Камо грядеши, АТС?

(Окончание. Начало см. «СиТ» № 3, 2006 г.)

Модульная структура и стандартные компоненты

Концепция и структура современных автоматизированных транспортных средств (АТС), работающих без участия человека, отражают стремление производителей включить в процесс их совершенствования и конструкцию потенциал рационализации и тем самым максимально снизить затраты на инвестиции и производство.

В большинстве случаев это делается за счет стандартизации, в основе которой лежит модульная базовая стратегия, успешно используемая многими ведущими производителями обычного напольного транспорта и позволяющая выпускать серии транспортного оборудования универсального применения. Индивидуальные варианты для отдельных клиентов получаются из базового транспортного оборудования модульной конструкции, на котором проводят необходимую подгонку для конкретного случая применения. Модульная (унифицированная) базовая структура является хорошей предпосылкой для того, чтобы АТС стали не только дешевле и тем самым привлекательней для большого числа потребителей. Следствием такой стратегии является и то, что универсальную технику можно испытывать более широко и систематизированно, тщательно изучая поведение отдельных компонентов. За счет этого быстрей осуществляется совершенствование хорошо зарекомендовавших себя элементов, а значит, будет увеличиваться их надежность.

Важнейшим движущим фактором такого развития является формирование рынка специализированных производителей комплексных компонентов АТС. Эти компоненты в большинстве случаев создаются так же, как унифицированные системы со стандартизированными разъемами или протоколами, благодаря чему затраты на интеграцию комплексных субсистем производителей АТС могут быть существенно снижены. Как следствие, особенно успешные поставщики компонентов в настоящий момент все больше превращаются в изготовителей «квазистандартных» систем, которые можно применять в самых разных областях, например таких, как лазерные сканеры для систем безопасности или аппаратное обеспечение компьютерных систем управления.

Поставщики и потребители АТС для снижения рисков, которые могут быть результатом создания изделий узкоспециализированного назначения, должны создать совместную и постоянную стратегию взаимодействий.

В настоящее время еще рано говорить том, что все АТС непременно должны состоять из заданного числа унифицированных модулей, но доля сложных и специальных компонентов в них значительно сократилась. В перспективе следует ожидать, что все же останется определенная часть вариантов применения, для которых из-за особых требований индивидуальные конструкции будут оптимальными.

Особое место среди всех существующих АТС занимает частичная автоматизация транспортного оборудования с ручным управлением. Речь идет о технике для комплектования заказов с малой и средней производительностью, которая работает на простых маршрутах и со стандартизированными вспомогательными перегрузочными средствами, например европоддонами. Для этого очень перспективного оборудования, которое некоторые изготовители из-за низких издержек назвали Low-Cost-FTS, уже найдены и будут находиться все новые области применения.

Модульная концепция в системах управления

В области управления автоматизированными установками и транспортным оборудованием имеет место тенденция в направлении последовательно проводимой модульной концепции. Это означает возрастающую децентрализацию построения управления комплексами АТС с все более четко отделенными друг от друга и способными к коммутации транспортными единицами, которая должна улучшить возможность расширения и согласования их возможностей, повысить удобство технического обслуживания.

В нормативах VDI 4451 уже существуют пригодные для общего применения ограничения на основные функциональные модули и разъемы для навигационного управления АТС. Исходя из этих нормативов в одном из проектов разработано программное обеспечение, которое сегодня представляет собой основу для всех изготовителей систем навигационного управления АТС. Вторым исходным пунктом в области техники управления, который среди прочих изучен в этом проекте, является использование так называемых мультиагентных систем управления ATС-комплексами, основная идея которых состоит в децентрализации, т. е. перемещении функций управления с управляющего компьютера непосредственно на транспортное оборудование.

