JP2017188118A - 作業プロセスをデジタル的に支援するシステム - Google Patents

Abstract

【課題】作業計画の特定のデータを、実施の間及び／又は実施の前に、関連する機械へ伝達する。
【解決手段】さまざまなデータ及びデータタイプを受け取るデータベースと、データベースにアクセス可能であり、機械の構成、作業環境の説明、及び複数のステップを好ましくは含む作業計画をデータベースに格納する、作業プロセスを立案する手段と、データベースに格納された作業計画の個々のステップの最適化を実行するために、データベースの現存するデータを用いて分析を実行する、作業計画の分析のための手段と、データベースにアクセス可能であり、作業計画をシミュレートするためのデータを出力する、作業計画をシミュレートする手段と、データベースにアクセス可能であり、作業計画の特定のデータを、データベースから関連する機械へ作業計画の実際の実施の間及び／又はその前に伝達する、機械のナビゲーション支援及び制御支援のための手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業プロセスをデジタル的に支援するシステムに、その実行のための対応する方法と同様に、関係する。このシステムは、クレーン及び建設機械類を支援する。機械は、好ましくは建設機械又はクレーンであり、特に好ましくは、クローラーが装備されたクレーン、油圧式ケーブル掘削機、杭打ち機又は掘削装置、オフショアクレーン、船舶のクレーン、及び／又は港湾の移動式クレーンである。

より大きなプロジェクトにおける作業プロセスは、従来から複雑な立案プロセスの対象である。まず、作業プロセスが行われる予定の地形をマッピングする地理参照３Ｄ地形モデル（georeferenziertes 3D-Gelaendemodell）が作成される。この情報から始めて、作業計画が作成されて、相手方及び他の仕事の従業員に渡される。彼らは、渡された書類に基づいて自分たちの計画を立てる。

この手順には、変更が計画者に確実に渡されず、それから生じる変更が取り上げられて作業計画に入れられることが必ずしも行われない、という問題がある。

従来技術において典型的な手順によって、変更は容易に失われ得る。よって、例えば、複数のクレーンを使用するつり上げ作業が紙の書類としてのみ存在し、全ての機械のオペレーターは口頭の指示を受けるというようなことがあり得る。つり上げ作業中、オペレーターは、個々のクレーンのそれぞれに必要な運転動作について個々に口頭で指示を受ける。オペレーターは、背後にある作業計画を詳しく知ることなしに、個々の指示を実行するのみである。他の仕事から生じる部分作業計画が互いに理想的に調整されないということも、生じ得る。

クレーンの例で分かるように、条件の不正確な仮定があると、つり上げ作業の立案、特にペイロード、質量、重心、又は幾何学的な寸法の立案を再び行う必要がある。加えて、プロセスにはつながりのある書類がなく、過去を振り返って弱点の分析をすることも不可能である。

本発明は、立案の手段からシミュレーションの手段へ、又はナビゲーション支援及び制御支援の手段へ、媒体を破壊することなく、作業計画の直接的な移行を可能にするという点において、従来技術から生じる不利な点を克服する。従来技術の不利な点は本発明によって克服される。作業計画がその作成者のために固定されるように、又は作業計画が協力モードで両側から一緒に編集されるように、他の計画者に作業計画を渡すことが可能である。作業計画は、その最終編集の後、機械の個々のオペレーター及び／又は作業プロセスのコーディネーターに伝達される。

請求項１による、作業プロセスをデジタル的に支援するシステムは、さまざまなデータ及びデータタイプを受け取るデータベースと、前記データベースにアクセス可能であり、機械の構成（フック又は特殊な地下の工学工具のような工具を含む）を、好ましくは含む作業計画を前記データベースに格納する、作業プロセスを立案する手段と、複数のステップとともにオプションとしての積荷を含む、作業環境の説明と、前記機械の、又は前記オペレーターの運転行動の、特に前記作業計画の最適化を実行するために、前記データベースの現在のデータを用いて分析を実行する、前記作業計画の分析のための手段とともに、前記データベースにアクセス可能であり、前記作業計画をシミュレートするためのデータを出力する、前記作業計画をシミュレートする手段と、前記データベースにアクセス可能であり、前記作業計画の特定のデータを、前記データベースから関連する機械へ前記作業計画の実際の実施の間及び／又は前記作業計画の実際の実施の前に、伝達する、機械のナビゲーション支援及び制御支援のための手段とを備える。

