SE0900666L - System för att bedöma produktiviteten av en arbetsmaskin och dess användare - Google Patents

Abstract

System och förfarande för att bedöma produktiviteten aven arbetsmaskin och dess användare i en real ellervirtuell användningsmiljö, vilken arbetsmaskin kan styrasmed hjälp av ett styrsystem för att utföra arbete, och ivilket bestäms arbetssteg som är förknippade med detav arbetsmaskinen utförda arbetet med kontinuerligamätningar, som riktas till arbetsmaskinen när den styrsav användaren, och insamlas parametrar angåendeutförandet av sagda bestämda arbetssteg på basis avsagda kontinuerliga mätningar för att bedöma utförandetav arbetet och förjämförelse. (Fig. 3)

Description

1 SYSTEM FÖR' ATT BEDÖMA_ PRODUKTIVITETEN AV ENARBETSIVIASKIN OCH DESS ANVANDARE UPPFINNINGENS TEKNISKA FÄLT Uppfinningen avser ett förfarande och ett system för att bedömaproduktiviteten av en arbetsmaskin och dess användare. Uppfinningenavser ytterligare ett datorprogram förknippat med förfarandet och endatorprogramvara.

UPPFINNINGENS BAKGRUND Som arbetsmaskiner används bl.a. Skogsmaskiner. Det är känt att olikaskördare, lastmaskiner och kombinationer av dessa, också kallade förcombi-maskiner, är skogsmaskiner. l denna beskrivning syftas till dehär combi-maskinerna också när det talas om skördare, om den grans-kande funktionen är likartad som i en skördare. Det är känt att styrsy-stem har använts för styrning av skogsmaskiner. Ett styrsystem enligtden kända tekniken är Timbermatic 300, vilket är ett styrsystem förskogsmaskinens och särskilt skördaraggregatets funktioner och förmätning samt aptering av_virke. Styrsystemet kontrollerar bl.a. skogs-maskinens dieselmotor, hydrostatiska drivkraftöverföring, skördarag-gregat och bomsystem, på vilket skördarens grip är fäst, samt alla meddessa sammanhängande hjälpfunktioner. Sagda styrsystem fungerart.ex. i en PC/Windows 2000-användningsmiljö. T.ex. värde-, fördel-nings- och färgmarkeringsmatriser, artikelgrupper och stamtyper kaninkluderas i styrsystemets apteringsinstruktioner för virket som skallbehandlas. Med en tillämpning i Timbermatic 300 -systemet kan pro-duktionens resultat analyseras och kalkyleras, t.ex. antalet stockar,längder och diametrar, fördelningsgrader, artikelgrupper och stamtyper.Ett motsvarande styrsystem för skotare är Timbermatic 700, vilketkontrollerar bl.a. tidsanvändning, positionsbestämning och enlastningsvåg. Ett motsvarande styrsystem finns även för balpressma-skiner för avverkningsavfall. Styrsystemets skärm och centralenhet ärplacerade inom förarens räckhåll i förarhytten. Vanligtvis omfattarsystemet även en printer. 2 Angående styrbussen är styrsystemets styr- och mätautomatik base-rade på en CAN-busslösning enligt den kända tekniken, där informa-tion överförs i digital form. Mätningar och meddelanden rör sig i styr-bussen på ett i för sig känt sätt. Utifrån informationerna kan mätning-arna förknippade med längder och funktionshastigheter av behandling-ens olika steg uppföljas. Från meddelandena och mätningarna erhållsinformation om funktionstider och tidsförställning av komponenter somär ansvariga för olika funktioner. Komponenterna kan t.ex. varaavsedda för bomsystemets funktioner eller för funktioner av skördarag-gregatet kopplat på bomsystemet, vilka funktioner är t.ex. matning,diametermätning, längdmätning, sågning och avkvistning. Ett stortantal mätvärden är förknippade med behandling av en enda trädstam,vilka mätvärden kan lagras i en databas som vidare omfattar en indel-ning t.ex. enligt stammarnas och stockarnas storleksklasser. Genommätvärdena är stammens storleksklass känd.

Minskad teknisk prestanda av lastmaskinen, skördaren eller skördar-aggregatet i både det hela systemet och i dess delsystem och delfunk-tioner försämrar drivningsarbetets lönsamhet. Det har varit svårt attupptäcka långvarig minskning av prestandan, eftersom upptäckten harvarit baserad på t.ex. användarens eller service- och reparationsperso-nalens subjektiva uppskattningar och erfarenheter, vilka kan vara bådetidsmässigt begränsade och gälla bara några Skogsmaskiner. Det harockså inte varit möjligt att pålitligt uppskatta påverkan av reparations-eller ändringsarbeten eller av förändringar i handlingssätten. l dokumentet WO 2006/128786 A1 presenteras ett förfarande och ettsystem för att övervaka funktion av skogsmaskinens något delsystemeller för att övervaka prestanda av någon, en eller flera, funktion.Härvid handlar det om att mäta skick eller prestandakarakteristik avskogsmaskinens ett eller flera delsystem och att visa resultatet föranvändaren. Varje mätuppgift innehåller från fall till fall filtrering avstördata och bearbetning av data till en pålitlig parameter som kananvändas vid underhåll och optimering av maskinens prestanda.

Bedömningen av skogsmaskinens tekniska prestanda är inte entydigt,när användaren deltar i arbetsmaskinens, särskilt skogmaskinens, 3 styrning och arbetsstegens realisation. Systemets funktion är beroendepå av både den tekniska prestandan av skogsmaskinens delsystemoch användarens, dvs. skogsmaskinförarens, kunskaper om arbetsma-skinens användning i varierande förhållanden. Styrorder från förarenoch förarens handlingssätt bestämmer funktionen av det hela syste-met.

