СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ РАБОЧЕЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННОЙ МАШИНЫ
SYSTEM OF MEASUREMENT OF WORKING CHARACTERISTIC OF FORESTRY MACHINE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к системе и способу для мониторинга работы подсистемы или рабочей характеристики одной или нескольких функций в лесохозяйственной машине. Изобретение также относится к компьютерной программе, относящейся к способу, и к компьютерному программному продукту.
В особенности согласно одному варианту осуществления изобретение относится к мониторингу текущего состояния для пильной функции харвестера.
В особенности согласно другому варианту осуществления изобретение относится к мониторингу текущего состояния для функции подачи харвестера.
В особенности согласно другому варианту осуществления изобретение относится к мониторингу устройства захвата харвестера.
В особенности согласно другому варианту осуществления изобретение относится к мониторингу производительности лесохозяйственной машины.
В особенности согласно другому варианту осуществления изобретение относится к мониторингу потребления топлива лесохозяйственной машины.
В особенности согласно другому варианту осуществления изобретение относится к мониторингу состояния (блока) передачи гидростатического привода лесохозяйственной машины.
В особенности согласно еще одному варианту осуществления изобретение относится к мониторингу функции крановой системы лесохозяйственной машины.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно, что лесохозяйственные машины включают в состав различные харвестеры, форвардеры и комбинации из них, которые также называют комбинированными машинами. В данном описании такие комбинированные машины также являются включенными, когда упоминаются харвестеры, если рассматриваемая функция подобна функции в харвестере. Известно, что системы управления используются, чтобы управлять лесохозяйственными машинами. Одной системой управления предшествующего уровня техники является Timberjack Timbermatic 300, которая является системой для управления функциями лесохозяйственной машины и конкретно головкой харвестера (валочной головкой) и для измерения и распиловки лесоматериалов. В лесохозяйственной машине система управления управляет, среди прочего, дизельным двигателем, блоком передачи гидростатического привода, головкой харвестера и крановой системой, с которой соединен захват харвестера, а также всеми вспомогательными функциями, связанными с ними. Рассматриваемая система управления работает, например, в операционной среде PC/Windows 2000. В команды распиловки системы управления для подлежащей обработке древесины возможно включать, например, значение, распределение и таблицы цветовой окраски, группы типов древесины и типы стволов. Посредством включенного в состав в системы Timbermatic 300 приложения возможно анализировать и вычислять результаты выработки, такие как количество, длина и диаметр бревен, уровни распределения, группы типов древесины и типы стволов.
Система управления управляет, например, захватом харвестера таким образом, что управление подачей бревна будет автоматически подстраивать скорость подачи и давление подающих роликов и сучкорезных ножей и что функция предохранения от проскальзывания будет предотвращать проскальзывание подающих роликов и будет давать возможность останавливать ствол дерева точно для распила.
Устройство отображения и центральный процессор системы управления помещаются в кабине в пределах досягаемости для водителя. Обычно система также содержит принтер.
Шина управления в контрольно-измерительной автоматике системы управления основывается на известном из уровня техники техническом решении шины CAN (асинхронная последовательная коммуникационная шина), в которой данные пропускаются в цифровой форме. В шине управления измерения и сигналы передаются способом, также как таковым известным. На основе данных является возможным контролировать измерения, относящиеся к продолжительности и функциональному быстродействию различных этапов в ходе обработки. На основании сигналов и измерений получают информацию о функциональных временах и хронометраже для компонентов, отвечающих за различные функции. Компоненты могут быть, например, предназначены для функций крановой системы или головки харвестера, связанной с ней, таких как подача, измерение диаметра, измерение длины, пиление и резка сучьев. Обработка отдельного ствола дерева включает в состав большое количество значений измерений, которые могут храниться в базе данных, которая дополнительно содержит классификацию, например, на основе размерных классов стволов и бревен. Размерный класс ствола является известным на основе значений измерений.
Сниженные технические характеристики форвардера, харвестера или захвата харвестера как в полной системе, так и в ее подсистемах и составляющих функциях будут снижать выгодность лесозаготовительной работы. Было трудно выявлять долгосрочное снижение в рабочей характеристике, поскольку она была основана, например, на субъективных оценках и практическом опыте оператора или обслуживающего персонала и наладчиков, которые могут быть ограничены во времени и относиться только к некоторым отдельным лесохозяйственным машинам. Кроме того, было невозможно достоверным образом оценивать эффекты, вызванные ремонтом и заменами деталей или изменениями в способах работы.
Например, ранее не было возможно достоверным образом осуществлять мониторинг состояния пильной функции или функции подачи харвестера. В технических решениях предшествующего уровня техники, например, периоды времени распиливания сравниваются с установленными аварийными предельными значениями, и когда предел превышается, водителю отображается предупреждающее сообщение. Однако рабочая характеристика пильной системы или, с другой стороны, функции подачи является одним из наиболее важных факторов производительности харвестера. Сниженная рабочая характеристика уменьшит выгодность лесозаготовительной работы, и, если продолжается, отказ может привести к последующему повреждению, которое хуже прежнего, и к остановке выработки.
Кроме того, ранее не было возможным осуществлять мониторинг состояния удержания ствола захватом харвестера. Удержание ствола захватом харвестера является важным фактором производительности, а также точности измерения харвестера. Ухудшенное удержание ствола снизит выгодность лесозаготовительной работы. Например, если зажим сучкорезными ножами является недостаточным, тяговое усилие подающих роликов не будет эффективно передаваться на ствол и, с другой стороны, будет ухудшена точность измерения диаметра. Точность измерения длины также будет ухудшена, поскольку будут возрастать нарушения контакта между мерительным валиком и стволом. Если зажим сучкорезными ножами является слишком сильным, сила трения между ножами и стволом станет слишком большой. Таким образом, скорость подачи и производительность захвата будут снижаться, и потребление топлива увеличится.
3
Ранее не было возможным измерять производительность лесохозяйственной машины таким образом, чтобы измерение было полезным в мониторинге рабочей характеристики и конкретно состояния лесохозяйственной машины. Достаточно высокая производительность харвестера, то есть большое количество лесоматериала, обрабатываемого в кубических метрах в час (м/ч), является основным требованием для экономически жизнеспособной механизированной лесозаготовки. Однако производительность харвестера может быть снижена по ряду причин, таких как сбои или машинные установочные параметры, которые не являются подходящими для условий.
Кроме того, ранее не было возможным измерять потребление топлива лесохозяйственной машины таким образом, чтобы измерение было полезным для мониторинга состояния машины. Ранее измерялось прямое потребление в час, которое не является достаточным для оценки состояния лесохозяйственной машины и для долгосрочного мониторинга рабочей характеристики.
В отношении блока передачи привода лесохозяйственной машины, то есть форвардера и харвестера, контролировалось количество рабочих часов, что, однако, не является достаточным для мониторинга состояния и более тщательного определения потребности в обслуживании. Точно так же не было возможным осуществлять мониторинг состояния крановой системы харвестера или форвардера достаточно точно.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ согласно изобретению представлен в пункте 1 формулы изобретения. Система согласно изобретению представлена в пункте 16 формулы изобретения.
Изобретение относится к измерению состояния или характеристического значения для рабочей характеристики одной или нескольких подсистем в лесохозяйственной машине и к представлению результата оператору. Каждая функция измерения включает в состав фильтрацию мешающих данных для каждого отдельного случая и обработку данных для (получения) достоверного характеристического значения, которое может использоваться в обслуживании и оптимизации рабочей характеристики машины.
Вычисление характеристических значений обычно выполняется в виде четырех этапов: измерения, удаления анормальных значений измерений, классификации и компенсации данных измерений и вычисления характеристического значения. После того как характеристическое значение было вычислено в реальном времени, результат сохраняется, и пользователь потом может наблюдать динамику изменения характеристического значения для требуемого промежутка времени. Подсистемы лесохозяйственной машины, подлежащие исследованию в изобретении, включают в состав, например, систему передачи гидростатического привода, крановую систему, пильную функцию харвестера, функцию подачи харвестера и функцию удержания ствола харвестера. Характеристическими значениями для рабочей характеристики, подлежащей исследованию, являются производительность и экономия топлива харвестера.
