SI23813A - Elektronska naprava za zaznavanje opravljanja dela z delovno mehanizacijo - Google Patents

Abstract

Predmet patenta je elektronska naprava namenjena zaznavanju opravljanja dela z delovno mehanizacijo, ki jo sestavljajo vsaj mikrokrmilnik (12), inercialni senzor za zaznavanje pospeškov in rotacije v treh prostorskih oseh (11) ter vhodno izhodna enota (13), ki je namenjena povezovanju elektronske naprave z drugimi napravami (14) z namenom sporočanja podatkov stanja obratovanja ali ne obratovanja delovne mehanizacije. Delovanje analizne funkcije (24), ki je sprogramirana v mikrokrmilnik (12) obsega zajempodatkov inercialnega senzorja o rotaciji (21) in podatkov o pospešku (22) v treh oseh, nato pa združevalna funkcija (23) podatke iz treh različnih osi sešteje in iz absolutnih vrednosti pretvori v vrednost spremembe v primerjavi s predhodno zajeto meritvijo. Analizna funkcija v naprej nastavljenih časovnih intervalih izračuna metrike povprečja, standardnega odklona in variance, ki jih nato primerjalna funkcija (25) primerja s shranjenimi kalibracijskimi podatki (27). V primeru, da so vsaj štiri novoizračunane vrednosti večje od shranjenih vrednosti, javi diskretno stanje, da stroj opravlja delo (29) oziroma v nasprotnem primeru javi diskretno stanje, da stroj miruje (28). Elektronska naprava je lahko vgrajena v enotno ohišje in togo pritrjena na šasijo ali togo pritrjena na gibljive dele delovne mehanizacije. Elektronska naprava omogoča shranjevanje kalibracijskih podatkov, z namenom kasnejše primerjave s pomočjo primerjalne funkcije, pri čemer zahtevo po kalibraciji napravi sporočimo preko vhodnoizhodne enote (13) nato pa primerjalna funkcija (25) izračunano povprečje, standardni odklon in varianco shrani v mikrokrmilnik (12) kjer shranjeni kalibracijski podatki (27) ostanejo shranjeni do naslednje zahteve po kalibraciji (30).

Description

ELEKTRONSKA NAPRAVA ZA ZAZNAVANJE OPRAVLJANJA DELA Z DELOVNO MEHANIZACIJO

Predmet izuma je elektronska naprava namenjena zaznavanju opravljanja dela z delovno mehanizacijo kot so bagri, teptalci, valjarji in podoben naprave. Naprava po izumu omogoča lastniku delovne mehanizacije vpogled v dejansko rabo njegovih strojev.

Lastniki delovne mehanizacije se vsakodnevno srečujejo s težavo sledenja dejanske uporabe strojev, še posebej na dislociranih lokacijah, kjer je osebni nadzor nad uporabo delovnih strojev težje izvedljiv. Zaposleni namesto opravljanja zahtevanih delovnih nalog le-teh ne opravljajo ali pa delovno mehanizacijo celo uporabljajo za svoje lastne potrebe. To predstavlja dodatne stroške za lastnike delovne mehanizacije, tako zaradi večje obrabe delovnih strojev, kot tudi zaradi plačevanja zaposlenih, ki dela ne opravljajo.

Ker je težava s sledenjem uporabe strojev zelo pomembna za lastnika delovne mehanizacije obstaja več različnih pristopov, ki se jih danes uporablja v industriji. Najbolj osnoven način za sledenje so števci obratovalnih ur delovnega stroja, ki so povezani s stikalom za zagon delovnega stroja. Takšen števec šteje ure obratovanja delovne mehanizacije od zagona do izklopa delovnega stroja. Lastnik delovne mehanizacije tako dobi vpogled v število ur, ko je bil stroj prižgan.

Stanje števca obratovalnih ur je mogoče odčitati direktno na samem delovnem stroju ali pa ga je mogoče priklopiti na napravo za sledenje delovni mehanizaciji, ki omogoča hranjenje zgodovine in prenos podatkov prek brezžičnega ali mobilnega omrežja, kot je to predstavljeno v patentu US 7,272,538 B2. Če stroj uporablja takšno napravo lahko lastnik delovne mehanizacije na daljavo spremlja število obratovalnih ur, ki jih je stroj opravil. Podatki so lastniku lahko na voljo v posebni aplikaciji za sledenje števila obratovalnih ur, ki omogoča lastniku pregled nad celotno floto vozil, ki so opremljena s takšnim sistemom.