この点において、データベースは、データを格納及びポーリングするための、ローカルに又はクラウドに存在する格納場所である。それによって作業プロセスに関係している各関係者は、最新の作業計画にアクセスできる。作業プロセスが実施される地形が、データベースにデジタル的に提供されることに、特に対応している。

作業プロセスを立案する手段は、それぞれの機械（特定の構成の）、環境（地理参照３Ｄモデルに基づく）、及びオプションとしての積荷を、機械の個々の作業ステップとともに含む作業計画の作成をする。対応する構成の対応する機械が、典型的にサーチされ、又は、立案において、すなわち、つり上げ作業のような特定の仕事用の作業計画の作成において経験のあるユーザによって直接選択される。この点において、利用可能な機械がデータベースに格納される。

システムは、この点において、ユーザグループ（借主、貸主、スケジューラ、プランナー）に応じて、アクセス、インタフェース、及び機能に関するさまざまな要求がそれぞれのユーザグループのために用意されて、それぞれの情報が用途の目的及び種類に依存して送信され得るように、構成される。例えば、スケジューラが主に重視するのは、全ての機械及び車両群の全ての利用可能な構成により速くより簡単にアクセスすることであり、これに対してプランナーに重要なことは、作業ステップ又はつり上げのような全ての個々のステップのために、３Ｄ図の導入、及び軸受荷重、ペイロード、環境からの距離等のような適切なパラメータを提示する能力である。加えて、作業プロセスを立案する手段は、つり上げのような個々の作業ステップが複数の作業ステップに分割され得るように構成され得る。よってつり上げ作業は、クレーン構成、環境、積荷、及びそれぞれの作業ステップについての情報を含み得、後の、より詳細に記述されたシミュレーションがこれらのデータにアクセスできるように、データベースに格納され得る。１つの機械又は複数の機械の作業は、立案する手段を用いて立案される。

作業計画をシミュレートする手段は、データベースに格納された作業計画又は作業計画のステップを用いてシミュレーションが実行されるように、データベースにアクセス可能である。したがってシミュレートする手段は、データ、特に生成された作業計画を、シミュレータに転送するように、又は、シミュレーション環境自体を生成して、それを個々の作業ステップ又は作業計画全体をシミュレートするために出力するように構成される。この点において、シミュレータのオペレーター又はシミュレーションプロセスのトレーナーが作業計画（作業計画又は作業ステップ）の理想的ではない設計に自身の注意を喚起するように、かつ、それ自身の作業ステップ又は変更された構成を有し、データベースに格納される新たな最適化された手順が規定されるように、各作業ステップのために特定の命令がシミュレータに送られ得る。

理想的に立案されていない作業計画及び作業ステップは、実際の実行の前に既に認識され得、このやり方で非常に早い段階で最適化され得る。しかし、これの基礎は、シミュレーション手段及び立案手段の両方が、作業計画のデータが格納される共通のデータベースにアクセスするということである。地理参照３Ｄ地形モデルが同様に作業計画の基礎となっていれば、有利である。人手による変換における問題又は現在使用されている情報の更新における問題がここでは存在せず、共通のプラットフォームの使用が媒体を破壊することなく可能であるので、データの信頼性は特に高い。

システムは、データベースに格納された作業計画の最適化、又は修理及び／又はメンテナンスによる機械の最適化、又はシステムのオペレーターの行動が提案されるかどうかを決定するために、データベースの現存するデータを参照して分析を行う、受け取ったプロセスデータと比較して作業計画を分析する手段を、更に有する。

取得されたプロセスデータは、作業計画からの逸脱を認識するために、又は機械のパワーの低下の兆候を取得するために、好ましくは作業計画と比較され得る。

機械のオペレーター、作業計画、及び機械の質についての陳述が、プロセスデータの比較によって与えられ得る。システムは、これらの陳述に基づいて、特定の行動の勧告を提案し得る。

オペレーターが機械を理想的に操作していない場合には、オペレーターの運転の特定のやり方に最適化され、それぞれのオペレーターのシミュレーションの開始時に起動される訓練課題を、システムはデータベースに格納し得る。