För arbetsmaskinens övervakningssystem för skick och produktivitet ärdet viktigt att övervaka och lagra tidslängden av varje arbetssteggenom att använda flera prov under en läng tid och sedan enligt över-vakningen uppge förändringar som sker under en lång tid. Typiskt äranalyseringen av arbetsmaskinens funktion och skick baserad påstatistiska data som samlas under en lång tid.

Det är därför nödvändigt att övervaka arbetsmaskinens arbetssteg irealtid genom att använda styrorder från föraren, vilka styrorder kan viaanvändargränssnittet registreras som styrsignaler eller -meddelanden,samt genom att använda meddelanden från maskinen. Orderna,meddelandena och signalerna förmedlas i en styrbuss, vars trafik kanövervakas i realtid.

Identifiering av arbetsmaskinens arbetssteg utifrån t.ex. styrbussenstrafik är ändå en komplicerad uppgift. För arbetsstegens identifieringanvänds matematiska metoder (HMM-metod), av vilka en är presente-rad i publiceringen "Work cycle recognition in human operated machineusing Hidden Markov Models”; Palmroth L. Putkonen A.; The 8th Inter-national Conference on Motion and Vibration Control (MOVlC2006);KAIST, Daejeon, Korea; August 27-30, 2006; s. 459-464.

Arbetsstegens automatiska och kontinuerliga identifiering har mångafördelar som sammanhänger med övervakningen av arbetsmaskinensskick och produktivitet. I förfarandet övervakas längden av varje - arbetssteg och arbetsstegens ömsesidiga tidsmässiga fördelning som en del av en större arbetsstegsenhet, eller arbetsmaskinens tillstånd,t.ex. avlastning eller lastning av skotarens last, och det förs statistiköver dessa. När arbetsstegens tidslängd och deras ömsesidigatidsmässiga fördelning uppvisas för föraren via arbetsmaskinens 4 användargränssnitt får föraren omedelbart feedback om maskinensskick och sin egen handling. Feedbacken är särkilt nyttig när dataförknippade med historian av ett eller flera arbetssteg uppvisas, t.ex.trendinformationer, eller användarens prestation jämförs t.ex. med ettreferensvärde eller med prestation av en erfaren förare. T.ex. referens-värdet erhålls genom att granska andra användare och genom attsamla historieinformationer om arbetstegen.

UPPFINNINGENS SAMMANFATTNING Det uppfinnlngsenliga förfarandet presenteras i patentkrav1. Detuppfinningsenliga systemet presenteras i patentkrav 18. Det uppfin~ningsenliga datorprogrammet presenteras i patentkrav 14. Den uppfin-ningsenliga datorprogramvaran presenteras i patentkrav 16.

Med hjälp av systemet är det möjligt att övervaka arbetsmaskinernas,t.ex. skogsmaskinernas, tekniska prestanda och att utföra en långsiktigtrenduppföljning, dvs. övervaka variationen under tiden. Uppföljningensker genom att lagra tillräckligt med historieinformationer, eller genomatt uppvisa variationen grafiskt eller som numerisk information, ellergenom att ta historieinformationerna för analysen. Med hjälp av uppfin-ningen är det möjligt att på ett åskådligt sätt jämföra data förknippademed funktionens utförande och mätt i arbetsmaskinens olika använd-ningsförhållanden, och prestandadata, eftersom informationer somskall bestämmas erhålls vid behov oberoende av varierande faktorer.Informationen utnyttjas i övervakningssystemet för arbetsmaskinensskick och informationens åskådlighet, täckning och utförlighet erbjuderen utmärkt bas även för expertbaserade uppskattningar om frågan omt.ex. skogsmaskinens prestanda samt t.ex. produktiviteten av arbets-maskinen och dess användare, var möjliga problem kunde vara ochvad borde göras för att förbättra prestandan.

Den särskilda fördelen är att förverkligandet av uppfinningens olikautföringsformer inte kräver nya givare eller beräkningsmoduler i maski-nen, om det inte önskas. När antalet givare ökas kan också sådanaobjekt övervakas som normalt inte tillhör till övervakningen av arbets- maskinens eget styrsystem, men som kan vara av betydelse ur skick-kontrollens eller produktivitetens synvinkel.

En viktig egenskap hos den grafiska framställningen enligt uppfinning-ens olika utföringsformer är åskådligheten för användaren. Informatio-nernas grafiska framställning kan förverkligas på olika sätt.

T.ex. skogsmaskinens förare styr arbetsmaskinen genom att användatvå styrspakar. Varje användare har sin egen stil för att utföra olikaarbetssteg, varvid det också syftas på olika arbetssätt. Varje arbetssätthar sina nack- och fördelar, varvid fördelen av ett arbetssätt kan t.ex.vara en ökad produktivitet och nackdelen t.ex. en ökad bränsleförbruk-ning. Dessutom påverkar operationsförhällandena på arbetsstegensutföring. Det är dock möjligt att hitta ett förhållande mellan parametrarsom mätts under arbetet, t.ex. styrsignaler och -order, och produktivi-teten i olika förhållanden. Vid en skogsmaskin är de påverkandeförhållandena t.ex. träslag som skall behandlas, arbetsmålstyp som ärt.ex. gallring eller slutavverkning. Med hjälp av ett förfarande och ettsystem, vilka utnyttjar förhållandet, är det möjligt att ge feedback ochinstruktioner till användaren för att uppnå bättre produktivitet. T.ex. iskogsmaskiner kan träkubikmeter (m3/h) producerad i en bestämd tidanvändas som produktivitetsmätare. Som produktivitetsparameter kanockså andra, särskilt med tidsanvändningen sammanhängande para-metrar användas, men också antalet bearbetade eller behandlade trädeller parametrar som baserar sig på vikten.

