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小松:深耕智能施工场景,成就物联网应用典范

2020/5/20    来源:e-works    作者:e-works  王聪      
关键字:小松  智能施工  物联网  日本考察  
2019年12月10日上午,e-works第六届日本智能工厂考察团来到位于日本千叶县的小松智能建机体验中心。

    近年来,国内物联网的蓬勃发展,有力推动了产业结构调整和转型升级,为经济发展注入了新的动能。特别是在制造业,越来越多的企业开始应用工业互联网提升企业的生产效率和综合竞争力。在日本,虽然物联网应用趋势不及国内声势浩荡,但扎根物联网的具体应用场景已经屡见不鲜。日本小松集团(KOMATSU,即株式会社小松制作所,下文简称小松)于2015年创新推出了智能施工模式,可谓是基于物联网技术实现服务化升级的典范。

    为了更深入地探寻小松的智能施工服务,2019年12月10日上午,e-works第六届日本智能工厂考察团来到位于日本千叶县的小松智能建机体验中心,小松金泉部长等工作人员热情接待了考察团一行,向考察团详细阐述了小松智能施工解决方案的创新发展历程,并指导考察团员实际体验了挖掘机操作,近距离感受智能化升级带来的便捷、高效。

小松智能建机体验中心考察现场

小松智能建机体验中心考察现场

劳动力不足下的新模式探索

    作为全球第二大工程机械及矿山机械制造商,小松创建于1921年,其前身是竹内矿业所属的小松铁工所(1917年设立)。目前,小松拥有子公司227家,近6万名员工,截止2018年3月的最新财年营业额达2.5万亿日元(1500多亿人民币)。在全球经济形势风云变幻中,小松虽然经历了多次危机的洗礼,但一直屹立不倒,而且越变越强,在经营水平和利润率上远超世界主要竞争对手,这离不开它基于客户需求的创新服务理念。

小松智能建机体验中心金泉部长

小松智能建机体验中心金泉部长

    据工作人员介绍,面对全球物联网热潮,小松从21世纪初开始通过ICT技术提升建机智能化能力,帮助用户简化建机操作。这是因为一方面,小松通过统计分析4年半9200个施工现场,发现日本的劳动力逐年下降,特别是技术工人已呈现出较大缺口。另一方面,小松发现建设施工单位人数趋向小规模化,其中94%的施工单位都是10人以下的小团体,未来可塑性比较强。

    2015年2月,小松提出智能施工解决方案,旨在解放出更多的劳动力,特别是缓解高技术员工的工作压力。小松智能施工目标是将建设工地现场的所有工程信息全部通过ICT技术进行采集,自动生成数据,然后由后台生成、分析数据,通过算法有针对性的制订工程方案,最终实现施工现场的自动化,并将“人·心情·软件”三位一体作为智能施工的核心三要素。

小松将“人·心情·软件”作为智能施工的核心三要素

    然而万事开头难,最初的应用并不理想,首先这里面涉及到大量传感器的使用,包括坡度控制、智能定位、压实控制、路面监测、GPS信号传输与智能分析、有效载重等等以及各种数据的搜集整理以及数据分析。而针对这些数据做出反馈后,又涉及到远程操控以及基于工程机械行业特点的软件算法以及数据分析。其次,由于缺乏对整个施工现场的统筹规划,出现建机进场待机时间不减反增、土方量测算误差较大、施工方案无法快速制定等一系列问题,施工效率得不到明显提升。

    对此,小松沉下心来在施工流程中找问题,开始尝试利用云计算、无人机、大数据分析、3D建模等数字化手段改善智能施工解决方案。其中的重点包括:

    ●用无人机替换人工测算施工点位,从需要1周的人工数1000点提升到15分钟完成百万数点。

    ●通过3D建模与大数据分析,测算土方量等施工工作,大幅度减少误差。

    ●通过云平台构建施工现场的可视化实时管控,统筹规划,减少建机的进场等待时间。

谱写智能施工进化论

    经过一系列升级迭代后,小松形成了贯穿施工前、施工中、施工后的完整解决方案,借助智能化手段实现从“被动”到“主动”的服务模式。

小松智能施工流程

小松智能施工流程

    施工前

    施工前测量:利用无人机和三维激光扫描仪对当前施工对象进行高精确度测量,生成高精度的三维数据模型。

    设计施工计划:通过生成的三维数据模型和完工后形状进行对比,准确了解工程量。通过设立不同施工条件,进行施工方案仿真和优化,确定施工方案。

    施工中

    施工(ICT建机):通过智能化升级,建机操作模式得到优化,新手也能快速掌握挖掘和推土技巧,甚至实现对建机的远程控制。

    施工进度可视化:实时监控施工过程数据,应用无人机测量比较新旧数据,监督项目进度。

    稼动率最适合化:从施工可行性角度出发,对土壤和地下水等可变因素进行研究,通过大数据计算最佳施工模式。

    施工进度把握:建立智能施工技术支持中心,快速响应客户的任何询问,不仅提供各类数据查询,还能指导操作方法。一旦涉及设计变更,服务中心会及时对图纸进行修正,并及时同步给ICT建机,避免停工。

    施工后

    施工量测量:施工结束后计算各项工作总量,包括土方量等参数,自动换算为所需付出的人力与建机使用成本。

    总的而言,小松智能施工让整个施工作业更加高效安全,通过将整个施工过程与三维数据连接起来,实现施工作业全程可视化管理的思路。小松利用IoT技术将作业现场的所有设备和利益相关方,以及后台支持的设备、系统和人员通过数字化云平台联接起来,实现真正的建筑施工的智能化升级。

数字化手段提升创新能力

    在答疑环节,金泉部长介绍目前小松智能施工已累计超过9200个应用案例,特别是日本近年来在政策推进下,填海等工程项目逐渐增多,小松也在不断利用最新数字技术对智能施工解决方案持续优化创新。例如在无人机应用方面,小松和美国Skycatch无人机合作,无人机上配备的立体摄像头和三维激光扫描仪可以对施工区域进行扫描从而获得相关三维数据,然后在电脑上绘制3D立体图像。相较于普通无人机而言,Skycatch无人机可生成精确至5厘米的地图。此外,Skycatch无人机拥有更方便的操作,不需要设置控制点、检索点和标记点,只用说明飞行任务和过程数据。

工作人员介绍无人机应用

工作人员介绍无人机应用

    大型机械的相互协调并不容易,为了减少机械的闲置时间,小松与英伟达(NVIDIA)达成合作,将Jetson AI计算平台用于挖掘、装载和推土等领域的机械中,帮助人员和重型设备培训,并将其用于工作现场的实时推理,使设备运行更加安全和高效。在现场管理方面,小松还通过AI计算平台配合现场摄影测量,辅助车辆协调,避免碰撞。

小松利用英伟达Jetson AI计算平台

小松利用英伟达Jetson AI计算平台

    随着施工数据的不断积累,小松积累的大量数据未来将可以带来更大的价值,包括基于工程机械使用行为的大数据分析,构建基于设备的智能研发体系等。金泉部长认为在不久的将来,整个采矿、建筑工地和设备都将被实时跟踪和建模,同时还将实现机械的自动化控制。此外金泉部长表示,随着5G技术的不断成熟,小松也将进一步结合5G实现工程机械的远程控制,推出无人挖掘机、无人推土机等应用。“我们离完全实现施工现场的无人化还有很长一段路要走,但对于日本这样一个劳动力匮乏的国家来说,利用数字手段创新驱动智能化发展,提供更好的服务将非常有必要。”金泉部长总结道。

考察合影

考察合影

后记

    在国内如火如荼的工业互联网推进过程中,制造企业面临的核心问题是要明确自身需求,找到适配的应用场景来给企业带来实际效益。在此方面,小松深耕施工场景不断进行PDCA循环,直到形成智能化、服务化鲜明的智能施工解决方案,不仅为用户提供了更好的服务,也为自身带来了新的商业价值。在考察结束后,考察团员纷纷表示小松这种深耕应用场景、基于场景创新的模式,值得我们学习。值得一提的是,在本次考察最后,考察团员还实际操作了挖掘机,近距离体验了智能化为用户带来的优势。

考察团员实际操作小松挖掘机

考察团员实际操作小松挖掘机

责任编辑:程玥
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