もしパワーの低下が機械の不具合が原因であるなら、システムが対応する整備士に連絡を送るように、この状況がデータベースに格納され得る。

作業計画が理想的に立案されていない場合には、システムは作業計画の最適化のための特定の提案を作成する。プランナーは、作業プロセスの立案中又は既に立案された作業計画の改訂中に、最初に立案された作業ステップが維持されるべきか、又はシステムによって提案された最適化オプションが適用されるべきかを決定し得る。

作業プロセスは、エラーや予期しない事態の発生が少なくなるように、よって作業計画がより効率的により効果的に実行されるように、請求項１の特徴を有するシステムによってデジタル的に支援される。

請求項１によるシステムによると、全てのプロセス参加者が同じレベルの情報を有し、作業計画及び背後にあるデータは常に最新である。全ての情報は共通のデータベースによって同期している。データ交換は、媒体が破壊されることなく行われる。

システムの更なる手段は、作業計画の実際の実施において機械のナビゲーション及び制御支援のために働く。この点において、作業計画は、機械をナビゲートする際にオペレーターを支援する作業の前及び／又は作業の間に、機械にアップロードされる。

もし、例えば、地理参照３Ｄデータが作業計画に格納されていれば、行われるべき作業ステップの正確な位置が求められ、この点におけるナビゲーション支援がオペレーターに与えられる。クレーンの例では、これは、上部構造及び下部構造の旋回角、メインブーム及びラフィングブームのラフィング角、又は、フックの要求高さが、機械のオペレーターに対して表示されるということを、意味するであろう。オペレーターが作業計画の作業ステップの全体像をよりよくつかみ、作業ステップをよりよく処理することができるようにする更なる計画情報を、システムは更に表示し得る。つり上げられるべき積荷の重さ及び／又は積荷をつり上げるというこの目的のために理想的なフックのロープ掛けが、例えば表示される。

システムは、作業計画の実行時に機械のプロセスデータを受け取り、データベースにアクセス可能であり、機械のプロセスデータを受け取るように構成された手段を更に備える。

システムは、作業コーディネーターのための情報の出力のための手段を好ましくは更に備える。この作業の出力のための手段は、例えばタブレットであり得る。これは、データベースにアクセス可能であり、作業機械によって関係のある情報を提供し、計画データを現在のデータと比較することによって作業計画からのステップの逸脱を求めるように構成される。システムは、作業計画の実際の実施に使用される機械のプロセス／状態／制御パラメータにアクセスし、それらをデータベースに格納された作業計画と比較するように構成される。システムは、機械の作業プロセスを通して機械オペレーターをナビゲートし、更なる情報を機械オペレーターに対して表示するために、更に使用され得る。

情報の出力のための手段は、典型的にはモバイルデバイスとして設計され、機械から又はデータベースからの関連する情報を、通信モジュール（例えば無線ＬＡＮ／ＧＳＭ）を経由して送信する。この点において、コーディネーターが逸脱を早期に認識し、対応する対策を提供できるように、作業計画は現在のデータと比較され得る。タンデムストローク／マルチプルストロークが、この点において例として名付けられ得る。それにおいては、情報の出力のための手段によって提供される情報を使用しながら、コーディネーターの作業が決定的に簡単になる。機械のセットアップ、作業、及びメンテナンスについての情報がこの手段を経由して提供されるということが、更に考えられる。

本発明の更なる発展によると、情報の生成のために使用されるデータベースにおける相違を避けるために、システムは、共通のデータベースに基づいてそれぞれの手段のための全ての情報を生成し、ここから生成された全ての情報を共通のデータベースに入力するように構成される。

作業計画は、計画された作業プロセスの完了に全体として貢献する、一連の複数の作業ステップを備える。この点において、それぞれの作業ステップを実行するのに適した複数の機械が、１つの作業計画に割り当てられ得る。

本発明の更なる修正によると、作業ステップは、作業プロセスの地形における作業ステップを実行する位置、及び／又は、特に軸受荷重、ペイロード、環境からの距離をパラメータとして含む、そのステップに関係する更なるパラメータを更に備える。

