СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И/ИЛИ УПРАВЛЕНИЯ, И/ИЛИ ИМИТАЦИИ РАБОТЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ
METHOD AND DEVICE FOR DESIGNING AND/OR CONTROLLING AND/OR SIMULATING OPERATION OF CONSTRUCTION MACHINE

Данное изобретение относится к способу, а также к устройству для проектирования и/или управления, и/или имитации работы строительной машины, в частности в виде крана, такого как башенный поворотный кран, с применением модели данных здания, которая содержит цифровую информацию о подлежащем возведению и/или обработке здании. При этом изобретение относится также к самой строительной машине, которая предназначена для связи с такой моделью данных здания и/или для управления с применением такой модели данных здания. Наконец, изобретение относится также к тренажеру и/или к дистанционному управлению для имитации и/или дистанционного управления строительной машиной с применением такой модели данных здания.
Для проектирования, возведения, обработки и проверки зданий в последнее время применяются цифровые модели данных здания для всех участвующих в строительстве производств. Разработанный для этого метод известен под названием Building Information Modeling (моделирование информации здания). В этой называемой BIM-моделью базе данных содержится цифровая информация о подлежащем возведению или, соответственно, обработке здании. Такие модели данных здания или BIM-модели являются, как правило, читаемыми компьютером массивами данных или конгломератами данных и, возможно, обрабатывающими блоками компьютерной программы для обработки таких массивов данных, в которых описывается информация и характеристики подлежащего возведению или, соответственно, обработке здания и его релевантные свойства. В частности, такие модели данных здания могут содержать двумерные, трехмерные и многомерные CAD-данные для визуализации здания и/или его частей, но также другую релевантную информацию о здании, например, график его возведения, информацию об инфраструктуре его окружения, такой как подъездные пути, снабжение энергией и водой, или логистическую информацию о необходимых вспомогательных средствах для строительства или, соответственно, обработки здания. В качестве характеристических данных здания часто содержаться размеры здания, такие как строительный объем, высота здания, размеры в плане, объемы материала, такие как необходимый объем бетона, объем кирпича и т.д., или вес отдельных компонентов здания, таких как стальные балки, готовые конструктивные части или т.п. При этом модель данных здания и ее массивы данных или, соответственно, конгломерат данных обычно пригодны для пересылки и/или передачи через сеть с целью предоставления в распоряжение различных участников строительства.
С помощью таких моделей данных здания обрабатываются с помощью компьютера многие процессы при возведении здания, при этом, например, при классическом проектировании строительства архитектор создает проект и чертит его с помощью CAD-системы, после чего затем может выполняться для калькуляции стоимости на основе CAD-чертежей определение объемов, или планы могут представляться другим инженерам, специалистам по пожарной безопасности или ведомствам. При возникновении изменений плана изменяются чертежи и согласовываются с участниками, согласовываются определение объемов и перерабатывается калькуляция стоимости, при этом все это значительно упрощается с помощью интегрированной BIM-модели, и частично осуществляется автоматически с помощью блоков программного обеспечения, которые имеют доступ к данным модели данных здания.
В этом контексте уже предлагалось включать данные относительно работы крана в BIM-модель или, соответственно, модель данных здания. Например, в WO 2016/019158 А1 приведено описание способа, с помощью которого BIM-модель актуализируется данными работы крана, при этом на основе подлежащих перемещению краном конструктивных элементов создается план-график, который содержит необходимое использование крана, и интегрируется в модель данных BIM-окружения. Модель данных может затем на основе план-графика актуализировать другие BIM-функции.
Кроме того, в WO 2013/006625 А1 приведено описание способа маневрирования крана внутри строительной площадки с использованием данных из BIM-модели, при этом согласовываются друг с другом, с одной стороны, глобальные трехмерные координаты крюка крана, которые определяются с помощью датчиков абсолютного положения, и, с другой стороны, глобальные трехмерные координаты, которые характеризуют подлежащее возведению здание и положение строительной площадки и занесены в BIM-модель.
Однако в результате функциональная выгода предусматриваемой до настоящего времени привязки крана к BIM-модели ограничена. В частности, до настоящего времени не могут быть достигнуты решающие преимущества при управлении строительными машинами, такими как краны или экскаваторы, и обращении с ними за счет BIM-модели.
Поэтому в основу данного изобретения положена задача создания улучшенной интеграции строительных машин и их работы в модель данных здания и/или улучшенной привязки строительных машин к такой модели данных здания, которые устраняют недостатки уровня техники и предпочтительно усовершенствуют его. В частности, должно достигаться эффективное и надежное управление строительными машинами за счет улучшенной привязки к BIM-модели.
Указанная задача решается согласно изобретению с помощью способа согласно пункту 1 формулы изобретения, устройств, согласно пункту 21, строительной машины согласно пункту 44, тренажера согласно пункту 49, дистанционного управления согласно пункту 52 и продукта программного обеспечения согласно пункту 53 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Таким образом, согласно одному аспекту изобретения предлагается модель машинных данных, в которой содержится цифровая информация о различных моделях строительных машин, привязанных к модели данных здания или, соответственно к BIM-модели, и учитываются характеристики имеющихся в распоряжении строительных машин уже при проектировании. При этом указанная модель машинных данных может быть создана в виде блока программного обеспечения или аппаратного обеспечения, который имеет интерфейс для связи с моделью данных здания и может, например, подаваться из сервера или хранилища программного обеспечения или же может быть записан на носитель информации.
