Беспилотный автотопливозаправщик на базе КамАЗ 43118-50
Беспилотный автотопливозаправщик на базе КамАЗ 43118-50
Аннотация
В статье рассматривается актуальная проблема разработки беспилотного топливозаправщика для безопасной и эффективной транспортировки горючего вещества на месторождения, осуществления дозаправки техники в мобильном и стационарном состоянии. В работе рассматривается перемещение автотопливозаправщика (АТЗ) оборудованного системой беспилотного управления. Для управления АТЗ в данный момент используются водители, их график работы может быть не нормирован, также может увеличиться длительность смены с 10 до 16 часов. Ввиду того, что работа водителем АТЗ несет в себе монотонный характер. Возникают следующие проблемы: снижается концентрация на дороге, возникает сонливость и усталость, значительно возрастает время реакции на какое-либо происшествие. Также при работе возникают плохие условия видимости или же погодные условия, что также значительно увеличивает риск возникновения дорожно-транспортного происшествия (ДТП), что может повлечь за собой пожароопасную ситуацию. Целью работы является снижение физичкой и моральной усталости на человеческий фактор, а также уменьшение рисков ДПТ. Объект исследования – внедрение системы беспилотного управления в топливозаправщик на базе автомобиля КамАЗ 43118-50.
1. Введение
Горнодобывающая промышленность является комплексом отраслей по добыче и обогащению полезных ископаемых. Наша страна является лидером среди горнодобывающих государств по числу добываемых продуктов. В мировом производстве доля отечественной промышленности составляет 9,7% . Горнодобывающая отрасль воздействует на развитие экономического и технического сектора страны.
Для повышения эффективности работы горнодобывающей отрасли, необходима бесперебойная работа такой техники, как: экскаваторы, самосвалы, бульдозеры, погрузчики и другой техники. Для повышения эффективности техника должна производить работы, не покидая район работ, не затрачивая время на дорогу для дозаправки на стационарных базах .
Для решения данного вопроса используются топливозаправщики, которые преимущественно располагаются на базе колесных автомобилей (АТС). В отличие от бензовозов, они могут не только применяться для транспортирования и хранения топлива, но и для дозаправки техники. АТЗ оборудуются счётчиком горючего, клапаном, насосом и рукавом со специальной насадкой.
Для управления рассматриваемого транспортного средства (ТС) используются водители, на которых сказывается усталость после продолжительного рабочего дня, продолжительность рабочей смены может варьироваться от 10 до 16 часов . Так как большее количество времени на смене состоит из движения из точки в точку, эта работа приобретает монотонный характер. При продолжительной смене у водителя притупляется внимание и увеличивается время реакции. Следовательно, качество и выполнение данных задач уменьшается. При плохих погодных условиях, которые часто возникают в районах месторождений, возрастает риск дорожно-транспортных происшествий .
Задачами работы можно считать:
· Разработка беспилотной системы управления и ее монтаж в АТЗ для обеспечения дозаправки транспорта
· Расчет экономической целесообразности проекта.
Для решения задачи по переоборудованию АТС рассмотрим базу транспортного средства КамАЗ 43118-50. Можно использовать практику применения беспилотных автомобилей в мире. С помощью применения системы беспилотного управления можно обеспечить круглосуточную дозаправку техники на месторождении, с перерывами лишь на техническое обслуживание или текущий ремонт.
2. Основные результаты
Система беспилотного управления – это программно-аппаратный комплекс, направляющий транспортное средство по заданной ему траектории. Система беспилотного управления может состоять из таких элементов, как: искусственный интеллект, датчики и компьютер, обрабатывающий сигналы от элементов . Элементы необходимы для принятия решений и выполнения задач без участия человека.
Внедрение системы беспилотного управления на АТЗ различных видов может дать ряд значительных преимуществ :
· Повышение уровня безопасности состоит в том, что заправщики на базе авто являются ТС повышенной опасности и исключая человеческий фактор (усталость, сонливость, снижение концентрации), беспилотные АТЗ обладают высокой скоростью принятия решений, так как действуют на основании алгоритмов, что уменьшает вероятность возникновения аварий.
· Эффективность эксплуатации транспорта заключается в оптимизации маршрута следования и управление движением ТС снизит затраты на топливо и увеличит эффективность работы.
· Использование автоматической системы позволит исключить ошибки при управлении транспортом на основании данных и приведет к снижению потребления топлива, оптимизации движения, что позволит сократить выбросы вредных веществ.
· Беспилотное управление позволит сократить количество наёмного персонала – водителей АТЗ.
Рассмотрим оборудование и элементы необходимые для беспилотного движения АТЗ :
· Лидар – лазерный дальномер, который устанавливается на высшую точку АТЗ. Он преобразует входящие данные об окружающей среде в радиусе до 100 метров, использует лазерные лучи.
· Радарные сенсоры – необходимы для определения дальности объектов, траектории и скорости их движения. Радар излучает радиоимпульсы, которые отражаются от препятствий и передаются на принимающую антенну.
· GPS-приёмник – позволяет ТС ориентироваться в пространстве и строит маршрут движения. Дополнительно можно определять и отслеживать местоположение машины из офиса.
· Камера – необходима для передачи и обнаружения дополнительных элюентов движения, приближающихся на опасное расстояние.
· Управляющий компьютер – принимает основные решения о поведении ТС на дороге, после обработки данных с датчиков.
· Компьютер визуального интерфейса и датчиков – отвечает за работу установленных на машину датчиков.
· Контроллеры управления – приводят в действие команды по движению и торможению.