作業計画をシミュレートする手段は、シミュレータの助けを借りて、作業計画に提供された作業ステップをシミュレートし、最適化するために、機械をシミュレートするシミュレータに、好ましくは関係する。この点において、シミュレーションにおいて発生した問題を認識し、それに応じて作業計画を適応させることは、有利なことである。それぞれの構成において作業計画を実行するために提供される機械をシミュレータがシミュレートする場合には、有利である。シミュレータは、この点において、その作業ステップに適した機械をシミュレートし得るし、シミュレートされる機械と同じ制御を同じ操作ユニット（ジョイスティック、キーボード、モニタのような）とともに有する。オペレーターとの相互作用を通して、オペレーターは既にシミュレーションにおいて前もって重要な作業への準備ができており、立案手段によって好ましくは導入されるべき改善を、オペレーターの経験を通して作業計画に入れることができる。

ナビゲーション及び制御支援のための手段の情報は、オペレーターのキャビン内のディスプレイユニットによって、デバイスオペレーターに直接供給される。これは、実際の環境が付加的な情報とともにディスプレイユニットに表示される「ＡＲ（augmented reality）」表現によって、好ましくはなされ得る。

これに関連して、機械のプロセスデータを受信する手段が、機械の実際の使用時のパラメータを検出し、それらを、機械によって作業計画の作業ステップを実行中に、データベースに格納するように構成されていれば、有利である。これにより、建設計画のステップの所望の値と実際の値との間で分析をすることが可能になる。

本発明の更なる発展によると、分析のための手段は、作業計画の将来の作業ステップの最適化を、データベースの現存するデータを用いてより効率的に設計するように構成される。

本発明の個々の実施形態は、図面の助けを借りて以下に詳細に見られるであろう。
図１は、作業プロセスのデジタル的支援のための本発明によるシステムの機能の概要である。 図２は、本発明の特定の作業シナリオをより詳細に説明する図である。

図１は、本システムをその複数の手段とともに示す。作業プロセスを立案する第１手段１が認められる。よって、作業プロセスが行われる予定の地形のデジタル測量データを格納するために、ドローンの助けを借りて地理参照３Ｄ地形モデルにデータを入力することが可能である。これらのデジタルデータは、作業プロセスの立案のための基礎となる。

立案が完了した後、シミュレーション手段２の助けを借りて、作業計画が実行され得る。この点で、環境の３次元モデル及びシミュレートされるべき作業ステップは、機械の位置及び角度、ペイロード、軸受荷重等のような関連するパラメータを含めて、シミュレーション手段２に立案手段１によって渡される。これは、データベースにデータを格納することによって行われる。

手段３は、作業プロセスの実際の実施において、機械のナビゲーション及び制御支援を行う。この点で、シミュレーションにおいて好ましくは既にシミュレートされている作業計画が、よって実際に実行される。機械のオペレーターを支援するために、手段３は、オペレーターに対して表示される支援データ、特に運転アシスタンスデータを有する。例えば、機械の次の作業ステップが行われるべき位置、又は次にどの制御機能が行われるべきであるかが、よって機械のオペレーターに対して表示され得る。制御されるべき機械の方向、次の作業ステップの情報、及び／又は更なる役に立つ情報も、表示され得る。

これは例えば、作業計画において次の作業ステップを実行するためにメインブームがどのラフィング角を採用する必要があるかが、機械のオペレーターに対して表示されるということを、非常に具体的に言えば、意味し得る。制御支援情報は、本来、クレーン又はメインブームの回転には限定されないが、機械の全ての関連する制御行動を含み得る。

機械に供給されるナビゲーション支援及び制御支援についての情報を得るために、実質的に同じデータがシミュレーション手段２に渡される。関連するシミュレータによるシミュレーションの代わりに、作業計画の作業ステップの実際の実施が、オペレーター又はオペレーターによって操作される機械によって、対照的に行われる。

機械の状態パラメータ及び制御パラメータを検出する手段４は、作業計画の作業ステップの実行に際しての機械の複数のプロセスデータを受け取るように構成される。

これは、先に紹介された機械としてのクレーンの例に関して、プロセスデータ検出のための手段４が、上部構造の旋回角、メインブーム及び／又はラフィングブームのラフィング角、フックの位置等のような、クレーンの全ての状態パラメータを、システムが前述の分析を行うことができるように分析手段６に伝達する、ということを意味するであろう。