Посредством изобретения теперь является возможным контролировать техническую характеристику лесохозяйственных машин, таких как форвардеры, харвестеры и захваты харвестеров, и мониторинг тренда долгосрочно, то есть изменение во времени, может быть осуществлен путем использования измерений значений индексов для различных составляющих функций лесохозяйственной машины. Мониторинг осуществляется посредством хранения достаточных данных предыстории или посредством отображения изменения графически либо в форме численных данных, или посредством извлечения данных предыстории для анализа. Посредством изобретения является возможным сравнивать данные, относящиеся к выполнению функции, и данные рабочей характеристики, измеренные в различных условиях работы лесохозяйственной машины, поскольку подлежащие определению значения индексов могут быть созданы независимыми от переменных факторов, если требуется. Значения индексов могут использоваться, чтобы отображать наиболее существенную информацию в очень компактной форме; другими словами, полное представление рабочей характеристики машины может быть извлечено из многомерных данных измерений и большого количества одиночных измерений. Индекс, используемый в качестве характеристического значения, определяется многократно, причем он определяется, например, с заданными интервалами, когда удовлетворяются некоторые условия или, например, когда выполнено достаточно большое количество обработки или число бревен. Данные используются в системе для мониторинга состояния лесохозяйственной машины, а иллюстративный, всесторонний и подробный характер данных обеспечивает превосходное основание для экспертных оценок относительно того, какова характеристика рассматриваемой лесохозяйственной машины, в которой могут иметь место возможные проблемы, и что должно быть сделано, чтобы улучшить рабочую характеристику.
Конкретно, когда измеряется характеристика лесохозяйственной машины, еще одной особой проблемой является зависимость значений измерений от условий работы и стиля вождения водителя. Даже эти проблемы могут быть решены в соответствии с изобретением.
Разработанный способ измерения и вычисления формирует характеристическое значение, указывающее общую рабочую характеристику, например, пильной системы или функции подачи (SAWING INDEX, FEEDING INDEX). Пильная система состоит из системы, которую образуют, например, дизельный двигатель, приводной насос, двигатель приводной пилы и цепная пила. Изменения в значении характеристического значения, которое постоянно обновляется, указывают изменения в техническом состоянии пильной системы или функции подачи.
Кроме того, разработанный способ измерения и вычисления формирует характеристическое значение, указывающее, насколько хорошо ствол, подлежащий обработке, оставался в зажиме захвата. Изменения в значении характеристического значения, которое постоянно обновляется, указывают технические проблемы в функции сучкорезных ножей, поддерживающих ствол. Слишком высокий индекс указывает слишком низкое зажимное давление ножей, и низкий индекс указывает слишком высокое зажимное давление.
Кроме того, разработанный способ измерения и вычисления формирует характеристическое значение, которое достоверно указывает уровень потребления топлива лесохозяйственной машины (FUEL CONSUMPTION INDEX) или производительность харвестера (MACHINE PRODUCTIVITY INDEX) в нормальной лесозаготовительной работе. Изменения в значении характеристического значения, которое постоянно обновляется, указывает изменения, например, в технической экономии топлива.
Кроме того, изобретение обеспечивает индекс, предназначенный для состояния передачи привода как харвестера, так и форвардера, указывающий, например, отношение между требуемой скоростью вращения гидравлического двигателя и используемой скоростью вращения. Система передачи привода обычно содержит гидравлический двигатель и гидравлический насос, действующие в замкнутой системе. Посредством мониторинга распределения нагрузки выявляются относительные изменения в передаче привода и потребности в обслуживании. Данные предыстории являются важным источником информации в непредвиденных событиях сбоя.
Кроме того, изобретение обеспечивает индекс, указывающий рабочую характеристику крановой системы, описывающий функцию крановой системы либо в форвардере, либо в харвестере.
Благодаря изобретению сниженная рабочая характеристика выявляется насколько возможно рано. Рабочая характеристика может быть восстановлена до приемлемого уровня быстрее, чем прежде, и средняя производительность машин увеличится. Ремонтные работы могут выполняться заранее в связи с обычным обслуживанием, и полученное таким образом повышение коэффициента использования будет также повышать среднюю производительность.
Благодаря изобретению ошибки в удержании ствола выявляются насколько возможно рано и причины могут быть установлены немедленно. Рабочая характеристика может быть поднята до приемлемого уровня скорее, чем прежде, и средняя производительность, и средняя точность измерения машины будет улучшена.
Благодаря изобретению повышенное потребление топлива или ухудшенная производительность будут выявляться насколько возможно рано. Экономия топлива или производительность могут быть восстановлены до приемлемого уровня скорее, чем прежде, и эксплуатационные расходы для машины будут снижены. Ремонтные работы могут выполняться заранее, и коэффициент использования увеличится.
Пильная система или функция подачи харвестера подвергаются множеству факторов естественных помех, включая, например, разброс значений твердости древесины и разброс значений температуры масла для гидравлических систем (особенно пильной системы) или разброс значений в размере стволов, подлежащих обработке (особенно функции подачи). Вследствие многочисленных естественных разбросов значений в рабочей характеристике является трудным контролировать функцию подачи и не была возможна достоверная оценка состояния пильной системы посредством технических решений предшествующего уровня техники для мониторинга времени резки пилой. В технических решениях мониторинга, соответствующих предшествующему уровню техники, водитель или наладчик не были способны просматривать предысторию рабочей характеристики пильной системы. Анализ предыстории рабочей характеристики, допускаемый согласно изобретению, является важным требованием для эффективного поиска неисправностей и ремонтных работ.
Вследствие многочисленных естественных разбросов значений в рабочей характеристике также является трудным осуществлять мониторинг состояния функции подачи. Мониторинг состояния дополнительно усложняется многими этапами функции подачи (ускорение, подача с постоянной скоростью, этап торможения и подача к точке поперечной резки) и различными факторами естественных помех, относящихся к этим этапам, которые должны быть скорректированы. Изобретение дает возможность полезного технического решения для мониторинга состояния подачи, которое допускает мониторинг общей эффективности подачи, а также нормальное выполнение частичных этапов.
Удержание ствола головкой харвестера подвергается ряду факторов естественных помех, таких как разбросы значений в размере стволов, подлежащих обработке, разбросы значений в ветвистости и разбросы значений давления в гидравлической системе машины. Вследствие многих факторов помех является трудным осуществлять мониторинг состояния удержания ствола. Изобретение делает мониторинг возможным также в этом отношении.
Производительность харвестера находится под влиянием множества факторов естественных помех, таких как размер подлежащих заготовке стволов, условия местности и навыки водителя. Вследствие многочисленных естественных изменений в потреблении достоверная эволюция состояния машины была невозможна с помощью технических решений мониторинга, соответствующих предшествующему уровню техники. В технических решениях мониторинга предшествующего уровня техники водитель или наладчик не могут просматривать динамику изменения производительности. Анализ динамики изменения производительности является важным требованием для эффективного поиска неисправностей и ремонтных работ.
На потребление топлива лесохозяйственной машины влияет множество факторов естественных помех, таких как размер подлежащих заготовке деревьев и условия местности. Вследствие многочисленных естественных изменений в потреблении достоверная оценка состояния машины не является возможной с наличием технических решений мониторинга предшествующего уровня техники. В технических решениях мониторинга предшествующего уровня техники водитель или наладчик не могут просматривать динамику изменения потребления топлива. Анализ предыстории потребления, допускаемый в соответствии с изобретением, является требованием для эффективного поиска неисправностей и ремонтных работ.