Förändringarna i produktiviteten orsakade av olika arbetsförhållandenkan modelleras genom att använda variabler som beskriver använd-ningsförhållandena och användarens handling vid varierande arbets-uppgifter. Produktiviteten kan också modelleras med matematiskametoder och genom att utnyttja fuzzy-system, särskilt genom attanvända AN FIS-metoden (Adaptive-Network-Based Fuzzy lnterferenceSystem). l och för sig är modellen och dess tillämpning kända, mendess tillämpning särskilt vid bedömning av skogsmaskinernas produkti-vitet genom att använda data som erhålls från skogsmaskinen, är nytt.l modellen tillämpas särskilt tidslängden förknippad med olika arbets-steg och informationen om arbetsstegens framskridning. Modellen 6 undervisas och valideras genom att använda med arbetsstegen ocharbetsuppgifterna förknippade data som erhålls från flera användare.Data samlas i normala förhållandena under en lång tid. Med hjälp avförfarandet kan produktiviteten uppskattas. Ur en matematisk synvinkelär produktiviteten en funktion som beror på ett antal variabler som be-skriver användarens handling vid utförandet av olika uppgifter. Sagdafunktion beror också på parametrar som beskriver användningsförhål-landena. Omvänt kan sagda modell användas för att matematisktbestämma en nödvändig operation för att maximera produktiviteten.

En jämförelsepunkt kan också inkluderas i modellen, vilken jämförelse-punkt är t.ex. användarens kunnighetsnivå och produktivitet vid utfö-randet av motsvarande arbetsuppgifter. Jämförelsen kan alltså utförasmellan användaren och maskinens andra användare. Samtidigt kanockså med en närmare analysering med hjälp av matematiska metoderutredas, att vid vilka arbetssteg eller arbetsmetoder finns bästa möjlig-heter att utveckla användarens kunnigheter för att förbättra produktivi-teten. En med modellen sammanhängande gradientberäkning kanutreda, att med vilka mätningar förknippade parametrar erbjuder denbästa möjligheten att förbättra produktiviteten. Med gradientberäk-ningen hänvisas till variablernas estimat som beskriver användarenshandling och till estimatens differentialkalkyl. Då förutsätts att använd-ningsförhållandena håller sig konstanta. Utgående från beräkningenfår användaren en instruktion om att i vilka arbetsuppgiftskomponentereller vid vilka arbetssteg kan en förbättring och en ökning av produkti-viteten uppnås snabbt. Som basis för beräkningen används en modellsom beskriver produktiviteten, i vilken modell tidslängden förknippadmed olika arbetsstegens utförande och ytterligare användarens arbets-sätt eller närmare arbetsteknik, vilken användaren väljer för att utföraett eller flera arbetssteg, har iakttagits. En utredning av arbetsteknikeneller arbetssättet är en förutsättning för att jämförelsen kan göras,påverkan av något arbetssätt på produktiviteten kan bestämmas ochockså användaren kan instrueras vid användning av arbetssättet. l det följande skall särkilt skogsmaskinen och dess användare betrak-tas. Med hjälp av förfarandet är det möjligt att optimera funktionenmellan användaren och skogsmaskinen så att med hjälp av feed- 7 backen från systemet kan skogsmaskinens förare utveckla sig och lärasig utnyttja effektiva och högklassiga arbetssätten i sitt arbete och denlämpligaste arbetstekniken i olika arbetsförhållanden. Systemet kanassistera föraren vid planering av avverkningsarbete eller vid lastningav virke, vid planering av skogstransport och vid val av det effektivasteoch produktivaste arbetssättet i olika arbetsstegen enligt en optimallösningsmodell. Redan feedbacken om arbetsstegens tidslängdomedelbart i arbetsmålet ger föraren en möjlighet att följa sitt egetarbete och att göra jämförelsen. För en bra produktivitet omfattarlösningsmodellen, vilken systemet använder, den mest optimalamodellen för arbetstekniken med tanke på varje arbetsstation. Syste-met kan sätta målsättningar för varje förare, vilka målsättningarsammanhänger med utförandet av olika arbetssteg vid avverkningsar-betet eller vid lastningen av virket, och sagda målsättningsnivåbestäms enligt den individuella kunnighetsnivån av varje förare.

Med hjälp av systemet är det också möjligt att optimera maskinenstekniska prestanda genom att övervaka prestandan av maskinens olikadelfunktioner och genom att upptäcka nivåförändringar i dessa, genomatt lokalisera möjliga felsituationer, funktionsstörningar eller orsaker fören försämrad prestanda. Med hjälp av systemet är det möjligt att göraanalys och ge instruktioner eller att instruera med rätta metoder vidarbetsstegens utförande eller vid arbetssättets val. Denna informationkan ges åt föraren t.ex. som en jämförelse med statistiska gränser,t.ex. när det gäller ett arbetssteg eller en arbetsstegsenhet.

I ett utvecklat exempel av systemet beräknar systemet de mestoptimala bör- eller parametervärdena av en bestämd funktion förmaskinens bestämda användningssituation, vilka värden systemet kanockså förändra automatiskt. Alternativt kan föraren justera maskinin-ställningar genom att använda optimala börvärden som föreslås avmaskinen.