この分析の実行後、それから引き出された結論が立案手段１に送られて、作業計画において誤って立案されたかもしれないステップを訂正する。

関係のある情報を提供し、計画データを現在のデータと比較することによって作業ステップの作業計画からの逸脱を識別できるようにする、情報の出力のための手段５が更に存在する。この手段は、タブレットによって実施され得る。したがって、作業計画の正しい実施をモニタするコーディネーターが、所望の状態からの起こり得る逸脱を直ちに認識し、緩和することが、特に簡単なやり方で可能である。

作業計画の完全な作成の後、それは立案手段によってプロトコルの形でエクスポートされ得る。

シミュレーションの、又はステップの実行の後に行われる分析の結果は、データベースに、又は作業計画の個々の作業ステップに、再び入力され得る。機械の構成がこの点において最適化され得、又は、理想的な距離、理想的なペイロード容量、及び／又は理想的な軸受荷重が実現され得る。立案がオペレーターに１対１に届くこと、計画がシミュレートされ得ること、及び、可視化によって作業計画における調整が関係する全ての人に提供され得ることは、有利なことである。

従来技術から知られている不利な点は、作業プロセスのデジタル支援のための本発明によるシステムの助けを借りて克服されるということが、当業者には明らかである。

使用例
本発明を説明するための例示的なシナリオが、図２を参照して以下に示される。

クラウド又はデータベースが、中央のデータ記憶装置及びさまざまな手段の間の交換点として使用される。それは、データ分配及びデータ更新、又は、データ及びプロジェクトのアクセス及び交換を取りまとめる。プロジェクトは、さまざまな相手の間で交換され得る（シーケンシャルに、すなわち、プロジェクトにおいて同時に作業をする間、次々に又は協力して行うプロジェクトの利用）。

潜在的なクライアントは、プラニングツール（立案する手段、図面では「クレーンプランナー」と呼ばれる）のあるバージョンで作業を行い、この点において、例えば、そのつり上げタスク（４０ｔを３５ｍの高さに１６ｍの半径で）を定義する。それは、プロジェクトをデータベースに格納し、潜在的なクライアントＢに公開する。Ｂは、プロジェクトを開き、立案又はプロジェクトを詳細に入力する。Ｂは更に、アニメーション及び第１プロジェクトをＡのために作成する。借主Ａは、納得し、つり上げ契約を貸主Ｂに認める。

Ｂは、自分自身を守ること、及び、プロジェクトについて外部のエンジニアリングオフィスＣと再び議論することをしたい。Ｂは、「協調プロジェクトモード」を開始し、参加するようにＣを招待する。よって、Ｂ及びＣの両方が、プロジェクト及び全ての変更を同時に見る。両者はプロジェクトに変更を加えることができる。もしＢが複雑なつり上げタスクのために自身の機械オペレーターを用意したいなら、改訂されたプロジェクトがこの目的のために次に最も近いシミュレータに送られる。

よって、オペレーターが、立案されたプロジェクトをテストし、その立案に同意できないということに気付くということが可能である。オペレーターの望む変更は、そこで好ましくは、貸主Ｂによってプロジェクトに織り込まれる。

貸主Ｂは、タブレット又は他のモバイルデバイスの助けを借りて、プロジェクトをオペレーター及び残りの参加者に、工事現場において直接提示する。機械が作業のために送り出されるとすぐに、プロジェクトは機械に転送される。オペレーターは機械を始動し、自身が実行しなければならない作業ステップリスト（建設／組み立てを含む）を受け取る。

４０ｔの重さの物体のつり上げが計画に定められている。オペレーターは、工事現場において積荷を引き上げながら、それが４２ｔの重さであることに気付く。本発明を使用することによって、オペレーターがプランナーと相談することが可能である。プランナーは、積荷の物体の質量を４２ｔに更新し、この適応の依存性を調査する。プランナーは、更新されたプロジェクトを機械に再び送信する。機械は、「所望の」４２ｔ及び「実際の」４２ｔをオペレーターに対して表示する。これによって、更なるつり上げが問題なく行われることが確実になる。

その後、つり上げを分析することが可能である。この点において、オペレーターが計画に従わず、例えば、積荷のつり上げがぎくしゃくし過ぎである、振動する動き…という作業上の問題を有していたことが、認識され得る。作業上の問題に適応した訓練を提示し、オペレーターをシミュレータに再び送ることが可能である。

Claims (12)