Согласно изобретению, с помощью модели машинных данных осуществляется автоматический выбор подходящей для возведения и/или обработки соответствующего здания строительной машины на основе цифровой информации из модели данных здания и из модели машинных данных, при этом для этого происходит автоматическая идентификация и считывание релевантной информации из модели данных здания на основе критериев, которые задаются с помощью модели машинных данных и относятся к машинным данным, в которых различные модели строительных машин отличаются друг от друга. На основе автоматического сравнения считанной информации из модели данных здания с машинными данными различных строительных машин из модели машинных данных осуществляется затем автоматический выбор подходящей строительной машины.
Реализующие указанные функции блоки могут быть интегрированы, в частности, в виде инструментов программного обеспечения, в модель машинных данных, но могут быть также реализованы в модели данных здания. При интегрировании в привязываемую модель машинных данных могут быть созданы все функции для автоматического выбора подходящей строительной машины с помощью выгружаемого и/или воспроизводимого инструмента программного обеспечения, который реализует модель машинных данных, и поэтому работа осуществляется с помощью BIM-модели или, соответственно, модели данных здания, которая для этого нуждается лишь в соответствующем интерфейсе, с помощью которого может быть соединен дополняющий инструмент программного обеспечения.
Релевантная информация из модели данных здания, которая необходима для выбора строительной машины и идентифицируется и/или считывается с помощью модуля идентификации и/или считывания, может содержать различные характеристики здания, такие как, например, высота здания, вес самого тяжелого подлежащего перемещению конструктивного элемента, площадь и/или величина поперечного сечения здания в плане и/или максимальное расстояние между хранящимся в BIM участком поставки конструктивных элементов и местом назначения конструктивных элементов, в котором соответствующий конструктивный элемент подлежит установке. Эти идентифицированные и считанные характеристики здания могут затем сравниваться с помощью модуля сравнения с релевантной информацией из модели машинных данных, при этом релевантная машинная информация может содержать, в частности, следующую информацию: высота подъема машины, максимальная нагрузка машины и/или дальность действия машины. Если, например, должен быть выбран подходящий для здания кран, то может быть выбран кран, высота подъема которого достаточна для высоты здания, несущая способность которого достаточна для подъема веса самого тяжелого подлежащего перемещению конструктивного элемента, и дальность действия которого достаточна для величины поперечного сечения здания в плане и/или для максимального расстояния между участком поставки конструктивных элементов и местом назначения конструктивных элементов. Если в модели машинных данных содержится несколько кранов, которые отвечают названным критериям, то может быть выбран наименьший кран, который выполняет указанные требования и имеет наименьшее превышение производительности крана.
Согласно другому аспекту данного изобретения, привязку модели машинных данных к модели данных здания можно также использовать для автоматического определения и/или автоматической проверки места установки строительной машины, в частности, положения крана относительно подлежащего возведению или, соответственно, обработке здания. Если строительная машина выбрана, что может осуществляться указанным выше образом автоматизированно с помощью указанного модуля выбора или в качестве альтернативы также вручную самим планировщиком, то модуль определения положения на основании релевантных машинных данных, которые могут быть считаны из модели данных здания и могут содержать, например, дальность действия и/или высоту подъема, и/или зону возможного столкновения, и/или рабочую зону строительной машины, а также на основе релевантных данных здания, которые могут быть считаны из модели данных здания и могут содержать, например, размеры и/или контуры здания и/или топографические данные строительной площадки, и/или подъездные пути, и/или участки поставки конструктивных элементов, можно автоматически определять подходящее место установки строительной машины. В качестве альтернативы или дополнительно, указанный модуль определения положения или места установки может проверять возможно заданное вручную планировщиком положение строительной машины на основе указанных критериев, в частности, относительно того, является ли при определенном месте установки строительной машины достаточной дальность действия или, соответственно, является ли рабочее место строительной машины достаточным для выполнения предназначенных для нее работ, и/или возникают ли столкновения в рабочей зоне строительной машины с контурами здания и/или другими топографическими особенностями строительной площадки, такими как деревья или соседние здания, с целью затем возможного освобождения места установки строительной машины или предложения альтернативного места установки.
После успешного выполнения и/или проверки места установки строительной машины может быть актуализирована BIM модель или, соответственно, модель данных здания с помощью указанного модуля определения места установки относительно места установки.
В модификации изобретения модуль определения места установки на основе указанной проверки возможного столкновения может также автоматически ограничить рабочую зону соответствующей выбранной строительной машины и актуализировать модель данных здания с помощью заданных ограничений рабочей зоны. Как будет пояснено ниже, управляющий блок строительной машины может быть согласован или, соответственно, параметризирован относительно функции ограничения рабочей зоны.
В качестве альтернативы или дополнительно такому автоматическому выбору и/или проверке положения установки строительной машины, модуль логистики на основе цифровой информации из модели данных здания может автоматически задавать последовательность и/или моменты времени поставки частей выбранной строительной машины, и/или необходимые для поставки транспортные средства. При этом указанный модуль логистики может быть также в виде инструмента программного обеспечения и/или в виде функционального блока интегрирован в модель данных здания, а также соединен в виде отдельного блока с моделью данных здания. В частности, с помощью модуля логистики можно автоматически составлять с использованием данных из модели данных здания так называемые списки столкновений или списки транспортировки.