Med systemet uppnås flera betydande fördelar. Med systemet kanmaskinens och förarens förbättringspotential bestämmas, varvid föra-rens kunnighetsnivå betraktas, vilken nivå är påverkad av individuellamotoriska och kognitiva färdigheter, utbildning och erfarenhet, och 8 maskinens prestanda, inklusive prestandanivän karakteristisk för enbestämd maskinmodell, vilken prestandanivà är påverkad av dettekniska skicket av maskinens olika delsystem och maskininställningar,samt en gradvis upphöjning av bas- och avgängsnivån, med hjälp avvilket det reageras på förändringar i förarens eller maskinensfunktionstillstånd.

Systemet används också för mätning av olika produktivitetskompo-nenter och för bedömning av deras viktighet, varvid maskinenstekniska skick och med detta förknippade felsituationer och maskinpa-rameterinställningar och förarens kunnigheter att köra och hanteramaskinen iakttas: hastighet och smidighet av olika styrrörelser, varvidvid bedömningen beaktas maskininställningarnas lämplighet för varjeförare och på arbetsstationsnivån arbetstekniken som föraren använ-der.

Mätningarna av maskinens olika produktivitetskomponenter samman-hänger alltid med en bestämd funktionspunkt av maskinen, så syste-met måste vara kapabel att bestämma och identifiera entydigt maski-nens tillfälliga funktionspunkt eller funktionstillstånd. Härvid hjälper deovan presenterade matematiska metoderna, särskilt HMM- och ANFlS-metoderna.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande med hänvisning tillde bifogade ritningarna, i vilka: figurt visar en Skogsmaskin som är en skördare, i vilken uppfin-ningen tillämpas, figur2 visar ett skördaraggregat, vars prestanda uppföljs genomatt tillämpa uppfinningen, figur3 visar skördarens förarhytt och styrsystemets utrustningar placerade i förarhytten, figur 4 visar närmare utrustningarna enligt figur 3, figur 5 visar i en principiell vy enligt en utföringsform av skördarenstrukturen av ett digitalt styr- och mätsystem, i vilketuppfinningen tillämpas, figur 6 visar den närmare strukturen av styr- och mätsystemet en-ligt figur 5, figur 7 visar framställningen av historieinformationer om produktivi-teten, figur 8 visar framställningen av historieinformationer om bränsleför-brukningen, och figur 9 visar skördarens olika arbetssätt.

NÄRMARE BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Figur 1 visar en Skogsmaskin enligt den kända tekniken, vars typ är eni och för sig känd John Deere 1070D -skördare och i vilken det uppfin-ningsenliga systemet kan tillämpas. Skördaren har ledramsstyrning ochomfattar ett bomsystem, på vars ända ett skördaraggregat är fäst förbearbetning av trädstammar. I detta fall är skördarens styrsystem Tim-bermatic 300 som är ett PC-baserat mät- och styrsystem, i vilket deuppfinningsenliga tillämpningarna för prestandamätning konstrueras.Figur 2 visar närmare ett skördaraggregat enligt den kända tekniken,på vars kontrollering många utföringsformer av uppfinningen inriktas.Skördaraggregatetomfattar i och för sig kända övre kvistningsklingor21, nedre kvistningsklingor 210, matarrullar 23, en sägmotor 26, donför inmatning för en sågfläns 29 och för styrning av dess läge, och entiltfunktion 211. l skördaraggregatet utförs mätning av trädstammensdiameter, typiskt med hjälp av de övre kvistningsklingorna, och mätningav dess längd med hjälp av en mätrulle. l figurer 3 och 4 används motsvarande numrering för motsvarandedelar. Figur 3 visar närmare skördarens förarhytt så, att placering avstyrsystemets utrustningar visar sig närmare. Figur 4 åter visar när-mare vad sagda utrustningar omfattar. Styrsystemets utrustningaromfattar skärmpaneier 1, en skärmmodul 2, ett PC-tangentbord 3, entouchpad-mus 4, en centralenhet (HPC-CPU) med processor ochminne 5, en printer 6, en hub-modul 7 och en sitsmodul 8 (Ch). infor-mationerna och parametrarna som erhålls från det uppfinningsenligasystemet uppvisas grafiskt till föraren genom skärmmodulen. Struktu-ren av den grafiska framställningen kan variera, så det kan vara frågaom mycket olika framställningar, t.ex. diagram eller sträckor i en tvådi-mensionell koordinat och stapeldiagram eller andra åskàdliggörandeframställningar, t.o.m. en sifferframställning i tabellform eller en listningsom tillämpar sig särskilt på utdata.

Den för utförandet av uppfinningens olika utföringsformer erforderligatillämpningen och den i denna innehållna programvaran installeras istyrsystemets centralenhet som omfattar de nödvändiga RAM- ochmassminnena. lnstalleringen av tillämpningarna utförs antingen i en nyskogsmaskin eller som eftermontering i en äldre skogsmaskin, varvidöverföringsmediet för tillämpningarna är till exempel en CD-ROM-skiva.Till exempelskärmmodulen omfattar den nödvändiga CD-skivenheten.Styrsystemet utnyttjar ett i ochför sig känt operativsystem, under vilkettillämpningen körs.

