作者：Jeff Yoders

随着设备制造商机械进一步电气化和自主操作，美国穆格建筑公司、美国Built机器人科技公司和天宝导航公司等技术提供商正在助力承包商测试未来的水域。

对于承包商来说，转向电气化或自主操作是一笔不小的开支。成本各不相同，但一台电池供电的重型设备可能比柴油机高出50%成本或更多，这还不包括安装充电站和更新装配间的价格。 柴油动力设备的售后电气化可以让承包商以更低的价格适应这些新系统，而经销商安装的传感器包提供了半自主机器的体验。租赁渠道是尝试这些新系统的另一种方式。

太阳地带租赁公司在2022年购买了第一批100台全电动山猫T7X紧凑型履带式装载机，并在今年初购买了更多设备。T7X拥有穆格的集成软件框架、电机控制器、提升和倾斜电动执行器、电动牵引机，而以前的柴油发动机舱装满了电池和电子控制器。它的提升依靠电动执行器运行，而不是液压系统，因此尽管它具有常规山猫T76履带式装载机的动力，但电池和控制器组件使T7X重了约1000磅，导致操作员的操作有所不同。

太阳能需求推动劳动力节约计划

美国柏克德工程公司首席创新官基思·丘吉尔和该公司的全球运营经理肯·伯克于2021年在该公司的休斯敦设备厂工作，使用Built公司完全自动运行的挖掘机。

丘吉尔说，竞争激烈的劳动力市场更利于大型EPC承包商的熟练操作员在拖车上监督几台自动挖掘机，而不是花几个小时在德克萨斯州和路易斯安那州为大型太阳能农场项目挖沟。

操作员可以在现场监控小松和卡特彼勒挖掘机，因为他们挖了沟、桩洞来安装电线和支撑镶板。伯克和他的团队在柏克德的院子里测试了Built系统，他们提出了一些改进措施，例如使用安全地理围栏来确保挖掘机在过于靠近人类时自动关闭。Built系统适用于常规的卡特彼勒和小松液压挖掘机，将机器的电动液压控制装置转移到车载计算机上，在操作前执行标准化的重复挖掘任务。在柏克德的太阳能项目中，Built系统让挖掘机以每小时191线性英尺的生产率实现了93%的正常运行时间，比单个操作员挖掘沟渠的生产率提高了45%。

穆格的全电动自动履带式装载机在一家大型太阳能供应商的纽约西部太阳能项目中也有类似的任务。每台装载机都有一个GPS以及前后摄像头和雷达传感器，直接与穆格软件通信。这种设置允许操作员编写简单的命令，例如在堆放区提取材料，并将其运送到需要的地方，然后转身重复该任务。

自动履带式装载机正在运送多晶硅光伏板等材料，每块重量为80磅。像大多数太阳能项目一样，它位于偏远地区，安装人员每周需要运送数百片的光伏板。穆格业务发展经理阿迪蒂亚·夏尔马表示，装载机自主运送功能提供给承包商所需的一致性水平。

他说，穆格深耕的机电一体化已经广泛应用于太空探索、军事应用和石油天然气勘探，这对于山猫和太阳地带等合作伙伴来说，在自主和电动操作方面都是一个优势。

“许多（建筑）原始设备制造商没有工程团队或执行机构，也没有伺服电机来完成这些工作。因此，他们试图从罗盘上的各个不同点获取信息，”穆格机器人系统工程师托马斯·格里尔解释道。格里尔表示，该公司目前对太阳能项目的关注是因为这些项目是劳动密集型的、位置偏远的，在向清洁能源生产的持续转型中需求很高。格里尔还认为，一旦操作员了解他们可以用电机做什么，他们就会更喜欢电机而不是柴油设备。

“你的能量是分散的。所以，与传统的液压系统不同，你在每个轴上都有独立的马力。”穆格建筑公司的高级系统工程师埃里克·伯格说：“你可以同时使用全部动力去提升、倾斜和牵引，这取决于你。”“这是一个传统的行星齿轮箱，但在它后面是一个伺服电机，它驱动齿轮箱，并从零速度开始给你100%的扭矩。”

根据伯格的说法，调整电动履带式装载机不同任务的性能基本不需要像在液压平台上改变整个系统，因为它的伺服电机和执行器是与软件配套的。执行器行程长度和速度的调整可以通过更新软件来改变，类似于为电脑端安装最新的固件更新。

天宝公司正在采取类似的方法，让客户以新方式使用他们现有的机械，提供升级，将3D机器控制系统带入驾驶室，以帮助操作员节省时间。虽然3D机器控制系统已经在商业上使用了十多年，但把它们用在驾驶室中进行引导并消除测量员或其他工人在机器外手持GPS的需求仍需要一些时间。但是，今天承包商能够花几千美元安装这样一个导航系统，而不是投资一台全新的机器，说明承包商的评估已经改变。

机器导航

Siteworks机器导航使用天宝Siteworks软件进行勘测和布局，通过驾驶室内的平板显示器为操作员提供指示。一个挖掘机操作员就可以完成以前需要整个团队才能完成的工作，GPS装置与操作员一起工作，执行勘测和现场设计任务。还可以自动记录挖掘沟渠数据或挖掘的铲斗的准确数量。