В различных вариантах осуществления изобретение содержит этапы вычисления в реальном времени, например, характеристического значения для рабочей характеристики резки пилой или подачи, характеристического значения для рабочей характеристики потребления топлива, характеристического значения для рабочей характеристики крановой системы, характеристического значения для состояния передачи привода или характеристического значения производительности; сохранения характеристического значения и отображения оператору предыстории рабочей характеристики. Измерение, вычисление и отображение результатов исполняются в персональном компьютере (PC), относящемся к системе управления лесохозяйственной машиной.
В различных вариантах осуществления изобретение также содержит этапы вычисления в реальном времени характеристического значения для удержания ствола, сохранения характеристического значения и отображения оператору предыстории рабочей характеристики. Измерение, вычисление и отображение результатов исполняются в модулях, относящихся к системе управления машиной.
В своей общей форме способ согласно изобретению содержит этапы вычисления требуемого характеристического значения в реальном времени, сохранения характеристического значения и отображения оператору предыстории рабочей характеристики. Измерение, вычисление и отображение результатов исполняются в модулях, относящихся к системе управления машиной.
Конкретное преимущество состоит в том, что реализация различных вариантов осуществления изобретения не требует включения в машину новых датчиков или вычислительных модулей, если это не требуется. Путем включения в состав новых датчиков также является возможным контролировать объекты, которые обычно не включаются в мониторинг посредством системы управления лесохозяйственной машиной, но которые могут быть значимыми для мониторинга состояния.
В некоторых вариантах осуществления система и способ согласно изобретению используют данные основных измерений относительно времени распила, функции подачи или потребления топлива, которые подвергаются помехам, или данные измерений, полученные от шины системы управления харвестера для определения производительности, чтобы вырабатывать достоверное характеристическое значение рабочей характеристики, которое может использоваться в качестве основы для ремонтных мер. Это не является возможным посредством решений предшествующего уровня техники, предназначенных для мониторинга пильной функции, функции подачи или потребления топлива. Кроме того, способы предшествующего уровня техники не допускают мониторинг производительности. Дополнительно, использование изобретения делается более эффективным посредством хранения характеристических значений в запоминающем устройстве и отображения оператору предыстории рабочей характеристики.
В одном варианте осуществления способ вычисления согласно изобретению использует основные измерения диаметра и длины, чтобы обрабатывать характеристическое значение удержания ствола, которое может использоваться в качестве основы для ремонтных мер и настройки установочных параметров захвата. Это не допускается никаким решением мониторинга, соответствующим предшествующему уровню техники.
Наиболее важным признаком графического представления предыстории характеристического значения согласно различным вариантам осуществления изобретения является то, что оно является иллюстративным для оператора. Предыстория индекса может быть отображена графически различными способами.
Индексы, выведенные в различных примерах осуществления изобретения, могут использоваться для вычисления более общего индекса, чтобы описывать полную работу лесохозяйственной машины, например, с использованием взвешенного среднего. Значения индексов для различных составляющих функций используются для настройки оптимальным образом различных управляющих параметров системы управления лесохозяйственной машиной.
Характеристическое значение, выведенное в различных примерах осуществления изобретения, может использоваться в качестве основы для адаптивной настройки соответствующей пильной системы, или функции подачи, или экономии топлива, или производительности, или зажима бревна. Адаптивное управление повысит производительность или снизит, например, потребление топлива посредством автоматического выбора оптимальных параметров для различных ситуаций использования. Работа водителя станет более простой, если параметры не будут нуждаться в изменении.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В нижеследующем изобретение будет описано более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг.1 показывает лесохозяйственную машину, которая является харвестером и в которой применяется изобретение,
Фиг.2 показывает головку харвестера, для мониторинга характеристики которого изобретение применяется,
Фиг.3 показывает кабину харвестера и оборудование системы управления, помещенное в ней,
Фиг.4 показывает оборудование на Фиг.3 более подробно,
Фиг.5 - общий вид, показывающий структуру системы цифрового управления и измерения согласно одному варианту осуществления харвестера, в котором изобретение применяется,
Фиг.6 показывает более подробно структуру системы управления и измерения на Фиг.5,
Фиг.7 показывает различные этапы способа согласно изобретению в виде блок-схемы,
Фиг.8 показывает отображение и классификацию данных для функции подачи,
Фиг.9 показывает отображение данных предыстории для индекса, предназначенного для головки харвестера,
Фиг.10 показывает отображение данных предыстории индекса для функции подачи,
Фиг.11 показывает отображение и классификацию данных для функции подачи,
Фиг.12 показывает отображение данных предыстории индекса для пильной функции,
Фиг.13 показывает отображение данных предыстории характеристического значения, предназначенного для удержания ствола,
Фиг.14 показывает отображение данных предыстории индекса для производительности, и
Фиг.15 показывает отображение данных предыстории индекса для потребления топлива.
БОЛЕЕ ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг.1 показана соответствующая предшествующему уровню техники лесохозяйственная машина, которой является известный по существу тип харвестера Timberjack 1070D и в которой может применяться система в соответствии с изобретением. Харвестер оснащен рамным рулевым управлением, и он содержит крановую систему, конец которой оснащен головкой харвестера, предназначенной для обработки стволов. В этом случае системой управления харвестера является Timbermatic 300, которая является измерительно-управляющей системой на основе PC и в которой встроены приложения, предназначенные для измерения рабочей характеристики согласно изобретению.
На Фиг.2 показана более подробно головка харвестера согласно предшествующему уровню техники, несколько вариантов осуществления изобретения относятся к ее мониторингу. Головка харвестера содержит верхние сучкорезные ножи 21, нижние сучкорезные ножи 210, подающие ролики 25, двигатель 26 пилы, элементы 29 для подачи направляющей шины пилы и для управления ее позицией и функцию 211 наклона, которые по существу все являются известными. Головка харвестера используется, чтобы измерять диаметр ствола, обычно посредством верхних сучкорезных ножей, и чтобы измерять длину посредством мерительного валика.
На Фиг.3 и 4 используется одинаковая нумерация для одинаковых элементов. На Фиг.3 показана более подробно кабина харвестера с тем, чтобы было лучше проиллюстрировано размещение оборудования системы управления. На Фиг.4 в свою очередь показаны более подробно компоненты упомянутого оборудования. Оборудование системы управления содержит панели 1 управления, модуль 2 отображения, клавиатуру 3 PC, сенсорное устройство «мышь» 4, центральный процессор (HPC-CPU) с наличием процессора и запоминающего устройства 5, принтер 6, модуль 7 концентратора и модуль посадочного места 8 (Ch). Характеристическое значение предыстории системы согласно изобретению отображается пользователю графически на модуле отображения. Структура графического представления может разниться, включая, например, в 2-мерной системе координат большое разнообразие криволинейных или линейных сегментов, или столбчатых диаграмм, или других иллюстративных представлений, даже численное представление или перечень в табличной форме, которая является особенно подходящей для распечаток.
Для реализации различных вариантов осуществления изобретения требуемое приложение и программное обеспечение, включенные в него, устанавливают в центральный процессор системы управления, содержащей необходимое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM) и запоминающее устройство большой емкости. Приложения являются либо установленными в новой лесохозяйственной машине, либо модернизированными в старой лесохозяйственной машине, в каком случае носителем для переноса приложений является, например, постоянное запоминающее устройство на компакт-диске (CD-ROM). Требуемый привод накопителя на компакт-диске (CD) обеспечивается, например, в модуле отображения. Система управления использует операционную систему, по существу известную, под управлением которой приложение запускается.
Среда исполнения может состоять из различных компьютеров вместе с их операционными системами, конкретно систем управления лесохозяйственными машинами на основе процессора, то есть харвестерами, которые предназначены для запуска приложений и программного обеспечения, чтобы использовать систему управления, и в таком случае это может быть конкретно персональный компьютер (PC), установленный в лесохозяйственной машине, или рабочая станция, действующая как таковая и содержащая операционную систему, подходящую для этой цели. Оборудование и операционная система содержат прикладные и протокольные средства, необходимые для передачи данных с помощью других устройств. Операционная система является предпочтительно готовой к эксплуатации системой предшествующего уровня техники, которая даже предоставляет услуги готового к передаче потока данных, например, в шине CAN. Система измерительно-управляющей системы лесохозяйственной машины содержит необходимый управляющий компьютер, чтобы исполнять компьютерную программу, включающую в состав способ согласно изобретению.