При этом последовательность и/или моменты времени поставки частей можно задавать с учетом подлежащих выполнению для здания работ и/или хода, и/или состояния здания, которые могут быть в виде цифровой информации внесены в модель данных здания. Дополнительно к указанной информации из модели данных здания, модуль логистики может учитывать также релевантную информацию из модели машинных данных, в частности, релевантную информацию для выбранной строительной машины, такую как, например, возможность ее разборки и/или вес конструктивных элементов машины, и/или размер конструктивных элементов машины, и/или последовательность возведения конструктивных элементов машины. Если, например, поставляется кран, то могут быть выбраны или, соответственно, заказаны платформы с пониженной грузовой площадкой и/или контейнерные блоки соответствующего размера и/или с соответствующей грузоподъемностью в последовательности, с помощью которой части крана в согласованной последовательности в согласованные сроки могут поставляться на строительную площадку, возможно с учетом имеющихся подъездных путей.
Согласно другому аспекту данного изобретения, с моделью данных здания соединяется также тренажер для имитации работы выбранной для подлежащего возведению и/или обработке здания строительной машины, при этом определенная цифровая информация из модели данных здания может использоваться для генерирования виртуальной реальности тренажера. При этом тренажер может иметь интерфейс для соединения с моделью данных здания, причем может быть предусмотрен блок идентификации и/или считывания для считывания из модели данных здания релевантных характеристик здания, таких как контуры здания, контуры окружения или другие применяемые строительные машины, и подачи в генератор для генерирования виртуальной реальности, на основе которой затем может генерироваться анимация строительной машины и/или окружения строительной машины, с помощью которой машинист может тренироваться выполнять определенные задачи машины.
В модификации изобретения соединение BIM-модели или, соответственно, модели данных здания с тренажером может использоваться для отображения различных состояний и фаз строительства подлежащего возведению или, соответственно, обработке здания на основе цифровой информации из модели данных здания на дисплее тренажера или, соответственно, для индикации в виде анимации, с помощью которой машинист затем может тренироваться выполнять определенные особые задачи, такие как, например, особые подъемы крана. Для управления тренажером и/или для генерирования виртуальной реальности на тренажере могут создаваться и/или подаваться также машинные данные, которые создаются с помощью указанной выше модели машинных данных и которые характеризуют соответствующую выбранную строительную машину для согласования виртуальной реальности в тренажере с выбранной для здания строительной машиной.
В модификации изобретения с моделью данных здания могут быть соединены также несколько тренажеров для имитации и тренировки взаимодействия нескольких строительных машин, которые выбраны для возведения или, соответственно, обработки здания. Такие несколько моделирующих устройств могут получать, с одной стороны, указанным образом цифровую информацию, относящуюся к зданию для генерирования виртуальной реальности на основе данных здания из модели данных здания, например, различных фаз и состояний подлежащего возведению здания. С другой стороны, соответствующая цифровая информация может считываться из модели машинных данных для согласования виртуальных изображений в тренажере с соответствующими применяемыми строительными машинами.
При этом в предпочтительной модификации изобретения взаимодействие обоих тренажеров координируется друг с другом с помощью вышестоящего блока управления моделирующими устройствами, в частности так, что выполняемые в одном тренажере действия машины, такие как, например, подъемы крана, указываются и/или учитываются в другом тренажере. Если, например, с помощью двух кранов необходимо поднимать совместно один конструктивный элемент и устанавливать в определенном месте, то выполняемые в одном тренажере движения крана и вызванные этим движения конструктивного элемента могут указываться в другом тренажере и возможно указываться также в виде динамических реакций. Если, например, машинист крана в одном тренажере поднимаемый совместно конструктивный элемент резко немного опускает вниз, то это приводит к динамической реакции также в другом имитируемом кране, которые затем в виде динамических реакций могут быть воспроизведены на пульте машиниста другого тренажера.
В частности, виртуальные изображения одной строительной машины, в которых учитываются подаваемые в соответствующем одном тренажере команды управления и вызываемые этим движения, вводятся в индикаторный блок соответствующего другого тренажера и анимируются. За счет этого можно тренировать взаимодействие и, возможно, возникающие столкновения совместно на нескольких тренажерах.
Для достижения близкой к реальности имитации работы строительной машины, в модификации изобретения может быть предусмотрено, что реакции машины на подаваемые на пульте управления управляющие команды, например, в виде движения и/или деформации машины, отображаются не только в виде виртуальных изображений на дисплее тренажера, но и в виде соответствующего реакции крана или, соответственно, машины, фактического движения пульта управления тренажера для демонстрации пользователю ближе к реальности динамических реакций машины. Для этого пульт управления, который может содержать, например, кресло оператора, не смонтирован неподвижно в помещении или, соответственно, на полу, а может с помощью приводного блока приводиться в движение в пространстве, в частности, в зависимости от определяемых модулем определения движения движений и/или деформации машинных компонентов. Если модуль определения движения определяет отклонения машинных компонентов, таких как, например, отклонения башни крана за счет установочных движений или деформаций, которые бы имели влияние на положение фактической кабины машиниста, то выполняется соответствующее управление приводным блоком для имитации движения кабины машиниста и выполнения соответствующего движения пультом управления. Если, например, на пульте управления подается команда на поворот крана вокруг вертикальной оси, то пульт управления с помощью приводного блока соответственно поворачивается вокруг вертикальной оси. Если, например, на пульте управления подается команда на подъем тяжелого груза, что в реальности может приводить к легкому наклону структуры крана с легким кручением башни, то пульт управления с помощью приводного блока слегка перемещается вперед и/или слегка наклоняется вперед.