• ο

Poleg sporočanja stanja števca obratovalnih ur je mogoče bolj točne podatke o dejavnosti delovnega stroja dobiti v primeru, ko je naprava za sledenje delovni mehanizaciji povezana s sistemom za GPS sledenje - torej sistemom, ki s pomočjo satelitov spremlja trenutno lokacijo delovne mehanizacije. Lastnik delovne mehanizacije z uporabo sistema za GPS sledenje dobi možnost vpogleda v zgodovino premikov delovne mehanizacije, kar lahko uporabi bolj za točno analizo rabe delovne mehanizacije.

Dodatno obstaja širok nabor stikal in senzorjev, kot je na primer senzor odpiranja vrat ali pa senzor dviga delovnega orodja, ki jih lahko prek vhodno izhodne enote priklopimo na napravo za sledenje delovni mehanizaciji. Mogoč je tudi priklop na tako imenovano CAN-vodilo, digitalni komunikacijski vmesnik po katerem elektronika za upravljanje delovnih strojev omogoča dostop do podatkov o trenutnem dogajanju v samem delovnem stroju, kot je na primer odčitavanje stanja merilca obratov motorja stroja in ostalih telemetričnih podatkov delovnega stroja. Stanje vseh omenjenih senzorjev in merilcev se lahko shranjuje in tudi sporoča s pomočjo naprave za sledenje delovni mehanizaciji, kar omogoča lastniku delovne mehanizacije veliko boljši vpogled v rabo strojev.

Na žalost pa uporaba vseh prej omenjenih obstoječih rešitev in senzorjev ne omogoča natančnega vpogleda v dejansko rabo delovne mehanizacije. Navkljub dobri ideji o uporabi prej omenjenih rešitev za ugotavljanje ali zaposleni dejansko uporabljajo stroje za opravljanje delovnih nalog je v človeški naravi, da so se zaposleni naučili zaobiti rešitve z namenom prikazovanja da opravljajo delo, čeprav ga ne.

Števci obratovalnih ur danes prinesejo več škode kot koristi, saj se zaposleni zavedajo, da delovna mehanizacija šteje obratovalne ure od vžiga stroja in namesto počivanja zraven ugasnjenega stroja le-tega pustijo prižganega, zato da prikazujejo opravljanje dela. Tako se je števec obratovalnih ur izrodil in povzroča dodatne stroške energije in obrabo delovnega stroja, saj namesto da bi bila delovna mehanizacija ugasnjena le-ta troši gorivo in dodatno obrablja motor stroja.

Želja da bi težavo rešili s sistemom za GPS sledenje, ki ponuja možnost meritev dejanskih premikov delovnega stroja je mogoča zgolj v primeru, ko se delovna mehanizacija premika na poti med lokacijami. Zaradi omejene natančnosti ni mogoče slediti delovanju delovnega stroja na posamezni mikrolokaciji - bager, ki opravlja izkopavanje materiala se lahko premika zgolj za

premajhno razdaljo, ki bi jo naprava za GPS sledenje še zaznala. Lahko se dogaja še slabše, saj sistem za GPS sledenje zazna premik delovne mehanizacije zaradi šuma v meritvi trenutne lokacije, čeprav se stroj sploh ni premaknil.

Uporaba splošnega senzorskega sistema, še posebej podatkov, ki jih je mogoče pridobit prek CAN vodila je trenutno še najbolj natančen način za ugotavljanje obratovanja delovne mehanizacije. Problem se pojavi pri priklopu naprave za sledenje delovne mehanizacije na CAN vodilo in zajemanju podatkov. Podatki, če so na voljo prek CAN vodila (kar velja zgolj za bolj zmogljive in dražje stroje), niso standardizirani med vsemi delovnimi stroji, kar pomeni da je potrebno za posamezen delovni stroj dodatno dodelovati programsko opremo in poskrbeti za drago certifikacijo pri proizvajalcu delovne mehanizacije, da odobri uporabo takšnega sistema. Brez certifikacije lahko proizvajalec delovne mehanizacije v primeru okvare delovnega stroja zavrne garancijo zaradi nedovoljenega posega, kar je veliko tveganje za lastnika delovne mehanizacije, saj so cene nakupa in servisa delovnih strojev izjemno visoke.

