器200的效率并且可能提高机群的效率。
虽然已经参照上述实施例具体示出和描述了本发明的各方面,但是本领域的技术人员将理解,在不脱离所公开的精神和范围的情况下,可以通过对所公开的机器、系统和方法的修改来预期各种附加实施例。这些实施例应落入基于权利要求及其任何等同物所确定的本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种方法,包括:
由作业机器的电子控制器接收与作业机器的操作员相关联的操作员标识;
由所述电子控制器接收特定于所述操作员标识的所述作业机器的配置,所述配置包括用于所述作业机器的操作的一个或多个机器设置;
至少部分地基于从所述电子控制器提供给所述作业机器的部件的第一电子命令,使用所述配置的一个或多个机器设置来执行所述作业机器的操作;
通过所述作业机器上的一个或多个传感器检测与所述作业机器的性能相关的度量;
通过网络连接从所述作业机器向一个或多个服务器传递至少所述操作员标识、所述配置和所述度量;
无线地接收所述操作员标识和特定于所述操作员标识的所述作业机器的修改的配置,所述修改的配置至少部分地由于所述度量而不同于所述配置;以及
至少部分地基于从所述电子控制器提供给所述作业机器的部件的一个或多个第二电子命令,使用所述修改的配置的一个或多个修改的设置来执行所述作业机器的操作。
2.根据权利要求1所述的方法,进一步包括:
在所述作业机器和操作员装置之间建立无线连接;以及
通过所述无线连接进行无线地接收所述操作员标识和特定于所述操作员标识的所述作业机器的修改的配置。
3.根据权利要求2所述的方法,其中所述建立所述无线连接包括:
检测对等网络的作业机器的物理范围内的操作员装置;
认证所述操作员标识以访问使用所述作业机器的一个或多个特征;以及
根据所述修改的配置启用所述作业机器的操作。
4.根据权利要求1所述的方法,进一步包括:
在监控计算机的用户接口上显示所述作业机器的操作的所述度量与基线之间的差异;
在所述监控计算机处接收影响所述操作员标识从所述配置到所述修改的配置的改变的输入;以及
使所述操作员标识和所述修改的配置的传输用于所述操作员在所述作业机器上的后续使用。
5.根据权利要求4所述的方法,其中所述改变包括更新与存储在所述一个或多个服务器中的所述操作员标识相关联的操作员档案。
6.根据权利要求5所述的方法,其中所述作业机器是作业机器群中的一个,并且所述基线包括与所述作业机器群中的其它作业机器的过去性能有关的数据。
7.根据权利要求5所述的方法,其中所述传输包括将所述操作员标识和所述修改的配置从所述一个或多个服务器发送到操作员装置上的应用。
8.一种机器,包括:
发动机;
作业工具;
一个或多个传感器,其被配置为在作业活动的执行期间检测所述机器的性能特性;
电子控制器,其被配置为:
接收与所述机器的操作员相关联的操作员标识;
接收特定于所述操作员标识的机器的初始设置;
由所述机器使用所述初始设置引起所述作业活动的第一次执行;
使所述操作员标识、所述初始设置和所述性能特性通过网络连接被发送到一个或多个服务器;
接收特定于所述操作员标识的所述机器的修改的设置,所述修改的设置至少部分地由于由所述一个或多个传感器检测到的性能特性而不同于所述初始设置;以及
使用所述修改的设置引起所述作业活动的第二次执行。
9.根据权利要求8所述的机器,其中所述机器的所述电子控制器还被配置为:
在存储器中存储与所述操作员标识相关联的初始设置;以及
用修改的设置覆盖初始设置。
10.根据权利要求8所述的机器,其中所述修改的设置改变所述机器对于所述作业活动的第二次执行的性能特性。
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