Användningsmiljön (Execution Environment) kan vara olika dator medoperativsystem (Operating System), särskilt processorbaserade styrsy-stem för Skogsmaskiner, dvs. skördare, vilka är avsedda för körning avtillämpningar och programvaror som serverar styrsystemet, varvid ifråga kommer särskilt en i skogsmaskinen monterad personlig dator(PC, Persona/ Computer) eller en som sådan fungerande arbetsstationsom uppvisar ett ändamålsenligt operativsystem. Anordningen ochoperativsystemet omfattar de nödvändiga tillämpningarna och proto-kollmedlen för dataöverföring med andra anordningar. Operativsyste-met är företrädesvis ett färdigt system enligt den kända tekniken, vilketsystem erbjuder till och med färdig service för överföring av dataöverfö-ringens dataflöde t.ex. i en CAN-buss. Skogsmaskinens mät- och styr- 11 system omfattar en nödvändig styrdator, vilken utför ett datorprograminkluderat i det uppfinningsenliga förfarandet.

De samlade data kan också samlas och utnyttjas på andra håll separatfrån skogsmaskine-n, varvid särskilt datorsystem förknippade medutbildning kommer i fråga, vilka system har nödvändiga analyserings-program för databearbetning. Det kan också vara fråga om arbetsma-skinsimulatorer, i vilka förarens styrningar uppföljs och motsvarandeåtgärder utförs för databearbetningen och informationens framställning 'som i den verkliga arbetsmaskinen. Med hjälp av simulatorn är det möjligt att öva virtuellt t.ex. skördarens och skotarens användning ochdrivning. Också förarna med erfarenhet kan öva användning av nyamaskiner och nya drivningsmetoder. Med hjälp av simulatorn är detmöjligt att utföra kontinuerlig utbildning t.ex. för att öva rätta arbetssät-ten och för att förbättra produktiviteten. Styranordningar av den JohnDeere -simulatorn enligt den kända tekniken är likadana som i en riktigskördare eller skotare och det finns en bildskärm i stället för en vind-ruta. Simulatorn omfattar ett Timbermatic -styrsystem, vilket gerrapporter om övningen. Framsteg av varje användare kan uppföljasoch personer som utbildas kan jämföras med varandra. En feedback-rapport erhålls i realtid över simulatorarbetet med parametrar om föra-rens tidsanvändning, effektiviteten av lastarens användning och antaletträd som behandlats. Simulatorn erbjuder en virtuell användningsmiljööver den verkliga världen, i vilken användningsmiljö uppfinningen kantillämpas. l fråga om en Skogsmaskin eller en simulator får användaren viaanvändargränssnittet omedelbart informationer om t.ex. längder avarbetsstegen förknippade med t.ex. avlastning eller lastning av skota-rens last antingen enskild eller tillsammans, varvid föraren får omedel-bart feedback om sin handling. Systemet kan också ge ett jämförelse-eller referensvärde, vilket beskriver det statistiska värdet av den ifråga-varande föraren eller ett gemensamt värde av flera förare eller ettvärde för en optimal prestation bestämt med hjälp av en förare mederfarenhet. Med hjälp av ett separat datorprogram kan en mer detalje-rad analys utföras tillsammans med experter och feedback om förarens 12 handling kan ges till föraren. Då är det fråga om en kontinuerlig utbild-ningsprocess, i vilken systemet utnyttjas.

Figur 5 visar åter strukturen av det digitala styr- och måtsystemet för enskogsmaskin och särskilt för en skördare, vilken struktur är baserad påCAN-bussteknik (Controller Area Network) och på decentraliseradstyrning. Systemet består av självständiga intelligenta moduler somkommunicerar genom en CAN-buss. CAN-busstekniken möjliggör enmodulär struktur. Systemet är t.ex. Timbermatic 300, vilket har ettgrafiskt användargränssnitt. Systemet styr dieselmotorn, den hydrosta-tiska drivkraftöverföringen, bomsystemet och skördaraggregatet samtmed dessa sammanhängande hjälpfunktioner.

Systemet består typiskt av sex eller sju moduler som befinner sig iCAN-bussen och som är visade närmare i figur 6. Systemets moduleromfattar bl.a. en skärmmodul HPC-D, datorns centralenhet HPC-CPU(Harvester PC -Computer Processor Unit), en hub-modul (Hubmodule), till vilken de andra modulerna är direkt förbundna, medundantag av skärmen och skördaraggregatmodulen. Skördaraggre-gatmodulen HHM (Harvester Head Module) behandlar och förmedlaralla styrsignaler som går till skördaraggregatet och mätinformationersom kommer därifrån. Skördaraggregatmodulen HHM är kopplad direkttill centralenheten HPC-CPU. Till en sitsmodul Ch (Chair module) harkopplats manöverdon som behövs för att styra systemet. En bomsy-stemmodul Cr (Crain module) tar hand om styrning av bomsystemetsventiler. En kraftöverföringsmodul Tr (Transmission module) sörjer omstyrning av basmaskinens dieselmotor, drivkraftöverföring och de meddessa sammanhängande hjälpfunktionerna och kommunikation. Entilläggsmodul Mf (Multifunction module) är valfri och en ECU (EngineControl Unit) är motorns styrenhet som styr och kontrollerar motorfunk-tioner. Vid en lastmaskin är systemet mer begränsat vad gäller modu-ler, men t.ex. bomsystemets konstruktion är motsvarande när uppfin-ningen tillämpas också i lastmaskiner.

Basinformationer som mätts för uppfinningens olika utföringsformererhålls från en digital dataöverföringsbuss som förbinder skogsmaski-nens styrsystemmoduler, vilken dataöverföringsbuss är i skogsmaski- 13 ner vanligen en CAN-buss. Ett mätprogram väljer under normalarbetetde nödvändiga meddelandena från busstrafiken, tidsstämplar och buff-rar dem för fortsatt behandling.