Opis slik:

Slika 1: Elektronska naprava za zaznavanje opravljanja dela s prikazanimi ključnimi komponentami

Slika 2: Postopek analize vzorcev

Naprava po predstavljenem izumu rešuje težavo z zaznavanjem opravljanja dela z delovno mehanizacijo s pomočjo uporabe inercialnih senzorjev, ki omogočajo vpogled v dejavnost delovnega stroja na podlagi opazovanja premikov in obratov delovnega stroja. Inercijski senzor 11 omogoča zaznavanje pospeška in rotacije v treh ortogonalnih oseh, iz česar je mogoče razbrati za vsak dan trenutek kakšno gibanje opravlja delovna mehanizacija in iz tega sklepati ali opravlja delo.

S primemo analizo gibanja je mogoče ugotoviti ali gibanje predstavlja neko delovno aktivnost delovne mehanizacije oz. ali predstavlja neko ne delovno aktivnost, kot je na primer prosti tek delovnega stroja na mestu. Podatke iz inercijskega senzorja 11 naprava po predstavljenem izumu posreduje v mikrokrmilnik 12, ki z analizo podatkov ugotovi ali delovna mehanizacija v danem trenutku opravlja delo, kar prek vhodno izhodne enote 13 sporoči zunanji napravi 14, ki je lahko prej omenjena naprava za sledenje delovni mehanizaciji ali kakšna druga naprava, ki • · lahko podatke o opravljanju dela zabeleži ali jih posreduje prek brezžičnega ali mobilnega omrežja v aplikacijo za nadzor nad delovno mehanizacijo.

Naprava po predstavljenem izumu je vgrajena v enotno ohišje, ki napravo ščiti pred okoljskimi vplivi, omogoča pritrjevanje na šasijo delovne mehanizacije ali togo pritrjevanje na gibljive dele delovne mehanizacije ter predstavlja zaključen senzor, ki ga je mogoče prek vhodno izhodne enote 13 povezati s sistemom za sledenje delovni mehanizaciji.

Naprava po predstavljenem izumu na podlagi analize podatkov s pomočjo postopka za zaznavo dela prek vhodno izhodne enote na neko časovno enoto javlja eno izmed dveh diskretnih stanj stroj je v pretekli časovni enoti opravljal delo 29 oz. stroj je v pretekli časovni enoti miroval 28.

Analiza podatkov se vrši po naslednjem postopku za zaznavo dela. Inercialni senzor zbira podatke o gibanju rotaciji 21 in pospešku 22 v treh oseh. Zaradi neznane orientacije delovnega stroja v danem trenutku, stroj lahko namreč opravlja delo na neravnem ali nagnjenem terenu, je potrebno odstraniti orientacijo podatkov o gibanju, kar opravi združevalna funkcija.

Združevalna funkcija 23 podatke o pospešku 22 in rotaciji 21 v treh različnih oseh sešteje za vsakega izmed tipov podatkov, tako da dobimo absolutno vrednost pospeška in absolutno vrednost rotacije stroja. Podatka o absolutnih vrednosti pospeška in rotacije pretvorimo v relativno vrednost pospeška, ki predstavlja razliko med trenutno absolutno vrednostjo pospeška ali rotacije in predhodno absolutno vrednostjo pospeška in rotacije. Z izračunom relativnih vrednosti dobimo podatek o količini spremembe pospeška in rotacije, kar lahko uporabimo za nadaljnjo analizo v sklopu analizne funkcije 24.

Analizna funkcija 24 vsak časovni interval iz shranjenih izračunanih meritev o relativni vrednosti pospeška in rotacije v preteklem časovnem obdobju izračuna tri metrike: povprečno vrednost, ki predstavlja intenzivnost gibanja, standardni odklon, ki predstavlja pogostost gibanja, in varianco, ki predstavlja kako velike razlike v zaznanem gibanju so se zgodile. Analizna funkcija 24 nato podatke o šestih izračunanih metrikah za meritve pospeška in rotacije posreduje primerjalni funkciji 25.

Primerjalna funkcija 25 podatke o metrikah, ki jih je izračunala analizna funkcija primerja s kalibracijskimi podatki 27, ki so bili predhodno, na primer ob montaži naprave ali pa kadarkoli kasneje, shranjeni v mikrokrmiinik. Primerjalna funkcija 25 primerja velikost metrik in se na podlagi primerjave odloči za eno izmed dveh diskretnih stanj - stroj miruje 28 oz. stroj opravlja delo 29. V primeru, ko je velikost vsaj štirih novih metrik večja od predhodno shranjenih kalibracijskih podatkov primerjalna funkcija 25 sporoči diskretno stanje stroj opravlja delo 29, v nasprotnem primeru pa sporoči stanje stroj miruje 28.