Фиг.5, в свою очередь, является более подробным представлением, показывающим структуру системы цифрового управления и измерения для лесохозяйственной машины, и конкретно харвестера, на основе технологии шины CAN (Controlled Area Network, асинхронная последовательная коммуникационная шина по протоколу CAN) и распределенного управления. Система состоит из независимых модулей с развитой логикой, взаимодействующих через шину CAN. Технология шины CAN допускает модульную структуру. Системой является, например, Timbermatic 300, которая содержит графический пользовательский интерфейс. Система управляет дизельным двигателем, блоком передачи гидростатического привода, крановой системой и головкой харвестера, а также вспомогательными функциями, относящимися к ним.
Система обычно состоит из шести или семи модулей в шине CAN, показанных более подробно на Фиг.6. Модули системы включают в состав модуль HPC-D отображения, центральный процессор HPC-CPU (Harvester PC - Computer Processor Unit) компьютера и модуль-концентратор распределения шины (модуль Hub), с которым другие модули непосредственно соединены, кроме модуля устройства отображения и модуля головки харвестера. Модуль ННМ головки харвестера (Harvester Head Module) обрабатывает и передает все сигналы управления на валочную головку и данные измерения от нее. Модуль ННМ головки харвестера непосредственно соединен с центральным процессором HPC-CPU. Все устройства управления, необходимые для управления системой, соединяются с модулем Ch посадочного места. Крановый модуль Сr отвечает за управление клапанами крановой системы. Модуль Тr передачи отвечает за управление и взаимодействие дизельного двигателя, блока передачи привода и вспомогательных функций, относящихся к основной машине. Многофункциональный модуль Mf является необязательным, а ECU является модулем системы управления двигателем для управления и мониторинга функций двигателя. В форвардере система содержит меньшее количество модулей, однако имеет соответствующую структуру, например, относительно крановой системы, когда изобретение также применяется в форвардерах.
Основные измеренные данные для различных вариантов осуществления изобретения получают из цифровой коммуникационной шины, соединяющей модули системы управления лесохозяйственной машины, обычно шины CAN в лесохозяйственных машинах. Программное обеспечение измерения избирает требуемые сигналы из коммуникационной шины в течение нормального использования, помечает их временными отметками и буферизует их для дальнейшей обработки.
Измерения и сигналы из шины управления системы управления лесохозяйственной машиной могут накапливаться и сохраняться в базе данных, и данные измерения могут классифицироваться по стволам (от ствола к стволу) и по бревнам, используя различные размерные классы величин обработанной древесины. Значения измерения могут накапливаться в соответствии с некоторыми условиями измерения рабочих состояний лесохозяйственной машины, и вычисленные значения могут быть обработаны и выведены исходя из данных измерений прежде, чем они сохраняются в базе данных. Например, измерения рабочей характеристики и эффективности для устройства захвата харвестера основаны на измерении продолжительности и функционального быстродействия различных этапов в ходе обработки. Обработка отдельного ствола включает в состав большое количество значений измерений, и многие из измерений являются строго зависимыми друг от друга. Конкретно, когда измеряется характеристика лесохозяйственной машины, особой проблемой является также зависимость значений измерений от условий работы и стиля вождения водителя.
Мониторинг долгосрочного тренда в технической характеристике лесохозяйственной машины или харвестера и головки харвестера может быть осуществлен с использованием измерений значений индекса для различных составляющих функций лесохозяйственной машины. В способе измерения выбранные для вычисления исходные данные содержат такие измерения составляющих функций лесохозяйственной машины, на измеренные значения которых не влияет действие водителя машины. Наиболее существенным фактором относительно измерения технического рабочего состояния и рабочей характеристики харвестера является уровень загрузки машины, который пропорционален размеру стволов обработанных деревьев. Влияние величины обработанных стволов на различные значения измерений корректируют в выбранных измерениях на основном уровне. Данные о рабочей характеристике лесохозяйственной машины, измеренной в различных условиях использования, могут сравниваться иллюстративным образом, поскольку значения индексов, подлежащие определению, являются насколько возможно независимыми, например, для распределения размеров стволов для данного запаса древесины, отмеченного для вырубки. Значения индексов могут использоваться, чтобы отображать наиболее существенную информацию в очень компактной форме, то есть полное представление рабочей характеристики машины на основании многомерных данных измерений и большого количества одиночных измерений.
Достаточное количество статистически представительных данных требуется, чтобы вычислять индексы (I) для составляющих функций лесохозяйственной машины, причем отдельное значение индекса может быть вычислено на основании, например, 100 (или от 50 до 200) измерений стволов. Когда значения индексов вычисляются в виде среднего числа на основании достаточно большого количества размеров стволов, результат измерения рабочей характеристики не будет слишком чувствительным, чтобы реагировать на отдельные отклонения результатов измерений. Таким образом, отдельные значения индексов являются сравнимыми друг с другом, и различие между значениями индексов непосредственно указывает изменение в рабочей характеристике составляющей функции харвестера. На основе значений индексов является возможным выбрать, для извлечения данных измерений, точно промежуток времени, в который характеристика данной подсистемы харвестера, возможно, изменилась. Фактические причины изменения в рабочей характеристике лесохозяйственной машины могут быть найдены посредством исследования этих более подробных данных измерений относительно данной составляющей функции. Измерения индексов могут использоваться в качестве части системы для мониторинга состояния лесохозяйственной машины. Значения индексов, представляющие измерения различных составляющих функций лесохозяйственной машины, являются независимыми друг от друга, причем возможный отказ в данной составляющей функции может быть локализован более легко.
Вычисление индекса является конкретно подходящим для измерений изменений в технической характеристике лесохозяйственной машины. Общая производительность рассматривается наиболее существенным измерением для рабочей характеристики лесохозяйственной машины, и она может быть вычислена, например, в виде функции от размера ствола. Факторы относительно общей производительности включают в состав техническую характеристику лесохозяйственной машины, эффективность работы водителя и изменения в состояниях.
Посредством измерений индексов для различных составляющих функций также является возможным определять влияние технической характеристики и эффективности работы водителя на общую производительность рабочей машины. Исходные значения, используемые для вычисления значений индексов, включают в состав только индексы, измеряющие техническую характеристику лесохозяйственной машины, причем могут использоваться различные индексы, чтобы оценивать, в какой степени возможное изменение в общей производительности является явным результатом изменения в технической характеристике.
Различные составляющие функции харвестера, в которой применяется изобретение, включают в состав, например, пильную функцию, функцию подачи, удержание ствола, мониторинг производительности, мониторинг передачи привода, функцию крановой системы и мониторинг потребления топлива. Конкретно мониторинг передачи привода также является составляющей функцией, относящейся к форвардеру.
Вычисление значений индексов
Реализация вычисления индекса также может основываться на иерархическом вычислении измерений, в котором значения индексов на верхнем уровне подсистемы в лесохозяйственной машине вычисляются на основании значений индексов различных составляющих функций. Например, индекс, представляющий общую рабочую характеристику устройства захвата харвестера, может быть вычислен на основании нескольких значений индексов для составляющих функций захвата харвестера. Значения индексов для различных составляющих функций захвата харвестера также могут использоваться в оптическом регулировании различных управляющих параметров для системы управления харвестера.
Начальной точкой для вычисления индекса является, например, определение таких индексов, измеряющих техническую характеристику харвестера и захвата харвестера, которые являются достаточно значимыми для оценки рабочей характеристики машины. Вычисленные индексы, выведенные на основании этих измерений на основном уровне, используются также в качестве входных данных в вычислении индекса.