Роль центрального компьютера в этом случае ограничивается управлением информацией, поступающей от транспортного оборудования, и приемом данных от производственного программного обеспечения более высокого уровня с последующей их передачей транспортному средству. Транспортное оборудование самостоятельно координирует команды на движение и решает, каким образом их выполнить. Преимущества таких мультиагентных систем состоят прежде всего как в большей гибкости, так и в равной степени в быстром и простом вводе в эксплуатацию, поскольку затраты на программирование новых и расширение действующих комплексов АТС ограничиваются в основном заданием маршрута движения. Следует отметить, что и в этом случае, чтобы исключить неточности во взаимодействии, в транспортную систему требуется вводить элементы централизованной координации для ее контроля и связи с вышестоящей системой управления.

Однако важные решения преимущественно принимаются на более низком уровне, например на самом транспортном оборудовании или на определенных участках трассы, где производится управление его курсом. Чисто технические предпосылки для создания таких децентрализованных структур информации в аппаратном обеспечении уже имеются в достаточном количестве, например, это установка транспондеров (Транспондеры (от англ. transmit – respond) – наиболее распространенный тип компонентов устройства беспроводной идентификации, выдающих свой уникальный код в ответ на посылку опрашивающего устройства (reader). Транспондеры могут иметь самое разнообразное конструктивное оформление, включая ISO-карты, собственно чипы, модули и т. д.) в полу помещения или на разных объектах.
Благодаря децентрализации появляются шансы повысить совместимость транспортных средств разных изготовителей и их комплексов, которые, выступая как самостоятельные единицы, через унифицированные разъемы и протоколы связываются между собой. Поскольку ноу-хау в сфере управления в этом случае по большей части относится к транспортному оборудованию, а не к навигационной системе, как это было до сих пор, потребителю легче провести важные с его точки зрения мероприятия, чтобы уточнить не зависящие от изготовителей факторы с целью интегрировать разные АТС в общую систему, а через актуальный проект по реализации универсального программного обеспечения Frameworks – и создать навигационную систему управления.

Интеграция систем навигации и безопасности

Системы навигации и безопасности являются определяющими для фактора автономности АТС. Имеющиеся сегодня на рынке лазерные сканеры могут устранить разделение навигационной системы и системы безопасности, поскольку позволяют создать зоны предупреждения и защиты от столкновений и одновременно обеспечить навигацию через рефлекторные отметки. С помощью этих систем возможна также навигация на основе распознавания контуров окружения, благодаря чему принципиально или, по крайней мере, временно можно реализовать более свободное движение без заранее заданной направляющей линии.

Кроме того, датчики расширяют поле восприятия до третьего измерения. В интегрированных системах, чтобы получить дополнительную информацию, комбинируются различные виды датчиков: оптические типа лазерного сканера (активные), системы стереокамер (пассивные), а также радарные датчики, которые по сравнению с оптическими системами имеют то преимущество, что они могут работать под открытым небом без помех. На их базе в автомобильной промышленности в настоящее время очень форсированно, как в области сенсорики, так и в области аппаратного и программного обеспечения, развиваются системы взаимодействия АТС с операторами, что можеть повлечь за собой очень большие инвестиции. Уже успешно внедрена спутниковая навигация с помощью GPS (GPS – Спутниковая система глобального позиционирования, созданная министерством обороны США для определения местонахождения объектов. Позволяет определить в любой точке земного шара местонахождение неподвижного либо движущегося объекта на земле, в воздухе и на море в трех измерениях с очень высокой точностью.) на транспортном оборудовании с автоматическим управлением для применения на открытых площадках, например на портовых кранах или портальных контейнеровозах типа straddle-carrier.

В будущем системы определения местоположения, действующие по принципу спутниковой навигации, могут получить более широкое распространение и для применения внутри зданий. Так, в США они уже неоднократно опробованы для промышленного применения. Их использование наиболее целесообразно в случаях, когда «свободную» навигацию требуется реализовать на больших площадях и вне заранее заданных трасс. Преимущество систем ориентации, работающих на базе нескольких разнесенных стационарных радиопередатчиков-сателлитов, так называемых pseudolitem («псевдоспутник»), прежде всего в том, что число их пользователей в принципе не ограничено, что позволяет значительно снизить общие затраты на установку и использование. Благодаря применению таких систем на отдельные транспортные средства можно установить сравнительно недорогие приемники, определяющие точное расположение их в пространстве в любой момент времени.