Mätningarna och meddelandena i skogsmaskinens styrsystems styr-buss kan samlas och lagras i en databas och mätdata kan sorterasenligt varje stam och stock genom att använda volymstorleksklasser avde behandlade träden. Mätvärdena kan samlas enligt bestämda villkorsom mäter skogsmaskinens funktionstillstånd, och av mätdata kanbearbetas och ledas beräknade värden innan lagringen i databasen.T.ex. skördarens gripas prestanda- och effektivitetsmätningar baserarsig på mätningen av tidslängder och funktionshastigheter av behand-lingens olika steg. Ett stort antal mätvärden är förknippat med behand-lingen av en enskild trädstam och många mätningar beror starkt påvarandra. Särskilt vid mätning av skogsmaskinens prestanda, förknip-pad med både den tekniska prestandan och förarens kunnighetsnivånär det gäller utförandet av varje arbetssteg eller valet av arbetssätten,mäste mätvärdenas avhängighet av arbetsförhållandena och förarenskörsätt beaktas.

De matematiska modellerna konstruerade i systemet utreder arbets-stegen utifrån mätningarna. T.ex. i fråga om en skotare styr skotarensförare lastaren på olika sätt i olika situationer. T.ex. HMM-metodensindirekta mätningar om stokastiska processer baserar sig på använd-ning av lastarens styrningar. Styrningar av skotarens olika leder be-traktas i ett valt tidsfönster och de indirekta mätningarna om arbetetberäknas från informationen som rör sig i CAN-bussen, varvid bl.a.lastarens styrhastighet och styrningens riktning, lastarens öppet ellerstängt tillstånd, informationen som erhålls från lastvågen och körhas-tigheten beaktas. Observationerna beräknas med bestämda mellanti-der och från observationerna kan lastararbetets olika tillstånd beräknast.ex. med hjälp av HMM-metoden, vilka tillstånden är avbildade av olika arbetssteg.

Systemet utför mätningar för varje arbetssteg. När det är fråga om enskördare, blir hämtning av träd, avverkning och behandling uppföljt.När det är fråga om en skotare, blir lastning och avlastning uppföljt. 14 Vad gäller förarens handling, blir arbetsstegen och arbetssättetanvända av föraren uppföljt, vilket arbetssätt kan bestämmas för varjestam- eller stock genom att beakta mätstorheter som erhålls frånsystemet. Skördarens arbetssätt vid behandling av träd åskådliggörs ifigur 9. När det talas om arbetssätten betyder det t.ex. för skördaren attträdet behandlas och fälls samman i en stapel, varvid träden förflyttasunder en bom, varvid trädets fällningsriktning är åt sidan på sneddenoch trädet inte förflyttas över maskinens körstråk, eller trädet fällsframåt, varvid trädet inte förflyttas och stapeln bildas bredvid skörda-ren, eller trädet fälls och förflyttas över körstråket och läggas i en stapeli ett ställe som placerar sig bredvid maskinen, och stapeln riktar sig påsnedden relativt maskinen.

Informationen om varje maskins arbetssteg och tillstånd, särskilt närdet är fråga om en lastare, utreds genom att använda HMM-metodenoch en modell producerad av denna. Modellen producerar entillståndsinformation genom att mäta och uppfölja t.ex. styrspakarnasstyrsignaler. Med anknytning till arbetsstegen mätts arbetsstegslängderoch tillståndsövergångar mellan arbetsstegen, utifrån vilka förarenskunnighetsnivå, kontroll över maskinen, arbetets effektivitet ochsmidighet bedöms. Utifrån de samlade flerdimensionella mätdata ledsjämförbara parametrar, vilka mäter förarens kunnighetsnivå, med hjälpav den fuzzy-värderingsmetoden (ANFIS-metoden). l olika arbetsstegestimeras också rörelseriktning av lastningsrörelser utförda av föraren,förflyttningsväg och ledhastigheter från styrsignaler som mätts istyrspaken, med hjälp av vilket förarens arbetsteknik bestäms separatför trädets hämtningssteg, fällningssteg och behandlingssteg, somredan ovan har beskrivits. Förarens arbetsteknikssätt vid trädets hämt-ningsteg, fällningssteg och bearbetningssteg identifieras med hjälp avett fuzzy-slutledningssystem (jmf. ANFIS-metoden). Rättare sagt ärden fuzzy-logik-bedömningsmetoden för arbetstekniken baserad påmätningar av fällningsriktning och förflyttningsväg vid hämtningsstegeteller fällningssteget samt på mätningar av stapllngsriktning och stap-lingsväg vid behandlingssteget.

Med hjälp av systemet lagras mätinformation förknippad med varjearbetssteg och arbetssätt eller arbetsteknik i systemets databas i real- tid och kontextbunden samt arbetsstationsbunden och stambundenunder ett bestämt tidsintervall och till och med under maskinens helaanvändnlngshistoria. En sådan uppföljning och informationslagringmöjliggör en utvecklingsuppföljning av förarens kunnighetsnivå, feed-back i realtid om produktivitetens olika delfaktorer och förarens hand-ledning i arbetsmålet.

Vid bedömning av förarens förbättringspotential används statistisktbestämde jämförelsevärdena för produktiviteten och för tidslängden avolika arbetssteg. Prestandas och/eller produktivitetens avvikelse frånett jämförelsevärden motsvarande väntevärde kan särskiljas i orsakersom beror på olika delfaktorer som sammanhänger med maskinenstekniska funktionsskick eller förarens arbetsteknik. När det gällerproduktiviteten producerar systemet på basis av de mest relevantaprestandaavvikelserna ett åtgärds- och förbättringsförslag för föraren.Systemet omfattar eller producerar en lösningsmodell om den lämpli-gaste arbetstekniken i ett bestämt arbetssteg och i bestämda arbets-förhållandena. Feedbacken från systemet sammanhänger med föra-rens bestämda arbetsteknik eller kunnighetens delområde.