Для особенно близкой к реальности имитации возникающих в реальной работе движений пульта управления, приводной блок может быть выполнен с возможностью движения по многим осям и/или выполнения как вращательных, так и поступательных движений. В частности, пульт управления может быть установлен подвижно по нескольким осям, и приводной блок может содержать по меньшей мере одну вертикальную поворотную ось и по меньшей мере одну горизонтальную ось качания и/или две горизонтально ориентированные оси поступательного движения. Для обеспечения возможности имитации также сложных движений пультом управления, приводной блок может иметь три оси вращения или, соответственно, оси качания, или, соответственно, выполнен с возможностью вращения по трем осям и поступательного движения по трем осям, так что пульт управления может поворачиваться вокруг всех трех пространственных осей и совершать поступательное движение во всех трех пространственных направлениях. В зависимости от подлежащего имитации типа крана или, соответственно, машины можно использовать также более простые варианты выполнения приводного блока с меньшим количеством осей движения.
Согласно другому аспекту изобретения, модуль определения движения может быть выполнен так, что структура крана или, соответственно, машины рассматривается не как неподвижная, т.е. бесконечно жесткая структура, а как упруго деформируемая и/или податливая, и/или относительно мягкая структура, которая дополнительно к осям установочного движения машины, таким как, например, ось качания стрелы или ось поворота башни, допускает движения и/или изменения положения за счет деформации структурных конструктивных элементов. Учет подвижности машинной структуры вследствие деформаций структуры под нагрузкой или при динамических нагрузках как раз в имеющих большую длину, стройных и с точки зрения статических и динамических краевых условий, естественно, с учетом необходимой безопасности, критических структур, таких как краны, имеет значение, поскольку в этом случае добавляются ощутимые доли движения, например, кабины машиниста крана, а также положения грузового крана за счет деформации конструктивных элементов структуры. Для обеспечения действительно реалистичного обучения или, соответственно, реалистичной тренировки модуль определения движения учитывает такие деформации машинной структуры при статических или динамических нагрузках.
В частности, приспособление для определения таких деформаций структуры может иметь вычислительный блок, который вычисляет эти деформации структуры на основании находящейся в памяти вычислительной модели в зависимости от отдаваемых на пульте управления команд управления. Эта модель может быть выполнена аналогично модели конечных элементов или быть моделью конечных элементов, однако при этом предпочтительно применяется модель, значительно упрощенная по сравнению с моделью конечных элементов.
Учитываемые модулем определения движения деформации структурных частей могут, с одной стороны, учитывать управление приводным блоком для перемещения пульта управления, так что пульт управления имитирует возникающие за счет деформации структурных частей движения пульта управления. В качестве альтернативы или дополнительно, определенные деформации структурных частей могут также учитываться при вычислении виртуального изображения окружения машины и/или видимых в нем компонентов машины, например, тем, что в виртуальном изображении видны изгибания стрелы или горизонт окружения крана слегка перемещается вверх для имитации легкого наклона вперед кабины машиниста крана за счет, например, деформации башни.
Для дополнительного повышения реальности ощущений пользователя тренажера согласно другому аспекту изобретения предусмотрено, что в дисплее на поставляемые графическим модулем имитации виртуальные изображения из имитируемого окружения накладываются живые изображения с пульта управления, которые могут показывать, например, движения пользователя приспособления дистанционного управления. В частности, на дисплее могут одновременно отображаться с наложением друг на друга, с одной стороны, генерируемые графическим модулем имитации виртуальные изображения окружения машины и/или видимых машинных компонентов и, с другой стороны, снятые с пульта управления с помощью камеры живые изображения. Такое наложение изображений из мира имитации и живых изображений дает пользователю приспособления дистанционного управления особенно сильное ощущение близости к реальности.
Для этого в качестве дисплея можно использовать носимый на голове, в частности, выполненный в виде очков дисплей, например, в виде очков виртуальной реальности и предпочтительно также носимой на голове, например, выполненной в виде нашлемной камеры или в виде камеры, интегрированной в упомянутые очки виртуальной реальности, которая поставляет указанные живые изображения, которые вместе с искусственно генерированным виртуальным изображением отображаются на дисплее, в частности, в очках виртуальной реальности. Однако можно применять также более простые дисплеи, например, в виде экранов.
В модификации изобретения указанный тренажер может применяться также в качестве блока дистанционного управления для дистанционного управления реальным краном или реальной строительной машиной, при этом предпочтительно между строительной машиной, с одной стороны, и образующим в этом случае блок дистанционного управления тренажером, с другой стороны, предусмотрено соединение связи, с помощью которого подаваемые в блок дистанционного управления команды управления могут передаваться в управляющий блок крана, строительной машины и/или напольного транспортного средства. Реальный кран или, соответственно, соответствующий дистанционно управляемый прибор выполняет подаваемые на пульте управления тренажера или, соответственно, блока дистанционного управления команды управления, одновременно генерируемое на пульте управления виртуальное изображение окружения машины и видимых компонентов машины показывают, как машина выполняет команды управления. При этом может быть предусмотрено запоминание измеренных в реальном приборе параметров движения и сигналов датчиков в блоке дистанционного управления и применения там для генерирования виртуального изображения окружения машины для обеспечения, что действительно показывается соответствующее фактическому окружению и положению машины изображение на дисплее блока дистанционного управления.
Согласно другому аспекту данного изобретения, также управление действительно применяемой на строительной площадке строительной машиной может быть привязано к модели данных здания или, соответственно, BIM-модели. В частности, на основе цифровой информации из модели данных здания можно вмешиваться в управление строительной машиной, и/или может быть параметризовано и/или модифицировано управление строительной машиной.