1. さまざまなデータ及びデータタイプを受け取るデータベースと、
   前記データベースにアクセス可能であり、機械の構成、作業環境の説明、及び複数のステップを好ましくは含む作業計画を前記データベースに格納する、作業プロセスを立案する手段と、
   前記データベースに格納された前記作業計画の、特に前記作業計画の個々のステップの最適化を実行するために、前記データベースの現存するデータを用いて分析を実行する、前記作業計画の分析のための手段と、
   前記データベースにアクセス可能であり、前記作業計画をシミュレートするためのデータを出力する、前記作業計画をシミュレートする手段と、
   前記データベースにアクセス可能であり、前記作業計画の特定のデータを、前記データベースから関連する機械へ前記作業計画の実際の実施の間及び／又は前記作業計画の実際の実施の前に、伝達する、機械のナビゲーション支援及び制御支援のための手段と、
   を備える、作業プロセスをデジタル的に支援するシステム。
2. 前記機械のナビゲーション支援及び制御支援のための手段は、更に、前記機械の作業プロセスを通して機械オペレーターをナビゲートし、更なる情報を前記機械オペレーターに対して表示するために、前記作業計画の実際の実施に使用される機械のプロセス／状態／制御パラメータを受け入れ、前記データベースに格納された前記作業計画と比較する、
   請求項１のシステム。
3. 前記データベースにアクセス可能であり、前記作業プロセスに関する、又は前記作業計画を実施するために使用される機械に関する適切な情報を提供し、立案データを現在のデータと比較することによって、前記作業計画からの逸脱を再現する、情報の出力のための手段を更に備える、
   請求項１又は２のシステム。
4. 前記システムは、前記関連する手段に提供されるデータベースにおけるずれを避けるために、共通のデータベースに基づいて、前記関連する手段のための全ての情報を生成するように構成される、
   請求項１〜３のいずれか１項のシステム。
5. 前記作業計画は、前記ステップを実行するのに適する機械のための一連の複数のステップを含む、
   請求項１〜４のいずれか１項のシステム。
6. 前記プロセス計画は、前記作業計画の地形においてステップを実行するための機械の位置、及び／又は前記機械の更なる、前記ステップに関連するパラメータを含み、前記ステップに関連するパラメータは、好ましくは、軸受荷重、ペイロード、環境からの距離をパラメータとして特に含むつり上げ作業である、
   請求項１〜５のいずれか１項のシステム。
7. 前記作業計画をシミュレートする手段は、シミュレータの助けを借りて前記作業計画において提供されるステップを実行するために、前記作業プロセスを通して作業するために使用される機械をシミュレートする前記シミュレータに、接続可能であり又は接続されており、前記シミュレーションにおいて生じる問題は、前記作業計画において実行される前記ステップの適応の結果を好ましくは有する、
   請求項１〜６のいずれか１項のシステム。
8. 前記ナビゲーション支援及び制御支援のための手段は、前記作業計画の実際の実施の間に前記作業計画の個々のステップを関連する機械に伝達し、好ましくは前記関連する機械の正確な位置又は移動経路、前記機械によって実行されるべき正確な動作、及び／又は前記機械のオペレーターに提供されるステップについての更なる情報を有する、
   請求項１〜７のいずれか１項のシステム。
9. 前記プロセス計画を実施するために使用される機械は、クローラーが装備されたクレーン、油圧式ケーブル掘削機、杭打ち機又は掘削装置、オフショアクレーン、船舶のクレーン、及び／又は港湾の移動式クレーンである
   請求項１〜８のいずれか１項のシステム。
10. 前記機械のパワーの低下の兆候が認識される場合には、前記システムは、好ましくは前記機械の修理につながり得るエラーメッセージ、又は前記オペレーターによる前記機械の不適切な使用の表示を出力する、
    請求項１〜９のいずれか１項のシステム。
11. 前記分析のための手段は、前記データベースの前記現存するデータを用いて作業計画のステップの最適化を実行し、機械位置、機械の動き、前記機械の移動速度、及び／又は前記機械の構成を、好ましくは前記データベースに格納されている最適化されたステップを用いて最適化する、
    請求項１〜１０のいずれか１項のシステム。
12. 前記データベースはクラウドベースのデータベースである、
    請求項１〜１１のいずれか１項のシステム。