Za uspešno ugotavljanje ali je stroj v preteklem obdobju opravljal delo je potrebno senzor pred začetkom meritev kalibrirati s podatki o povprečni vrednosti, standardnem odklonu in varianci, ki jih analizna funkcija izračuna med obratovanjem stroja na miru - med kalibracijo stroj ne opravlja nobenega dela, je zgolj prižgan. Kalibracija je potrebna, ker se mirno stanje od stroja do stroja razlikuje. Inercialni senzor med zaznavanjem gibanja zazna vse vibracije in tresljaje, ki jih povzroča obratovanje pogonskega agregata oziroma motorja delovne mehanizacije. S kalibracijo ugotovimo, kje nastaviti prag odločanja za primerjalno funkcijo 25, kar nam kasneje omogoči zaznavanje obeh diskretnih stanj o opravljanju dela.

Zahtevek po kalibraciji 30, ki ga proži zunanja naprava 14 prek vhodno izhodne enote 13 prejme mikrokrmnilnik 12. Ob tem zahtevku primerjalna funkcija 25 spremeni način delovanja in izračunane metrike analizne funkcije 24 shrani v mikrokrmiinik 12, kjer ostanejo shranjene do naslednje zahteve po kalibraciji.

Naprava po predstavljenem izumu omogoča zaznavo opravljenega dela delovne mehanizacije brez povezovanje s CAN vodilom in posegov v delovni stroj, saj s pomočjo inercialnega senzorja 11 vsebuje vse potrebne merilne komponente za uspešno zaznavo dela. Z vgrajeno možnostjo kalibracije delovnega stroja je mogoče enak senzor brez dodatnih stroškov predelav vgraditi v vse tipe delovne mehanizacije. Ker naprava opravlja dejansko analizo gibanja je takšen sistem zelo težko pretentati, saj zaposleni nimajo možnosti ustvarjanja navideznega gibanja delovne mehanizacije.

Claims (5)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Predmet patenta je elektronska naprava namenjena zaznavanju opravljanja dela z delovno mehanizacijo označena s tem, da jo sestavljajo vsaj mikrokrmilnik (12), inercialni senzor za zaznavanje pospeškov in rotacije v treh prostorskih oseh (11) ter vhodno izhodna enota (13) namenjena povezovanju elektronske naprave z drugimi napravami (14) z namenom sporočanja podatkov stanja obratovanja ali ne obratovanja delovne mehanizacije.
2. 2. Elektronska naprava po zahtevku 1, označena s tem, da omogoča delovanje analizne funkcije (24), ki je sprogramirana v mikrokrmilnik (12) in je značilna po tem, da iz inercialnega senzorja zajame podatke o rotaciji (21) in podatke o pospešku (22) v treh oseh ter v združevalni funkciji (23) podatke iz treh različnih osi sešteje in iz absolutnih vrednosti pretvori v vrednost spremembe v primerjavi s predhodno zajeto meritvijo, nato pa po naprej nastavljenem časovnem intervalu dolžine izračuna metrike povprečja, standardnega odklona in variance v časovnem intervalu zajetih meritev, nato pa primerjalna funkcija (25) primerja izračunano povprečje, standardni odklon in varianco s shranjenimi kalibracijskimi podatki (27) in v primeru, da so vsaj štiri novo izračunane vrednosti večje od shranjenih vrednosti, javi diskretno stanje, da stroj opravlja delo (29) oziroma v nasprotnem primeru javi diskretno stanje, da stroj miruje (28).
3. 3. Elektronska naprava po zahtevkih 1 in 2, značilna po tem, da je vgrajena v enotno ohišje in togo pritijena na šasijo delovne mehanizacije.
4. 4. Elektronska naprava po zahtevkih 1 in 2, značilna po tem, da je vgrajena v enotno ohišje in togo pritrjena na gibljive dele delovne mehanizacije.
5. 5. Elektronska naprava po zahtevkih 1 in 2, označena s tem, da omogoča shranjevanje kalibracijskih podatkov, z namenom kasnejše primerjave s pomočjo primerjalne funkcije (25), pri čemer zahtevo po kalibraciji (30) napravi sporočimo preko vhodno izhodne enote (13) nato pa primerjalna funkcija (25) izračunano povprečje, standardni odklon in varianco shrani v mikrokrmilnik (12) kjer shranjeni kalibracijski podatki (27) ostanejo shranjeni do naslednje zahteve po kalibraciji (30).