Такое вмешательство в управление строительной машиной может содержать, например, согласование выполненного ограничения рабочей зоны с данными здания из модели данных здания, при этом предпочтительно можно выполнять динамическое во времени согласование так, что ограничение рабочей зоны может быть согласовано с прогрессом строительства или, соответственно, может изменяться постепенно.
В качестве альтернативы или дополнительно к такому автоматическому согласованию ограничения рабочей зоны, может быть также предусмотрено контролирование прогресса строительства, в котором с помощью подходящего измерительного приспособления, такого как, например, камера и/или сканер, и/или летательный объект, измеряется фактическое состояние здания и/или его окружения и сравнивается с цифровой информацией из модели данных здания. Для измерения фактического состояния можно измерять с помощью камеры контуры здания и/или считывать имеющиеся конструктивные элементы с помощью сканера штрихового кода, и/или измерять с помощью RFID-считывателя, и/или определять данные положения конструктивных элементов и/или контуры здания с помощью определителя места, например, в виде GPS-модуля или радарного измерительного модуля.
На основе сравнения измеренных фактических данных с соответствующими релевантными BIM-данными можно определять, в какой строительной фазе фактически находится здание. На основе этого определения фактической фазы строительства с помощью соответствующего модуля определения строительной фазы можно затем инициировать различные поддерживающие и/или автоматизированные меры. Например, на дисплее строительной машины может отображаться, какие рабочие стадии подлежат выполнению следующими и/или куда следует транспортировать в соответствии с предназначением поставляемый на участок поставки конструктивный элемент. Например, на основе полученной информации из модели данных здания на дисплее на пульте управления строительной машины и/или на пульте управления блока дистанционного управления может быть генерировано виртуальное изображение здания в его соответствующем состоянии, в котором отображается подлежащий перемещению конструктивный элемент и его положение, так что, например, машинист крана может видеть, какой подъем следует выполнять и куда перемещать принятый на крюк конструктивный элемент.
В предпочтительной модификации изобретения для управления строительной машиной может создаваться также блок для автоматического управления подъемом на основе релевантной информации из модели данных здания. При этом указанный блок управления подъемом может быть выполнен для полуавтоматической или полностью автоматической работы с целью автоматического выполнения автоматизированного подъема во взаимодействии с подачей иди деблокированием, или подтверждением команд машиниста, или возможно без таких дополнительных команд управления. Для этого при полуавтоматическом выполнении машинист может идентифицировать подлежащий перемещению с помощью строительной машины конструктивный элемент. В качестве альтернативы может осуществляться также автоматическое распознавание конструктивных элементов, например, с помощью подходящего измерительного приспособления, такого как считыватель штрих-кода и/или распознаватель RFID-кода, и/или сканер, и/или камера для идентификации принимаемого на крюк крана груза. В качестве альтернативного решения или дополнительно к указанному RFID-распознаванию, можно работать также с LWID, т.е. с работающей в низкочастотном диапазоне системой распознавания. В частности, можно работать также с так называемой RuBee-системой распознавания, при этом такая RuBee-система обеспечивает двухстороннюю связь по команде, при этом можно работать, например, в частотном диапазоне примерно 100-150 кГц, но возможно также выше до 450 кГц. Такие RuBee-системы могут содержать микропроцессор с блоком памяти и применением IP-адреса. В частности, для RuBee-распознавания можно применять также магнитные волны и/или индуктивную связь, при этом RuBee-распознавание отличается, в частности, своей стойкостью относительно помех со стороны металлических частей и влажности и тем самым особенно пригодно для использования в строительных машинах или кранах.
Затем для обнаруженного или, соответственно, идентифицированного конструктивного элемента можно на основе модели данных здания и релевантной цифровой информации из него определять, в какое место здания необходимо перемещать конструктивный элемент, при этом для этого можно использовать, в частности, данные положения для соответствующего конструктивного элемента из модели данных здания.
Модуль управления подъемом может из поставляемых моделью данных здания данных, относящихся к идентифицированному конструктивному элементу и, возможно, других характеристик здания, таких как контуры здания, вычислять путь перемещения для автоматизированного подъема, возможно с учетом других топографических данных строительного участка, таких как подъездные пути и т.д.
В качестве альтернативы или дополнительно к такому автоматизированному перемещению строительной машины с помощью указанного блока управления подъемом, может быть предусмотрен блокировочный блок, который во взаимодействии с моделью данных здания может блокировать соответствующий подъем или, соответственно, соответствующий рабочий ход строительной машины, в частности, когда, например, соответствующий конструктивный элемент уже установлен или необходимый для установки конструктивного элемента соединительный блок еще не установлен.
Указанный блокировочный блок может работать во взаимодействии с указанным выше контролированием строительных норм, в частности так, что на основе поясненного выше сравнения заданного и фактического выполнения строительной нормы определяется, готово ли здание для установки соответствующего конструктивного элемента. За счет этого могут быть предотвращены лишние подъемы конструктивных элементов, которые еще не могут быть установлены или, соответственно, положение установки которых еще не готово.
Блокировочный блок и/или указанный выше блок управления подъемом могут быть интегрированы в управляющий блок машины или выполнены в виде инструмента программного обеспечения с возможностью загрузки и/или считывания, или же в виде отдельного запоминающего блока в управляющем блоке машины. Предпочтительно, блокировочный блок и/или блок управления подъемом могут быть параметризированы и/или модифицированы с помощью цифровой информации из модели данных здания.