В нижеследующем вычисление значений индексов будет обсуждаться посредством некоторых подходящих вариантов осуществления и примеров изобретения. В то же время делается ссылка на Фиг.7, на которой показаны используемый в вычислении способ и различные этапы в нем. Индекс вычисляется в четыре этапа, которые включают в состав измерение 70, также включающее в состав сохранение 712 измерений в случае необходимости, например, в базе данных, удаление 71 анормальных значений измерений, классификацию 72 данных измерений, коррекцию 73 данных измерений и вычисление 74 индекса, которое также включает в состав масштабирование 77 индексного значения и использование 78 максимальных и минимальных значений параметров для значений индексов. Максимальное и минимальное значения параметра устанавливаются на этапе 79 на основе, например, установленных предельных значений или эмпирических данных или статистических свойств данных измерений. Вычисление также включает в состав хранение 711 индексов и характеристических значений для требуемого промежутка времени, после которого результаты отображаются пользователю в требуемой форме. Этапы вычисления могут собираться различными способами. В сравнении между альтернативными способами вычисления наиболее важным критерием является достоверность индекса. Представленные технические решения вычисления для определения различных индексов рабочей характеристики удовлетворяют критерию достоверности используемого индекса. Альтернативные технические решения вычисления также могут оцениваться, например, в отношении требуемой вычислительной способности или пространства запоминающего устройства центрального процессора (HPC-CPU) используемых аппаратных средств компьютера.
Этап: измерение
Обсуждаются измерения 75 и данные 76 нагрузки, используемые различными вариантами осуществления изобретения. Измерения не ограничиваются только представленными примерами.
В варианте осуществления изобретения, в котором контролировалась пильная функция (двигатель 26 пилы, элемент 29 управления подачей и позицией для направляющей шины пилы), основными используемыми измерениями являются время резки пилой, диаметр резки и породы древесины. Время резки пилой определяется на основании разности во времени между командой SAW (пилить) от системы управления на модуль (ННМ) управления захватом и сигналом SAWING FINISHED (резка пилой завершена) от модуля управления захватом. Диаметр резки считывается из сигнала DIAMETER от модуля управления захватом. Данные о породах древесины считываются из сигнала WOOD SORT (вид древесины), который будет передаваться на модуль управления захватом.
В том варианте осуществления изобретения, в котором контролируется функция подачи (подающие ролики 23), основными используемыми измерениями являются время подачи каждого бревна, которое может быть разделено на несколько времен рабочего цикла, таких как: время ускорения, подача с постоянной скоростью, продолжительность этапа торможения и продолжительность этапа подачи к точке поперечной резки, и порядковый номер пиловочного бревна. В дополнение к ним введена общая величина бревна.
В том варианте осуществления изобретения, в котором контролировалось удержание ствола (верхние сучкорезные ножи 21 и нижние сучкорезные ножи 210), основными используемыми измерениями являются значения длины и диаметра, полученные с промежутками приблизительно 10 см в течение подачи каждого бревна. Со ссылкой на удержание ствола формируется профиль диаметра ствола из значений длины и диаметра каждого бревна. На основании этого профиля идентифицируют крайне значительные изменения в диаметре. Определяется статистический максимум для разности между двумя последовательными местоположениями диаметров, и его превышение будет означать значительное внезапное перемещение сучкорезных ножей. Общее количество этих внезапных изменений будет формировать конкретный для бревна индекс относительно удержания ствола. Если сучкорезные ножи являются свободными, проблема выражается посредством высоких значений индексов. Слишком напряженные ножи, в свою очередь, уменьшат целевое значение индекса.
В том варианте осуществления изобретения, в котором контролировалась производительность, основными используемыми измерениями являются данные о диаметре и длине ствола, полученные от модуля (ННМ) управления захватом харвестера, а также продолжительности различных этапов обработки дерева.
В том варианте осуществления изобретения, в котором контролировалась экономия топлива, основными используемыми измерениями являются общее время обработки ствола и количество топлива, используемого для обработки, например, в литрах или, в качестве альтернативы, потребление топлива в виде постоянного измерения во времени в течение обработки, например, в литрах в час, исходя из которого является возможным измерять потребление топлива отдельно для пильной функции и функции подачи.
В том варианте осуществления изобретения, в котором контролировалась передача привода, подлежащие мониторингу сигналы CAN включают в состав команды скорости от педали, выбор направления движения, команды, введенные через рычаг управления, скорость вращения гидравлического двигателя и фактор загрузки, описывающий загрузку дизельного двигателя, а также температуру масла и, возможно, также уровень давления привода трансмиссии.
В том варианте осуществления изобретения, в котором контролировалась крановая система, основными используемыми измерениями являются для харвестера управляющие сигналы и операционные времена соединений форвардера для каждого бревна, а также профили диаметров и длины бревен. Если лесохозяйственная машина оснащена измерением давления гидравлической системы для крановой системы, также регистрируются измерения давления. При использовании форвардера операционные времена соединений крановой системы измеряются для каждого этапа в течение погрузки или разгрузки ствола дерева. Кроме того, регистрируется вес поднятого груза, полученный от грузовых весов, и давление гидравлической системы, если лесохозяйственная машина оборудована соответствующими датчиками. Грузовые весы соединяются между крановой системой и головкой харвестера или в форвардере между крановой системой и погрузочным захватом.
Этап: удаление анормальных значений измерения
На следующем этапе вычисления индекса анормальные значения измерений, которые имеются вследствие, например, ненормальной ситуации или ошибок измерений, удаляются из измерений для основного уровня составляющих функций. Для каждой отдельной переменной измерения установлены верхний предел и нижний предел в соответствии с измерениями статистического среднего или эмпирическими данными. Некорректное измерение, относящееся к отдельному стволу или бревну, удалятся, но остальные измерения внутри допустимых пределов измерений включаются в вычисление.
Этот этап обсуждается по отношению к различным вариантам осуществления изобретения.
Для пильной функции нижний предел и верхний предел устанавливаются для одиночных измерений времени резки пилой в соответствии со статистическими средними и эмпирическими данными.
Для функции подачи нижний предел и верхний предел устанавливаются для общего времени подачи бревна и для времен частичных этапов в соответствии со статистическими средними и эмпирическими данными. Для пильной функции, а также для функции подачи одиночное некорректное измерение удаляется, но измерения, остающиеся между допустимыми пределами, включаются в дальнейшие вычисления.
В мониторинге производительности нижний предел и верхний предел устанавливаются для общей продолжительности обработки отдельных стволов в соответствии со статистическими средними и эмпирическими данными. Если общая продолжительность обработки ствола находится вне этих пределов, ствол не принимается во внимание в вычислении индекса.
Для экономии топлива нижний предел и верхний предел устанавливаются для измерений потребления топлива для отдельных стволов в соответствии со статистическими средними и эмпирическими данными. Некорректное измерение, касающееся отдельного ствола, удаляется, но измерения, попадающие в пределы допустимого диапазона, включаются в дальнейшее вычисление.
Для передачи привода точка измерения принимается, если приводная гидравлика не находится в использовании, то есть если сигналы от рычага управления не являются активными, направлением движения является «вперед», и скорость вращения гидравлического двигателя больше установленного порогового значения. В дополнение к этому значение скорости вращения гидравлического двигателя исследуется и принимается для использования, если оно удовлетворяет установленному критерию. В то же время целью является принятие точки измерения, только когда передача привода не находится в ситуации динамического изменения, так что ошибки, вызванные динамикой, не влияют на вычисление.
Для крановой системы верхний и нижний пределы устанавливаются для относящихся к соединению времен рабочих характеристик и для общего времени в соответствии со статистическими средними и эмпирическими данными. Одиночное некорректное измерение удаляется, но измерения, попадающие в пределы допустимого диапазона, включаются в дальнейшие вычисления.