Närmare om mätningar i uppfinningens utföringsform, i vilket det ärfråga om ett bomsystem, är de basmätningarna som används för skör-daren styrsignaler av lastarens leder och användningstider stockvissamt kubbarnas diameterprofiler och längder. Också tryckmätningarnakan registreras om skogsmaskinen är försedd med en tryckmätning förskogsmaskinens bomsystems hydraulsystem. l lastmaskinanvändningmätts användningstider av bomsystemets leder i varje arbetssteg förträdstammens lastnlng och avlastning. Ytterligare registreras vikten avlasten, som skall lyftas, från lastvågen och vid behov hydraulsystemetstryck om skogsmaskinen är försedd med dessa givare. Lastvågenkopplas mellan bomsystemet och skördaraggregatet eller i lastmaski-nen mellan bomsystemet och lastgripen.

Värden förknippade med produktiviteten och bränsleförbrukningen kanuppvisas för föraren som trender eller historieinformationer, varvidhandling av en egen förare och maskinens prestanda kan bedömas.Som exempel är i figurer 7 och 8 ett indexerat värde som är förknippat 16 med totalproduktiviteten och bränsleförbrukningen. Vid matematiskbehandling av information och data kan metoder presenterade i publi-ceringen WO 2006/128786 A1 tillämpas, vilka metoder är förknippadesärskilt med bedömningen av arbetsmaskinens tekniska prestanda. Ettgeneralindex berättar en allmän nivå av verksamheten men t.ex. etttotalindex omfattar flera index av delsystemen. Genom att uppföljahistorieinformationen är det möjligt att dra slutsatser om påverkan avmaskinens någon funktion eller förarens handling på totalproduktivite-ten. Om historieinformationer visar stora förändringar, särkilt en minsk-ning av nivån, kan det t.ex. vara fråga om ett problem som har medmaskinens tekniska prestanda att göra, om förarens egen handling ärannars oförändrad och det har inte skett några avgörande förändringari förhållandena i olika arbetsstationer. l varje maskin är det möjligt attuppfölja utveckling av varje förare vid förbättring av produktiviteten såatt också totalindexet växer och rör sig t.ex. mot den eftersträvade refe-rensnivån. På grund av datas månsidighet och omfång kan utförandetav ett enskilt arbetssteg och en enskild arbetsstegenhet uppföljas, ochdärav kan upptäckas var det finns något att förbättra eller var denstörsta utvecklingen har hänt, också när det gäller arbetssätten.

Uppfinningen kan tillämpas på ett mycket mångsidigt sätt för attkontrollera skogmaskinens olika funktioner, varvid det erhålls informa-tion under en tillräcklig lång tid. Det presenterade systemet och förfa-randet är inte begränsade bara på skördaren utan de kan också införasi lastmaskiner. l lastmaskiner är det möjligt att också, t.ex. när detgäller bomsystemet, uppfölja skicket och funktionen av olika kompo-nenter samt bränsleekonomin. Data kan uppvisas till föraren på ettåskådligt sätt och användas för att stöda beslutsfattande.

Basis för skördarens produktivitetsmätningar och för bedömning avförarens arbete kan å ena sidan vara stammens hämtning och å andrasidan stammens behandling.

Vid stammens hämtning och avverkning utreds de följande arbetsste-gen: "- röjningstid, 17 - stammens hämtning genom att använda lastaren och/ellergenom att föra, - sträcka och tid förknippade med avverkning och förflyttning, - lastarens rörelseriktning, förflyttningssträcka och ledhastigheter iolika avverknings- och förflyttningssteg, - användning av samtidiga Iastleder arbetstegvis, och - inaktivitetstid.

Utifrån de utförda mätningarna bestäms tidsanvändningen i olikaarbetssteg, och denna används för produktivitetsbedömning, ytterligareutförs arbetsstegens tidsseriemätning och tillståndsövergångar utreds,och dessa används för att bedöma arbetets smidighet samt vid behovsom hjälpmedel vid arbetets planering och vid beslutsfattande. Utifrånmätningarna är det också möjligt att identifiera den använda arbetstek-niken, såsom har presenterats tidigare.

Vid stammens behandling utreds de följande arbetsstegen:- stapelns förflyttningstid och förflyttningssträcka i stammens olikabehandlingssteg,- lastarens rörelseriktning, förflyttningssträcka och ledhastigheterstam- eller stockvis i olika arbetssteg, - kvistningsvakning förknippad med matning, - förändringari längdmåttet, - längdförändringsmatningstid och -sträcka, - tid som krävs för att fatta kapningsbeslutet, - maskinens körtid och -sträcka framåt och/eller bakåt, - användning av samtidiga lastningsleder arbetstegvis, och - inaktivitetstid.

Utifrån de utförda mätningarna utförs en tidsseriemätning av arbetsste-gen och tillståndsövergångar utreds, och dessa används för bedöm-ning av arbetets smidighet och vid behov som hjälpmedel vid arbetetsplanering och vid beslutsfattande. Utifrån mätningarna är det ocksåmöjligt att identifiera antalet behandlade stammar eller stockar i varje arbetsstation. 18 Som basis för skotarens produktivitetsmätningar och för bedömning avförarens arbete används å ena sidan lastning och å andra sidanavlastning.