Ниже приводится более подробное пояснение изобретения на основе предпочтительного примера выполнения и со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:
фиг. 1 - строительная машина в виде крана, управление которым связано с моделью данных здания и который маневрирует грузом в невидимой зоне позади здания;
фиг. 2 - блок-схема связи модели данных здания с управлением краном из фиг. 1, а также с моделью машинных данных, для поддержки проектирования строительства, а также с тренажером для имитации работы крана с помощью данных из модели данных здания.
Как показано на фиг. 1, кран 200, который соединен, как будет пояснено ниже, с моделью 300 данных здания, выполнен в виде башенного поворотного крана, башня 202 которого несет стрелу 203, на которой установлена с возможностью движения крановая тележка 204. Стрела 203 может поворачиваться вместе с башней 202, а также без башни 202, в зависимости от выполнения крана в виде поворачиваемого вверху или внизу крана вокруг вертикальной оси, для чего предусмотрен поворотный приводной механизм. Стрела 203 может быть выполнена также с возможностью качания вверх и вниз вокруг горизонтальной поперечной оси, при этом может быть предусмотрен подходящий привод качания, например, во взаимодействии с натяжением стрелы. Указанная крановая тележка 204 может перемещаться с помощью лебедки или другого силового привода.
Однако вместо показанного крана 200 может применяться также другой кран, например, в виде крана с телескопической стрелой или же строительная машина другого типа, такая как, например, экскаватор, и может быть связан с BIM-моделью или, соответственно, с моделью 300 данных здания.
Как показано на фиг. 2, кран 200 может учитываться уже в фазе проектирования. Для этого модель 500 строительных машин, которая может содержать указанным образом цифровую информацию о различных строительных машинах, в частности различных кранах, включая кран 200 из фиг. 1, может быть соединена с моделью 300 данных здания. Указанная модель 500 строительных машин может быть создана в виде загружаемого инструмента или, соответственно, блока программного обеспечения, который имеет интерфейс, который позволяет связывать модель 500 строительных машин с моделью 300 данных здания, так что обе модели связаны друг с другом и могут обмениваться информацией.
С помощью соединения указанной модели 500 машинных данных может быть упрощен процесс проектирования. В частности, может быть поясненным выше образом осуществляться или, соответственно, определяться выбор крана, позиционирование крана относительно подлежащего возведению здания и рабочих зон крана 200. Для этого в модель 500 строительных машин и/или в модель 300 данных здания могут быть интегрированы подходящие блоки программного обеспечения и/или аппаратные блоки, в частности модуль 520 выбора крана, модуль 530 определения места установки, модуль 700 определения столкновений и модуль 710 установки рабочей зоны.
Как показано на фиг. 2, с моделью 300 данных здания может быть соединен модуль 510 логистики, при этом указанный модуль 510 логистики может быть интегрирован в модель 500 машинных данных и/или выполнен в виде блока программного обеспечения с возможностью загрузки или же в виде отдельного блока, и предпочтительно содержит согласованный с моделью 300 данных здания интерфейс, так что модуль 510 логистики и модель 300 данных здания связаны друг с другом и могут обмениваться данными.
С помощью указанного модуля 510 логистики можно, в частности, автоматизированно выполнять функции логистики относительно выбранной строительной машины. В частности, могут задаваться необходимые для транспортировки строительной машины, например, показанного на фиг. 1 крана 200, транспортные средства и/или задаваться последовательность и моменты времени транспортировки для транспортных средств, и/или создаваться так называемые коллизионные списки или транспортировочные листы.
Кроме того, с моделью 300 данных здания может быть соединен тренажер 1 для генерирования на основе цифровой информации, относящейся к подлежащему возведению или, соответственно, обработке зданию, создаваемой тренажером 1 виртуальной реальности.
При этом пульт 2 управления тренажера 1 само по себе известным образом содержит место оператора, например, в виде кресла оператора, вокруг которого расположены различные средства для ввода команд управления. Указанные средства ввода могут иметь, например, джойстик, сенсорный экран, рычаги управления, клавиши и переключатели ввода, поворотные регуляторы, сдвигаемые регуляторы и т.п.
При этом место оператора окружено стенкой пульта управления, которая в соответствии с корпусом кабины может иметь оконные зоны, которые в настоящей кабине машина застеклены, а на пульте управления 2 тренажера 1 закрашены определенным цветом, например, покрыты зеленой пленкой, с целью обеспечения возможности с помощью технологии зеленого экрана вводить виртуальное окружение машины.
Пульт 2 управления предпочтительно смонтирован на подвижной платформе, с помощью которой пульт управления подвижен по нескольким осям. При этом подвижная платформа предпочтительно выполнена с возможностью движения по нескольким осям, в частности, поворота вокруг всех трех пространственных осей х, y и z и поступательного движения вдоль этих осей.
При этом с осями движения движущейся платформы согласованы исполнительные механизмы приводного блока, например, в виде электродвигателей и/или гидравлических цилиндров и/или гидравлических моторов, с целью обеспечения возможности движения пульта 2 управления вокруг или, соответственно, вдоль названных осей.
При этом приводной блок управляется с помощью блока управления движением, который может быть реализован, например, с помощью промышленного компьютера.
При этом указанный блок управления движением может быть, в частности, частью модуля определения движения, с помощью которого можно определять движения крана и/или положение, и/или ориентацию компонентов крана, таких как, например, стрела крана или башня, а также кручение структурных конструктивных элементов, таких как кран или башня, в зависимости от подаваемых на пульте управления команд управления. Указанный модуль определения движения определяет, так сказать, воздействие вводимых команд управления на подлежащий имитации кран, т.е. какие движения, позиционирования, ориентирования и кручения происходили бы на подлежащем имитации кране вследствие подаваемых команд управления, и выдает соответствующие указанным величинам характеристические сигналы движения.