Этап: классификация и коррекция данных измерения
Данные измерения составляющих функций, из которых были удалены анормальные значения измерений, обрабатывают таким способом, что будет скорректировано влияние рабочих условий на значения измерения. Вычисление коррекции используется, чтобы нормировать измерения рабочей характеристики для различных этапов рабочего процесса лесохозяйственной машины таким образом, что измеренная рабочая характеристика не зависит, например, от размера ствола обработанной древесины. Большую часть измерений рабочей характеристики, относящихся к стволу или пиловочному бревну, следует корректировать по отношению к оставшейся величине обработанного ствола или типу бревна.
Бревна в соответствии с типом классифицируются на комлевые, промежуточные и вершинные бревна. Данные о типе бревна также указывают, до некоторой степени, ветвистость обработанного бревна, которая влияет на нагрузку обработки харвестера и, среди прочего, на скорость обработки.
На различные значения основных измерений воздействуют различные факторы коррекции, и один или несколько факторов коррекции можно использовать для каждого основного измерения. В дополнение к оставшейся величине ствола и величине бревна в качестве факторов коррекции также является возможным использовать общую величину ствола, породу древесины или количество бревен, вырубленных из ствола.
При коррекции влияния величины бревна выбирается некоторое количество размерных классов стволов, чтобы классифицировать одиночные измерения рабочей характеристики харвестера. Отдельное значение индекса вычисляется для каждого элемента данных измерений относительно размерного класса ствола, и окончательное значение индекса получают посредством вычисления взвешенного среднего на основании значений индексов для всех размерных классов стволов, взвешенных согласно количеству значений измерений для каждого размерного класса ствола.
Обсуждается классификация по отношению к различным вариантам осуществления изобретения.
Для пильной функции измеренные времена резки пилой классифицируются согласно диаметру и породе древесины.
Для функции подачи измеренные времена подачи и частичные времена рабочего цикла классифицируются согласно оставшейся величине и типу бревна для каждой породы древесины. На Фиг.8 показана одна классификация для функции подачи.
Что касается удержания ствола, классификация выполняется согласно типу бревна и оставшейся величине ствола.
Измеренные значения потребления топлива классифицируются согласно величине ствола и породе древесины.
По отношению к передаче привода вычисляется индекс состояния, который является отношением между требуемой скоростью вращения гидравлического двигателя и используемой скоростью вращения. Индекс состояния может классифицироваться дополнительно согласно скорости вращения, температуре и диапазону нагрузки. Таблица индексов состояния обновляется посредством вычисления, например, нового среднего.
В определении производительности измеренные общие продолжительности обработки классифицируются согласно величине ствола и породе древесины. Кроме того, задержки из-за водителя удаляются из исполнений операций.
В мониторинге крановой системы измеренные времена соединений и общие времена классифицируются при использовании для харвестера согласно оставшейся величине ствола и величине используемого управляющего сигнала, а также измерению гидравлического давления, если это измерение находится в использовании. В случае форвардера классификация выполняется согласно операции (например, подъем груза от земли до позиции загрузки и в пространство загрузки или выгрузки его из позиции загрузки на основную часть), согласно величине используемого управляющего сигнала и дополнительно согласно данным веса или данным давления, если эти измерения находятся в использовании.
Этап: масштабирование значения индекса
Измерения индексов иллюстрируют, прежде всего, изменение в рабочей характеристике индивидуальной лесохозяйственной машины. Чтобы измерять индексы для устройства захвата харвестера, был выбран, например, масштаб от 0 до 100, в котором высокие значения представляют эффективную работу лесохозяйственной машины. Для каждой переменной измерения для основного уровня составляющей функции должны быть вычислены пределы «плохого» и «хорошего» уровня рабочей характеристики, которые представляются посредством минимального и максимального пределов фактического измерения индекса. В вышеупомянутом примере нормальный уровень рабочей характеристики лесохозяйственной машины установлен в значение индекса приблизительно 90, причем также является возможным представлять возможно более хороший уровень рабочей характеристики.
Альтернативно, нормированное значение индекса рабочей характеристики может только измерять относительное изменение по отношению к уровню рабочей характеристики машины в момент запуска измерения. Таким образом, нижний и верхний пределы переменных измерения для составляющих функций, соответствующие моменту запуска измерения, выбираются так, чтобы значения индексов масштабировались, например, по отношению к значению 100 индекса. Когда эти установленные выбранные пределы параметров используются для значений индексов, измерение индекса может изменяться в обе стороны значения 100 индекса.
В определении уровней параметров для значений измерений наиболее важным является использование данных измерения, которые представительны для нормальной рабочей характеристики машины, а также наличие достаточного числа измерений для каждого типа индекса.
Этап: максимальное и минимальное значения параметра для значений индексов
Значения (I) индексов определяются на основании измерений различных составляющих функций. Имеются различные возможности определять корреляции между физическими нижними и верхними пределами для этих значений измерений и масштабом от 1 до 100 для значения индекса. Минимальное и максимальное значения параметра, используемые для значений индексов для различных составляющих функций, могут быть фиксированными выбранными значениями рабочей характеристики, которые являются характеристическими для конкретной лесохозяйственной машины и модели захвата харвестера, или предельными значениями параметров, идентифицированными согласно данным измерения для типа лесохозяйственной машины и отдельной лесохозяйственной машины. Если выбирается, чтобы параметры для определения уровня рабочей характеристики были фиксированными, возможно прямое сравнение между единицами конкретного типа лесохозяйственной машины.
Минимальное и максимальное значения параметра для значений индексов составляющих функций, которые соответствуют нормальной или ухудшенной рабочей характеристике, вычисляются отдельно для каждого класса коррекции.
Некоторые переменные измерений, используемые в качестве исходных значении для вычисления индекса, значительно зависят от механическо-гидравлических свойств и мощности лесохозяйственной машины и головки харвестера. С другой стороны, некоторые значения измерений являются такими, что для измерений лесохозяйственных машин и захватов харвестера, имеющих различные атрибуты, является возможным использование обычных нормативных предельных значений для «хорошей» и «плохой» рабочей характеристики; например, абсолютная общая производительность лесохозяйственной машины не влияет на измерения торможения в функции подачи и точности позиционирования головки харвестера. И относящиеся к типу лесохозяйственной машины конкретные параметры, и нормативные параметры могут быть определены, например, статистически на основе данных измерения от нескольких хорошо настроенных лесохозяйственных машин.
В Таблице 1 показан перечень некоторых примеров вышеупомянутых характеристических значений или индексов для устройства захвата харвестера, для которого предельные значения определены либо согласно типу, либо путем использования общего нормативного значения. Параметры будут объясняться более подробно ниже.
ТАБЛИЦА 1
Параметры, конкретные для типа лесохозяйственной машины
Нормативные параметры
AccelerationDelay (задержка ускорения)
StartStuckPercentage (процент заклиниваний запуска)
AccelerationTime (время ускорения)
AccelerationStuckPercentage (процент заклиниваний при ускорении)
AverageAutomaticFeedingSpeed (средняя скорость автоматической подачи)
AutomaticFeedStuckPercentage (процент заклиниваний автоматической подачи)
AverageManualFeedingSpeed (средняя скорость ручной подачи)
AutomaticFeedAppraochTime (время подхода автоматической подачи)
CuttingTime (время резки)
AutomaticFeedApproachLength (длина подхода автоматической подачи)
MachineProductivity (производительность машины)
BuckingSuccess (успешная распиловка)
FuelConsumption (потребление топлива)
SearchTime (время поиска)
PositivePositioningError (положительная ошибка позиционирования)
NegativePositioningError (отрицательная ошибка позиционирования)
Теперь обсуждается применение минимального и максимального значений параметра в различных вариантах осуществления изобретения.
Что касается пильной функции, одиночные измерения для каждого класса диаметров, и что касается функции подачи, одиночные измерения для каждого класса величин масштабируются к диапазону от 0 до 100 в соответствии с нижним и верхним пределами, допускаемыми для каждого класса. Для каждого класса вычисляется среднее на основании вычислительного цикла для одиночного характеристического значения (например, 100 бревен). Исходя из средних значений для различных классов вычисляется окончательное характеристическое значение в виде взвешенного среднего. Весовым коэффициентом является число измерений, накопленных в классе.