Рассмотрим работу беспилотного АТЗ :
При движении ТС специализированный прибор (лидар) передаёт данные на управляющий компьютер, который, в свою очередь, связывается с картами, и обрабатывает информацию. Алгоритмы компьютера обрабатывают данные с других датчиков (камер, радаров, сенсоров) и выстраивают ситуацию на дороге, а также оценивают поведение других участников движения. На основании этих же данных, производится расчёт движения транспортного средства и его поведение на дороге (повысить скорость, затормозить, повернуть и т.д.). Технологии беспилотного управления стремятся к тому, чтобы транспорт не нуждался в специальной инфраструктуре и становился активным участником дорожного движения .
Рисунок 1 - Беспилотный АТЗ на базе КамАЗ 43118-50
Также АТЗ должен быть оборудован системой «GPS/ГЛОНАСС» навигации, для контроля за ним и прокладывания маршрута.
Камеры для обеспечения беспилотного управления должны быть установлены в количестве шести штук. По одной в передней и задней части ТС с обеспечением максимального обзора, так же по две должно быть установлено на каждом борте АТЗ, это обусловлено длиной машины. Это позволит предоставить всю информацию оператору при непредвиденных ситуациях, когда возникают проблемы с передвижением. Камеры должны быть снабжены омывателями.
Управляющий компьютер, компьютер визуального интерфейса и датчиков, контроллеры управления должны располагаться в кабине и защищены от влаги, а также снабжены системой вентиляции и охлаждения для обеспечения бесперебойной работы в любых условиях.
В конструкции предусмотрен резервный источник питания, дополнительные аккумуляторы. При выходе из строя системы энергообеспечения транспортного средства, резервных АКБ должно хватить для перемещения транспортного средства в безопасное место, питания приборов освещения для обозначения текущего положения и поддержания системы GPS в рабочем состоянии, для последующего обнаружения местонахождения АТЗ бригадой, которая осуществит ремонт.
3. Обсуждение
В любом проекте важным фактором являются начальные вклады и последующая окупаемость. Рассмотрим данные параметры для беспилотного АТС :
Затраты на приобретение основного базового АТЗ и дооснащение АТЗ. По доступным данным известно, на закупку АТЗ на базе КамАЗ 43118-50 необходимо 9 миллионов рублей.
Средняя заработная плата водителя на АТЗ в России составляет 130 тыс. руб./мес.
Затраты на топливо. Средний расход составляет 39 л на 100 км пройденного пути. В месяц ТС преодолевают расстояние равное не менее 12400 километров.
Затраты на обслуживание. Рассматривать не будем, так как транспортные средства на одной и той же базе.
При проектировании временного промежутка сроком в 3 года, затраты составят:
Расходы на покупку АТЗ – единоразово 9 миллионов рублей.
Расходы на выплату заработной платы водителя за 3 года составят:
Заработная плата за месяц, умноженная на количество месяцев в году и на количество лет.
130 × 12 × 3 = 4 680 000 рублей
Расходы на топливо в месяц будут составлять:
(12400 ÷ 100) × 39 × 65 = 314 340 рублей
Расход топлива за весь период
Стоимость топлива в месяц умноженная на количество месяцев в году и на 3 года
314 340 × 12 × 3 = 11 316 240 рублей
Таким образом, за 3 года затраты на стандартную работу АТЗ составили 24 996 240 рублей, без учета технического обслуживания.
При дооснащении же АТЗ системой беспилотного управления, с учетом стоимости оборудования, его монтажа и всех пусконаладочных работ составит вместе с покупкой нового ТС 11 000 000 рублей.
Затраты составят:
Расходы на покупку АТЗ – единоразово 9 миллионов рублей)
Расходы на дооснащение АТЗ системой беспилотного управления составит 2 миллиона рублей.
Расходы на топливо, так как автоматическая система управления транспортным средством выбирает оптимальную скорость для движения и строит оптимальные маршруты, расход топлива должен сократится на 20%.
Расходы на топливо в месяц:
Средний расход топлива на 100 километров пути, при применении автоматического управления:
39 - (39 × 0,2) = 31,2 литра
Расходы на топливо в месяц будут составлять, при применении автоматического управления:
(12400 ÷ 100) × 31,2 × 65 = 251 472 рублей в месяц
Расход топлива за весь период:
251 472 × 12 × 3 = 9 052 992 рублей за 3 года
Таким образом, за 3 года затраты на переоснащенный АТЗ на базе КамАЗа составили 20 052 992 рублей, без учета технического обслуживания.
Следовательно, при одном и том же, сроке эксплуатации и затратах на техническое обслуживание, разница в затратах между базовым АТЗ и АТЗ с системой беспилотного управления составила 4 943 248 рублей.
АТЗ с системой беспилотного управления сокращает затраты производства, где его буду использовать.
Рассмотрим общую нагрузку на водителей обычного топливозаправщика. Данное решение позволит провести аналогию с беспилотным АТС:
Реальное время работы водителя топливозаправщика в среднем составляет 18 часов , ежедневные технические обслуживания (ЕТО) проводят водители ТС, данные действия так же посчитаны в указанное время работы. При таком интервале рабочего времени водители чувствую сонливость и усталость спустя 3 суток работы, что приводит к серьёзным ДТП. Беспилотный топливозаправщик не имеет свойства усталости, и он имеет возможность эксплуатироваться минимум 20 часов в сутки.
4. Заключение
Можно сделать вывод, АТЗ с системой беспилотного управления для является одним из самых востребованных транспортных средств будущего в частности он может эксплуатироваться в горнодобывающей отрасли, дополнительно и в других отраслях, где необходим постоянный подвоз топлива. Возможность работать без остановок, в любые погодные условия. Снижение количества затрат для предприятия, а также уменьшение влияния человеческого фактора в выполнении поставленных задач, благополучно влияет на безопасность и скорость транспортировки топлива. Рассматриваемое ТС может прерываться на техническое обслуживание (ТО) и ремонт.