При этом указанный модуль определения движения определяет названные величины движения не за счет или, соответственно, не полностью за счет вычисления на основе модели вычисления, а использует фактические компоненты оборудования в виде приводных и управляющих компонентов, которые выполняют фактические движения и повторяют соответствующие компоненты обработки на настоящем кране.
Указанный тренажер 1 предпочтительно предназначен для имитации работы соответствующей выбранной строительной машины на основании получаемой из модели 300 данных здания информации, при этом предусмотрен графический имитирующий модуль 9 для генерирования виртуального изображения подлежащего возведению и/или обработке здания на дисплее 3 пульта 2 управления с использованием цифровой информации из модели данных здания.
Предпочтительно, управление тренажером 1 может содержать модуль 600 выбора строительных фаз, с помощью которого может считываться или, соответственно, идентифицироваться цифровая информация для различных фаз строительства здания, на основе которых дисплей 3 тренажера 1 может затем показывать здание в различных фазах строительства, так что машинист может тренировать выполнение различных задач, таких как, например, специальные подъемы в различных строительных фазах.
Для этого может быть предусмотрен модуль 610 имитации задач, который соединен с графическим модулем 9 имитации так, что на дисплее 3 тренажера дополнительно к зданию может быть показано также виртуальное изображение подлежащего обработке конструктивного элемента и путь его перемещения, а также как конструктивный элемент подлежит перемещению.
Хотя это специально не показано на чертеже, с моделью данных здания могут быть соединены также два или более тренажеров 1, которые в принципе могут быть выполнены указанным выше образом. Предпочтительно, при этом предусмотрен вышестоящий блок 620 управления тренажерами, который координирует друг с другом графические модули 9 имитации нескольких тренажеров 1, в частности так, что команды управления и соответствующие машинные действия, которые создаются в одном тренажере, также учитывались в другом тренажере, в частности, в показываемом там виртуальном изображении, и при необходимости также в создаваемых динамических реакциях кресла оператора, как это пояснялось выше.
Указанный тренажер 1 может использоваться также в качестве блока дистанционного управления, с помощью которого можно дистанционно управлять показанным на фиг. 1 краном 200. При этом блок дистанционного управления можно предпочтительно использовать также для дистанционного управления несколькими строительными машинами, которые могут быть установлены на одной и той же или различных строительных площадках, так что блок дистанционного управления образует, так сказать, контрольный центр.
Однако в качестве альтернативы или дополнительно к такому виртуальному изображению, на пульте 2 управления можно применять также подлинное, созданное с помощью камеры изображение окружения крана и/или грузового крюка. Для этого на кране 200 может быть смонтирована по меньшей мере одна камера, живые изображения которой передаются на пульт 2 управления. Такая камера 220 может быть смонтирована, например, на кабине 210 машиниста дистанционно управляемого крана 200 и предпочтительно иметь по меньшей мере приблизительно ось зрения, которая соответствует оси зрения машиниста крана в кабине 210 и/или проходит от кабины 210 к грузовому крюку.
Однако в качестве альтернативы или дополнительно можно применять также другие камеры и/или снимать изображения из другой перспективы и передавать на пульт управления для отображения там. В частности, можно применять беспилотник, который оборудован по меньшей мере одной камерой и может перемещаться с помощью дистанционного управления относительно крана 200.
Для обеспечения возможности видеть грузовой крюк 208, который может быть соединен со скручиваемым с крановой тележки 204 подъемным тросом, или принятый на нем груз или, соответственно, окружение грузового крюка 208 также тогда, когда грузовой крюк 208 находится вне видимой зоны из кабины 206, соответственно, машиниста, например, когда, как показано на фиг. 1, груз подлежит опусканию позади здания, то предусмотрен, согласно изобретению, беспилотник 209, на котором смонтирована по меньшей мере одна камера 210, с помощью которой может получаться изображение грузового крюка 208 и/или окружения грузового крюка. Указанное изображение камеры предпочтительно является живым изображением или изображением в реальном времени в смысле телевизионного изображения или изображения видеокамеры, и передается с камеры 210 беспилотника 209 без проводов на дисплей 211 и/или в блок 205 управления крана 210, при этом указанный дисплей 211 может быть в виде планшета или экрана, или монитора, который может быть смонтирован в кабине 206 машиниста крана. Если указанным выше образом применяется пульт дистанционного управления или мобильный блок управления для управления краном 200, то указанный дисплей 211 может быть предусмотрен в пульте дистанционного управления или на мобильном блоке управления.
Беспилотник 209 снабжен блоком 212 дистанционного управления, который позволяет дистанционно управлять беспилотником 209, в частности агрегатами управления полетом, такими как, например, роторные лопасти, с целью дистанционного управления положением беспилотника 209 и/или камеры 210, в частности, в отношении угла поворота или, соответственно, оси обзора камеры 210 относительно корпуса беспилотника 209, и/или фокусного расстояния камеры 210.
Соответствующий модуль дистанционного управления может быть предусмотрен в кабине 206 машиниста крана или на пульте дистанционного управления, или в мобильном блоке управления, например, снабженным джойстиком. Однако для обеспечения простого управления может быть также предусмотрено голосовое управление и/или с помощью выводимого на экран меню управления для беспилотника 209, например, для выбора из нескольких заданных положений беспилотника 209 относительно крана желаемого относительного положения. Это может осуществляться, например, за счет того, что с помощью голосового управления или управления с помощью меню задается положение 1 беспилотника, которое может быть предварительно запрограммировано или, соответственно, предварительно задано и внесено в память блока 213 управления положением.