Vid lastning utreds de följande arbetsstegen: - förflyttning av den tomma lastaren till stapeln,- stockarnas förflyttning på marken, - plockning av lasten, - lastens förflyttning till lastutrymmet, - lastens placering, - stockarnas ordning i lastutrymmet, - paus, och - annat arbete.

Utifrån de utförda mätningarna bestäms en genomsnittlig lastningscy-keltid, arbetsstegstider, antalet upprepningar av olika arbetssteg ochbränsleförbrukningen arbetstegvis, varifrån kan dras slutsatser omlastarens skick och/eller informationer kan överföras till lastarensskickkontrollsystem, vilket drar slutsatser om skicket. Alla eller en delav de tidigare presenterade informationerna uppvisas till föraren viaanvändargränssnittets bildskärm så att föraren kan bedöma sin egenhandling i realtid och omedelbart.

Vid avlastning utreds de följande arbetsstegen: - lastens plockning från lastutrymmet, - lastens förflyttning till stapeln, - lastens placering, - stapelns ordning, - gripens förflyttning i lastutrymmet, - paus, och - annat arbete.

Utifrån de utförda mätningarna bestäms en genomsnittlig lastningscy-keltid, arbetsstegtider, antalet upprepningar av olika arbetssteg ochbränsleförbrukningen arbetstegvis, varifrån kan dras slutsatser omlastarens skick eller informationer kan överföras till lastarens skickkon-trollsystem, vilket drar slutsatser om skicket. Alla eller en del av de ti- 19 digare presenterade informationerna uppvisas till föraren via använ-dargränssnittets bildskärm så att föraren kan bedöma sin egen hand-ling.

Utifrån de utförda mätningarna kan också t.ex. skotarens tekniskaprestanda bestämmas. Under granskningen är särskilt effektivitetenoch bränsleförbrukningen i olika arbetssteg. Bränsleförbrukningen vidvarje tidpunkt kan erhållas som mätinformation från maskinens motor-styrsystem och den uppföljs också annars i arbetsmaskinens styrsy-stem.

Skotarens bränsleförbrukning i varje arbetssteg uppföljs särkilt på detföljande sättet: “- totalförbrukning,- under lastningen när lastaren används,- under avlastningen när lastaren används,- under körning vid lastningen och när lastaren används,- vid körning som tom,- vid körning under lastningen,- vid körning med lasten, och- på tomgång.

Utifrån uppföljningen kan t.ex. ett bränsleekonomiindex för lastarensanvändning och drivkraftöverföringens bränsleekonomiindex beräknasgenom att använda principer som redan har behandlats. Resultatenkan uppvisas som historieinformation på ett lämpligt sätt. iSystemets funktion presenteras ännu kort i det följande. l systemet utförs mätningar som är arbetsstegsmätningar, parametrarförknippade med olika arbetssteg och prestandamätningar för maski-nens olika delfunktioner.

Systemet processar mätningarna, varvid en parameter, vilken beskriverprestandan, bestäms, vilken parameter beskriver maskinen och förarenoch bestämmer arbetssättet och arbetstekniken förknippade med ar- betet. l det nästa steget bedöms produktiviteten, varvid påverkan av olikafaktorer uppskattas genom att använda referensvärden, vilka är maski-nens tekniska skick och maskininstäliningar förknippade med prestan-dan, förarens arbetsteknik, förarens kunnighetsnivå och maskinbe-handiingskunnighet, särskilt förknippad med lastarens användning ochträdets behandling, varvid maskinens parameterinställningar beaktasoch påverkan av dessa kompenseras.

Systemet omfattar en information om en optimal lösningsmodell, vilkenomfattar t.ex. en optimal arbetssättmodell, vilken beaktar förhållan-dena.

Resultaten av produktivitetens bedömning kan jämföras med den opti-merade lösningsmodellen, enligt vilken erhålls ett åtgärdsförslag förarbetsstationsnivån och historieinformationer uppföljs.

När det är fråga om en skotare, kan dess förare få en åskådligsammanfattning om arbetet via användargränssnittet. På bildskärmenär arbetet delat t.ex. i lastning och avlastning, för vilka det finns på bild-skärmen en procentuell andel eller en tidslängd av varje förenämndaarbetssteg. Också procentandelar av lastning eller avlastning kan upp-visas på bildskärmen som jämförelse. Informationer av en eller fleraarbetsgångar kan inkluderas i resultaten och ytterligare är det möjligtatt uppvisa trendinformationer om arbetets olika steg.

Uppfinningen är inte begränsad enbart till de ovan presenteradeexemplen, utan den kan variera enligt de bifogade patentkraven. Medhjälp av uppfinningen är det möjligt att bilda ett PC-baserat system föronline- och offline-användning som delar sig t.ex. i en arbetsmaskintill-lämpning och en byråtillämpning elleri en kombination, i vilken de ope-rerar tillsammans. Systemet kan utnyttjas vid effektivitetsmätning avarbetsmaskinens användares arbete och vid bedömning av arbetstek-niken, eller vid effektivitetsmätning av arbetsmaskinens användaresarbete och vid bedömning av arbetstekniken relativt arbetsmaskinensproduktivitet och bränsleekonomi, eller som evalueringsförfarande föranvändarens kunnighetsnivå, eller som ett interaktivt rådgivandesystem mellan användaren och arbetsmaskinen, eller som ett mät- och 21styrsystem för arbetsmaskinens produktivitet, eller för optimering avarbetsmaskinens produktivitet, eller som ett styrande och rådgivandesystem för att optimera arbetsmaskinens prestanda. I allmänheten op-timeras funktionen mellan arbetsmaskinen och användaren med hjälpav uppfinningen.