负责市政施工和现场解决方案的天宝产品经理史蒂夫·迪贝内托表示：“这有助于承包商进入技术领域，并真正提高生产率，尤其是对那些非企业级的小型公司来说,通常是指业主兼经营者。”操作员现在“不必在机器上辗转”。他指出，Siteworks机器导航还可以帮助承包商应对人力资源挑战，因为他们不需要专门派一个人在井下进行勘测工作，也不需要在有人踢翻放置的木桩时叫测量员回到现场。

天宝SITECH代理商可以在几个小时内安装好Siteworks机器导航。它由三部分组成：安装在挖掘机臂顶部的天宝GPS天线；惯性测量单元(IMU)传感器，其附接到挖掘机臂的骨状体；还有驾驶室里的平板电脑。根据天宝的说法，该系统可以安装在任何中小型挖掘机上。

惯性测量单元(IMU)传感器将挖掘深度和角度等数值上传到驾驶室中的天宝软件中。GPS天线将这些运动带入背景中，包括使用天宝软件的定位引擎建立地下3D模型。传感器、GPS和惯性测量单元(IMU)传感器都通过蓝牙连接。天宝SPS986或天宝R780 GNSS智能天线都可用作带有Siteworks机器导航的GPS天线。天宝向承包商出售Siteworks机器导航作为一项服务，以及大约5000美元的设备，具体价格取决于地区经销商的定价。

“我们主要在较小的工地使用该系统，”位于新罕布什尔州的新时代挖掘公司的合伙人汤姆·加尔多茨基说，他在油管频道以“污垢忍者”名字而闻名，在那里他演示了他使用的各种设备。“我们已经是天宝的用户，我们运行了他们的许多系统，包括挖掘机和推土机上的3D坡度控制，然后我们还为3D系统设置多个基地和流动站。因此，这是我们工具包中的一个工具，用于某些特定工作。”

加尔多茨基说，新时代挖掘公司主要在较小的排水和分级项目中使用Siteworks机器导航，在这些项目中，不保证有时间来建立工地的完整3D模型。相反，他只是去现场，在测量点拍摄，将它们保存到基地布局中，并在Siteworks机器导航上显示出来，以获得指导。

“这是最大的好处，你几乎可以把两个系统合二为一，”加尔多茨基说。“这绝对是开启3D机器控制的很好的方式。”

加尔多茨基说，在驾驶室的指导下，只需五分钟就可以定义这些点，设置好机器，并精确挖掘。

像穆格和Built一样，天宝也发现了承包商关注的热点市场，他们愿意在太阳能项目中使用其技术。

今年初，天宝为其位于科罗拉多州威斯敏斯特的总部增加了一个1.7兆瓦的太阳能发电场。承包商使用天宝Groundworks来定位桩基和挖洞，以支撑太阳能电池板。

天宝Groundworks系统使用GPS坐标找到桩的准确位置，并确保准确的垂直度和对齐位置以及适当的深度。传统的方法是使用细绳来对齐，这种方法容易出错，并且需要较长的准备时间，更不用说会让测量工人绊倒。挖掘的深度可以通过IMU测量的铲斗角度和深度来跟踪，通过GPS坐标，承包商可以得到提示，例如当出现场地不平坦或在正确的高度标记时。

“说实话，承包商开始非常迟疑要不要使用这项技术，而我们在某种程度上迫使他们使用Groundworks，”迪贝内代托说。结果，项目完成后不久，这家承包商就订购了四个系统。他补充说，这项技术“确实有助于承包商完成工作。价值在于——更快、更准确，不需要熟练工来帮忙，就能将桩放置在正确的位置。”

快速充电方案

对于在偏远地区和附近没有充电站的地方工作的承包商来说，给电力设备充电仍然是一个问题。即使有电可用，有限的充电站仍然存在竞争。截至目前，山猫T7X可以通过标准的电动汽车端口整夜充满电，但穆格团队认为，当使用他们专有的充电器时，他们可以在四小时内充满电。

“我们有一个快速充电器，它可以比大多数其他电动机器更快地给你的设备充满电，充电需要4到10个小时，”穆格的伯格说。“运行时间约为半天，但由于充电速度很快，我们有一个闲时充电的概念，我们建议在你安全地上完半天班后，将设备插上电源10到15分钟，然后去吃午饭。我们会在你午餐时让设备恢复到足够完成当天剩下的工作。比起必须把设备拖到某个地方充电八个小时，这没有那么多痛苦和不便。”

像天宝一样，穆格也在寻求解决方案，以便可以利用现有设备并通过售后安装赋予其新功能。穆格开发了一种电池盒，可以用四个螺栓、两侧的两个连接器和一个线束固定在任何中小型挖掘机上，可以将任何原始设备制造商的挖掘机变成全电动挖掘机。伯格说，该公司还可以远程操作使用大型穆格电池组的机器。

持续探索

与穆格、天宝和Built合作的设备制造商正在争夺承包商业务，但小松、卡特彼勒和约翰迪尔等大公司都致力于将生产转向电机，因此他们也有动力与中介软件合作，将客户带入这一旅程。

新时代挖掘公司的加尔多茨基表示，向承包商妥协并简化重复任务的解决方案是市场的主体——像他的公司这样的中小型承包商——在初级阶段的过渡中还需要他们的机器。

“我只是认为我们离（自主机器）还有非常长的路要走，”加尔多茨基说。“显然，某些任务比其他任务简单，但你谈论的是施工，它的情况是不断变化的，你会遇到问题。要让一个足够聪明的机器人做到这一点，我认为需要相当长的时间。”

他补充说，“系统可以简化任务（不需要很多人），但人人都在寻找能担责的操作员，至少在未来10年左右是这样。”