Что касается удержания ствола, профиль диаметра бревна сформирован из значений длины и диаметра каждого бревна. Исходя из этого профиля идентифицируются крайне значительные изменения в диаметре. Определяется статистический максимум для разности между двумя последовательными местоположениями диаметра, и превышение максимума будет означать значительное внезапное перемещение сучкорезных ножей. Общее количество этих внезапных изменений будет формировать относящийся к бревну индекс относительно удержания ствола. Если сучкорезные ножи являются свободными, проблема выражается посредством высоких значений индексов. Слишком напряженные ножи, в свою очередь, уменьшат целевое значение индекса.
На Фиг.13 показан индекс для каждого из 200 стволов (бревен). Проблемы выражаются в виде высоких значений индексов, и, с другой стороны, значения индекса, которые меньше заранее заданного целевого значения, представляют слишком интенсивную коррекцию ситуации.
В общих чертах, целевое значение может быть определено для индексов или диапазона, который также показывается в графическом представлении.
Что касается мониторинга производительности, крановой системы или экономии топлива, одиночные измерения для каждого размерного класса ствола масштабируются к диапазону от 0 до 100 в соответствии с относящимися к классу допустимыми нижним и верхним пределами. Для каждого класса вычисляется среднее на основании вычислительного цикла для одиночного характеристического значения (например, 100 стволов). На основании средних для различных классов вычисляется окончательное характеристическое значение в виде взвешенного среднего. Весовым коэффициентом является число измерений, накопленных в классе.
Для передачи привода, например, первые месяцы работы определяют заданный контрольный уровень, причем введенные значения могут контролироваться, например, раз в месяц.
Идентификация предельных значений для минимального и максимального уровня рабочей характеристики составляющих функций исходя из данных измерения может быть вычислена с промежутками на основе выбранных опорных данных, или параметры могут также вычисляться динамически так, что вычислительная система автоматически будет выявлять долговременное изменение в уровне рабочей характеристики, и значения индексов автоматически масштабируются, чтобы соответствовать этому измененному рабочему состоянию лесохозяйственной машины. Такое смещение измерения рабочей характеристики для данной составляющей функции лесохозяйственной машины может быть обусловлено, например, тем фактом, что данные измерения, используемые в вычислении параметров, не представляют нормальную работу лесохозяйственной машины, или характеристика некоторого компонента в конкретной лесохозяйственной машине была скорректирована, или целый компонент был заменен другим с отличающимися атрибутами (например, двигатели подачи для устройства захвата харвестера).
Этап: вычисление значения общего индекса
На Фиг.7 на этапе 710 иллюстрируется вычисление общего индекса рабочей характеристики лесохозяйственной машины. Упомянутый индекс или характеристическое значение сохраняется 713 для представления данных предыстории. Если требуется, общий индекс рабочей характеристики может быть вычислен на основании нескольких индексов составляющих функций, но некоторые индексы составляющих функций по существу будут уже давать общий вид функции; примеры, которые будут упомянуты, включают в состав индексы, представляющие производительность и потребление топлива.
Например, индекс, представляющий общую рабочую характеристику для устройства захвата харвестера, может быть вычислен исходя из нескольких значений индексов составляющих функций устройства захвата харвестера. Например, индекс (HARVESTER HEAD INDEX) общей характеристики головки харвестера вычисляется в виде взвешенных средних на основании нижеследующих составляющих функций устройства захвата харвестера: индекса ускорения (ACCELERATION INDEX), индекса подачи (FEEDING INDEX), индекса влияния остановок и реверсов подачи (BUCKING INDEX), индекса точности позиционирования точки поперечной резки (AUTOMATIC POSITIONING INDEX) и индекса поперечной резки (SAWING INDEX).
Также могут быть составлены другие индексы, чтобы сформировать различные индексы общей рабочей характеристики.
Весовые коэффициенты, используемые в вышеупомянутом вычислении среднего, определяются на основе отношений значимости различных составляющих функций. Пропорция среднего из одиночных составляющих функций от общего времени обработки устройства захвата харвестера может быть определена исходя из различных статистически измеренных времен рабочих циклов обработки. На Фиг.9 показан один пример данных предыстории в харвестере, а именно индекс общей рабочей характеристики головки харвестера (HARVESTER HEAD INDEX), где промежутком времени является один месяц и каждая точка соответствует 100 стволам.
Теперь обсуждаются характеристические значения, измеряющие рабочую характеристику составляющих функций, и индексы, подлежащие определению на их основе, как указано, в предшествующих вариантах осуществления. Характеристические значения и индексы основаны на данных, полученных от измерительно-управляющей автоматики системы управления лесохозяйственной машиной.
Пример осуществления: функция подачи лесохозяйственной машины (FEEDING INDEX)
Прежде всего, обсуждаются характеристические значения и индексы, относящиеся к головке харвестера, которые могут быть взяты в качестве примеров оценки рабочей характеристики. Индексы находятся на различных уровнях, и два или большее количество индексов более низкого уровня используются для индекса более высокого уровня.
Индекс StartStuckPercentage иллюстрирует частоту заклиниваний подачи ствола при запуске. В вышеописанном вычислении коррекции во внимание принимаются оставшаяся величина ствола (StemVolumeLeft) и тип бревна (LogType). Индекс StartStuckPercentage вычисляется исходя из характеристического значения StartStuck, которое выдает количество заклиниваний. Чем ниже среднее для характеристического значения, тем выше значение индекса.
Индекс AccelerationStuckPercentage иллюстрирует частоту заклиниваний подачи ствола в течение ускорения. Коррекцией является оставшаяся величина ствола (StemVolumeLeft). Индекс AccelerationStuckPercentage вычисляется исходя из характеристического значения AccelerationStuck, которое выдает количество заклиниваний. Чем ниже среднее для характеристического значения, тем выше значение индекса.
Индекс AccelerationDelay иллюстрирует задержку запуска подачи (от 0 до 0,1 м). Индекс AccelerationDelay вычисляется исходя из характеристического значения AccelerationDelay, которое выдает задержку. Чем ниже среднее для характеристического значения, тем выше значение индекса.
Индекс AccelerationTime иллюстрирует время ускорения подачи (от 0,1 до 1 м). Коррекцией является оставшаяся величина ствола (StemVolumeLeft) и тип бревна (LogType). Индекс AccelerationTime вычисляется исходя из характеристического значения AccelerationTime, которое выдает время ускорения. Чем ниже среднее для характеристического значения, тем выше значение индекса.
Комбинированный индекс ACCELERATION INDEX получают путем объединения индексов составляющих функций StartStuck, AccelerationStuck, AccelerationDelay и AccelerationTime.
Индекс AverageAutomaticFeedingSpeed представляет скорость подачи, измеренную в режиме автоматической подачи. Коррекцией является оставшаяся величина ствола (StemVolumeLeft) и тип бревна (LogType). Индекс AverageAutomaticFeedingSpeed вычисляется исходя из значений AvgSpeed (средняя скорость подачи) больше нуля, измеренных в режиме автоматической подачи. Чем выше среднее характеристическое значение, тем выше значение индекса.
Индекс AverageManualFeedingSpeed представляет скорость подачи, измеренную в режиме ручной подачи. Коррекцией является оставшаяся величина ствола (StemVolumeLeft) и тип бревна (LogType). Индекс AverageManualFeedingSpeed вычисляется исходя из значений AvgSpeed (средняя скорость подачи) больше нуля, измеренных в режиме ручной подачи. Чем выше среднее характеристического значения, тем выше значение индекса.
Индекс AutomaticFeedStuckPercentage представляет частоту заклиниваний подачи с максимальной скоростью. Коррекцией является оставшаяся величина ствола (StemVolumeLeft) и тип бревна (LogType). Индекс AutomaticFeedStuckPercentage вычисляется исходя из характеристического значения FeedStuck, которое выдает количество заклиниваний. Чем ниже среднее для характеристического значения, тем выше значение индекса.