Инновации в энергоснабжении

АТС, как и традиционный напольный транспорт, может получать необходимую электроэнергию или непрерывно от внешней электросети, или от находящегося на самом оборудовании аккумулятора. В обоих случаях сегодня уже есть готовые к применению разработки для АТС. Самые первые случаи применения непрерывной индуктивной передачи энергии показали преимущества этого способа, который смог заменить собой троллейный (подвесной) и кабельный способы подвода электроэнергии.

Ток для питания индуцируется в плоском адаптере, расположенном снизу ATС, от магнитного поля, создаваемого уложенным в полу проводом, по которому проходит переменный ток. Для увеличения передаваемой мощности можно параллельно использовать несколъко адаптеров. Частотные преобразователи на транспортном оборудовании служат для регулирования приводов движения и подъема. В качестве перспективных энергонакопителей для АТС сегодня предлагаются не только новые аккумуляторные батареи (АКБ), но и топливные элементы. Наряду со специальными методами зарядки и оснасткой для свинцовых АКБ, за счет которых можно сократить время зарядки и/или необходимое число транспортного оборудования, большой потенциал для использования на ATС имеют никель-металлгидридные АКБ. Уже накоплен положительный опыт их применения на легковом автотранспорте с гибридным приводом. В будущем для батарейных приводов станут применять и литий-ионные батареи благодаря еще большим плотности энергии и потенциалу мощности по сравнению с никель-металлгидридными системами. Топливные элементы, над внедрением которых работают изготовители транспортного оборудования и поставщики АТС, станут применять прежде всего в гибридных концепциях, т. е. в комбинации с дополнительными накопителями энергии (батареями или мощными конденсаторами). Прогнозы разных экспертов о том, когда именно топливные элементы станут применяться в АТС, в настоящее время сильно отличаются.

Способность работать на открытом воздухе

Возрастающее освоение новых вариантов применения АТС вне помещения будет стимулироваться преимущественно созданием новой надежной навигационной и сенсорной техники. В большинстве случаев для создания АТС используют серийное промышленное оборудование, которое благодаря имеющимся на нем разъемам электронной шины обмена данными уже обеспечивает хорошие предпосылки для автоматизации, а после оснащения соответствующими системами может и дальше работать в режиме ручного управления. Примером этого являются автоматизированные грузовые автомобили, которые выполняют транспортные задачи на заводской территории и могут маневрировать по ней даже с седельными полуприцепами. Здесь применяется в основном магнитная, транспондерная или спутниковая навигация с GPS. B качестве датчиков безопасности используются лазерные сканеры, которые из-за отсутствия для них разрешения на обеспечение безопасности транспортного оборудования на открытом воздухе дополняются тактильными защитными системами.

Вглядываясь в будущее

В настоящее время сектор АТС как в техническом, так и в экономическом отношении снова достиг благоприятного состояния и находится на подъеме. Во многих отраслях уже существуют технические «квазистандарты», которые облегчают внедрение этого оборудования, обеспечивая его модули надежными и недорогими компонентами и технологиями. К ним относятся:

• батарейная техника (никель-кадмиевые, свинцово-кислотные АКБ);

• свободная навигация с искусственными отметками (магнитная или лазерная навигация);

• системы безопасности персонала (лазерные сканеры);

• системы коммуникации (широкополосное радио);

• системы управления (разделение управления на бортовой компьютер и стационарное направляющее управление).

Изменился и рынок. Автомобильная промышленность снова открыла АТС не только для себя, но и для других сфер деятельности. Как это не удивительно, сегодня все больше заявляют о своей потребности в гибких автоматизированных транспортных решениях не крупные потребители, а представители среднего бизнеса. Если раньше автоматизированные системы включали в себя много единиц транспортного оборудования, то сегодня чаще всего – лишь несколько или даже одну. Несмотря на все позитивные показатели динамики развития АТС, необходимо преодолеть еще несколько препятствий (см. таблицу). Только после этого большинству средних производителей АТС удастся расширить существующие рынки сбыта и завоевать новые.