Как показано на фиг. 2, с моделью 300 данных здания может быть также соединен кран 200. Для создания BIM-модели или, соответственно, модели 300 данных здания на строительной площадке может быть предусмотрен вычислитель 910 строительной площадки, который может быть расположен в зоне подлежащего возведению здания. За счет этого могут быть уменьшены длинные пути обмена данными и смещение во времени и реализовано свободное или, соответственно, имеющее небольшое смещение во времени взаимодействие между моделью 300 данных здания и краном 200.
За счет соединения крана 200 с моделью 300 данных здания могут быть согласованы или, соответственно, параметризированы различные функции крана, соответственно в общем функции управления соответствующей строительной машины в зависимости от цифровых данных из модели 300 данных здания. Для этого с помощью показанного на фиг. 2 приспособления 900 обмена данными может быть передана соответствующая цифровая информация из модели 300 данных здания в кран 200. Указанное приспособление 900 обмена данными соединяет, в частности, вычислитель 910 строительной площадки с управляющим блоком 205 крана 200.
Модуль 920 конфигурации управления, который может быть включен в управляющий блок 205 крана 200 или же предусмотрен также в вычислителе 910 строительной площадки, предусмотрен для соответствующего согласования указанных функций управления управляющего блока 205 крана 200. В частности, этот модуль 920 конфигурации управления может согласовывать функцию ограничения рабочей зоны крана 200, которая может быть включены в его управляющий блок 205, с помощью цифровых данных из модели 300 данных здания с различными строительными фазами и растущими в соответствии с этим стенами здания и препятствиями.
Независимо от такого согласования ограничения рабочей зоны, соединение с моделью 300 данных здания можно использовать также для автоматического контролирования рабочих фаз. Для этого может определяться, с одной стороны, с помощью подходящего измерительного приспособления 800 фактическое состояние здания, при этом указанное измерительное приспособление 800 может быть в принципе выполнено различно. Например, измерительное приспособление 800 может содержать по меньшей мере одну камеру и/или подходящий дающий изображение датчик, например, в виде смонтированной на беспилотнике 209 камеры 210 или смонтированной на кране 200 камеры 220. Принимающее созданные изображения приспособление обработки изображений может измерять специфические характеристики, например, высоту здания, застроенную поверхность, контуры или т.п., которые характеризуют прогресс строительства. В качестве альтернативы или дополнительно к таким камерам или дающим изображение датчикам, могут быть предусмотрены также другие измерительные средства, такие как, например, сканер или RFID-считыватель для определения, установлены ли уже определенные конструктивные элементы в здании или нет. Такой сканер или RFID-считыватель может быть установлен, например, на крюке 208 крана, или же применяться в виде мобильного прибора, с помощью которого можно вручную сканировать установленные конструктивные элементы.
Измеренное с помощью измерительного приспособления 800 фактическое состояние здания затем с помощью модуля 810 определения строительных фаз, который может быть включен, например, в вычислитель 910 строительной площадки, сравнивается с цифровой информацией из модели 300 данных здания для определения посредством сравнения соответствующей строительной фазы.
На основе определяемой строительной фазы кран 200 может выполнять различные функции. Например, уже полезно, когда соответствующая достигнутая строительная фаза отображается на дисплее крана 200, будь то в кабине 206 машиниста крана или на пульте 2 управления блока дистанционного управления.
Однако с помощью модуля 920 конфигурации управления, который может быть включен в вычислитель 910 строительной площадки или же в управляющий блок 205 крана 200, могут быть адаптированы также другие функции управления в кране 200. Например, на указанном дисплее крана или его блока дистанционного управления может отображаться виртуальное изображение следующей подлежащей выполнению строительной машиной рабочей задачи, например, так, что в виртуальном изображении здания в соответствующей фазе его строительства показывается соответствующий следующий подлежащей установке конструктивный элемент и его положение установки в здании. В качестве альтернативы или дополнительно может указываться в изображении также путь перемещения.
Еще более предпочтительно, с помощью крана 200 могут выполняться автоматические подъемы, в частности, на основе указанного выше контролирования строительных фаз и одновременного определения следующей рабочей стадии. Для этого может быть предусмотрено измерительное приспособление 830, с помощью которого можно определять находящийся в зоне приема или, соответственно, в рабочей зоне крана 200 конструктивный элемент, в частности относительно того, является ли он конструктивным элементом, который должен устанавливаться в следующей рабочей стадии. Указанное измерительное приспособление 830 может содержать, например, сканер штрих-кода или RFID-считыватель, который установлен на крюке крана. Однако понятно, что можно применять также другие измерительные средств для идентификации подлежащего приему конструктивного элемента.
Если тем самым определяется, что подлежащий установке в следующей рабочей фазе конструктивный элемент принят на крюк 208 крана, то указанный модуль 920 конфигурации управления может на основании цифровой информации из модели 300 данных здания подавать в управляющий блок 205 команду на выполнение автоматического подъема, с целью перемещения конструктивного элемента в предназначенное для этого место установки.
Как показано на фиг. 2, с помощью подходящих приборов сканирования или, соответственно, измерительных приспособлений могут быть реализованы также другие функции распознавания, например, распознавание людей, в частности относительно того, находятся ли люди в пути перемещения автоматического подъема или на кране без разрешения и т.д.