На Фиг.8 показана классификация, в которой было исследовано ускорение для функции подачи, принимая во внимание StemVolumeLeft и породу дерева, то есть березу (Birch), сосну (Pine) или ель (Spruce). На фигуре классификация иллюстрирована для березы, и общее количество подач, соответствующих каждой величине, проиллюстрировано в правом столбце таблицы. Таблица по Фиг.8, например, является частью мониторинга индекса для функции подачи харвестера и, таким образом, также является частью мониторинга общего индекса рабочей характеристики для устройства захвата харвестера. При сравнении с минимальными и максимальными значениями для такого исследования также является возможным формировать отдельный индекс, чтобы он являлся частью индекса более высокого уровня. Таблица по Фиг.8, так же как график по Фиг.10, который является хорошей иллюстрацией тренда индекса рабочей характеристики, отображается пользователю в пользовательском интерфейсе (UI) устройства отображения.
В этом примере комбинированный индекс подачи (FEEDING INDEX) получают путем объединения индексов ACCELERATION INDEX, AverageAutomaticFeedingSpeed, AverageManualFeedingSpeed и AutomaticFeedStuckPercentage. На Фиг.10 показаны данные предыстории для комбинированного индекса подачи в харвестере, при этом промежутком времени является один месяц и каждая точка соответствует 100 стволам.
Пример осуществления: эффект остановок и реверсов подачи (BUCKING INDEX)
Индекс AutomaticFeedApproachTime представляет время подхода от момента запуска возобновления (после перерыва) подачи до момента остановки в окне поперечной резки. Коррекцией является оставшаяся величина ствола (StemVolumeLeft). Индекс AutomaticFeedApproachTime вычисляется исходя из значений характеристического значения ApproachTime, вычисленного в режиме автоматической подачи. Чем ниже среднее для характеристического значения, тем выше значение индекса.
Индекс AutomaticFeedApproachLength представляет длину подхода от запуска возобновления подачи до момента остановки в окне поперечной резки. Коррекцией является оставшаяся величина ствола (StemVolumeLeft). Индекс AutomaticFeedApproachLength вычисляется исходя из значений характеристического значения ApproachLength, вычисленного в режиме автоматической подачи. Чем ниже среднее абсолютных значений для характеристического значения, тем выше значение индекса.
Индекс BuckingSuccess представляет реверсы и остановки подачи, вызванные изменением в выборе длины подачи. Индекс BuckingSuccess вычисляется исходя из значений характеристического значения BuckingChangeCount, вычисленного в режиме автоматической подачи. Чем ниже среднее для характеристического значения, тем выше значение индекса.
Комбинированный индекс для измерения влияния остановок и реверсов подачи (BUCKING INDEX) получают путем объединения индексов AutomaticFeedApproachTime, AutomaticFeedApproachLength и BuckingSuccess.
Пример осуществления: индекс точности позиционирования точки поперечной резки (AUTOMATIC POSITIONING INDEX)
Индекс SearchTime представляет время поиска точки поперечной резки в течение подачи. Коррекцией является оставшаяся величина ствола (Stem VolumeLeft) и тип бревна (LogType). Индекс SearchTime вычисляется исходя из значений характеристического значения SearchTime, вычисленного в режиме автоматической подачи. Чем ниже среднее для характеристического значения, тем выше значение индекса.
Индекс PositivePositioningError представляет ошибку позиционирования, происходящую в результате слишком длинной подачи. Индекс PositivePositioningError вычисляется исходя из значения характеристического значения PositioningError между 0 и 0,25 м, вычисленного в режиме автоматической подачи. Чем ниже среднее для характеристического значения, тем выше значение индекса.
Индекс NegativePositioningError представляет ошибку позиционирования, происходящую в результате слишком малой подачи. Индекс NegativePositioningError вычисляется исходя из значений характеристического значения PositioningError между 0,25 и 0 м, вычисленного в режиме автоматической подачи. Чем ниже среднее абсолютных значений для характеристического значения, тем выше значение индекса.
Комбинированный индекс точности позиционирования точки поперечной резки (AUTOMATIC POSITIONING INDEX) получают путем объединения индексов SearchTime, PositivePositioningError и NegativePositioningError.
Пример осуществления: пильная функция головки харвестера (SAWING INDEX)
Индекс CrossCutTime представляет поперечную резку. Индекс CuttingTime вычисляется исходя из разности между теоретическим временем поперечной резки, вычисленным на основе диаметра поперечной резки (CuttingDiam), и измеренным временем (CuttingTime) поперечной резки. Теоретическое время поперечной резки для пилы может быть определено, например, в виде функции диаметра поперечной резки. Необходимые характеристические значения могут быть идентифицированы в соответствии с данными измерения. Чем меньше измеренное время поперечной резки, тем выше значение индекса.
На Фиг.11 показана классификация, в которой была исследована скорость для пильной функции, принимая во внимание толщину ствола (Stem Diameter) и вид древесины, то есть береза (Birch), сосна (Pine) или ель (Spruce). На фигуре проиллюстрирована классификация для ели, и общее количество резаний пилой, соответствующее каждому диапазону диаметра, проиллюстрировано в правом столбце таблицы.
Индекс «резка пилой» (SAWING INDEX) получают исходя из индекса Cross CutTime. На Фиг.12 показаны данные предыстории для индекса «резка пилой» в харвестере, промежутком времени является один месяц, и каждая точка соответствует 100 единицам бревен.
Пример осуществления: производительность головки харвестера (MACHINE PRODUCTIVITY INDEX)
Теперь обсуждаются характеристические значения и индексы, относящиеся к производительности головки харвестера, которые могут использоваться в качестве примеров.
Индекс производительности машины (MACHINE PRODUCTIVITY INDEX) представляет производительность, соответствующую эффективному времени обработки для головки харвестера.
Эффективное время обработки является суммарным временем работы функции подачи и пильной функции для всех пиловочных бревен в стволе. Вычисляется техническая производительность головки харвестера по каждому стволу исходя из величины бревна и эффективного времени обработки. Коррекцией является величина ствола (StemVolume). Индекс MachineProductivity вычисляется исходя из характеристического значения EffectiveProductivity. Чем выше среднее число характеристического значения, тем выше значение индекса. На Фиг.14 показаны данные предыстории для индекса производительности головки харвестера в харвестере, промежутком времени является один месяц, и каждая точка соответствует 100 стволам.
Пример осуществления: индекс потребления топлива для головки харвестера (FUEL CONSUMPTION INDEX)
Теперь обсуждаются характеристические значения и индексы, относящиеся к обусловленному головкой харвестера потреблению топлива, которые могут использоваться в качестве примеров.
Индекс (FUEL CONSUMPTION INDEX) потребления топлива представляет количество топлива, используемое для обработки целого ствола. Коррекцией является величина ствола (StemVolume). Индекс FuelConsumption вычисляется исходя из характеристических значений ProcessingTime и FuelConsumption для ствола. Чем ниже среднее значение потребления топлива, тем выше значение индекса. На Фиг.15 показаны данные предыстории индекса потребления топлива для головки харвестера, промежутком времени является один месяц, и каждая точка соответствует 100 стволам.
Изобретение может применяться различными способами для мониторинга различных функций лесохозяйственной машины, причем, чтобы поддерживать принятие решений, информацию получают на основании достаточно длительного времени. Представленная система и способ являются подходящими не только для харвестера, а также могут использоваться в форвардерах, конкретно для мониторинга передачи привода. В форвардерах также является возможным контролировать, например, состояние и работу крановой системы, а также экономию топлива. Например, индексы могут отображаться пользователю иллюстративным образом и использоваться, чтобы поддерживать принятие решений.
Изобретение не ограничивается единственно представленными выше примерами, но оно может изменяться в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.