Спецобзор "По ступеням карьерного роста"


 

Юрий Монастырский,

доктор технических наук, заведующий кафедрой

автомобильного транспорта Криворожского госуниверситета

 

Первичная подготовка операторов тяжелых карьерных самосвалов сегодня проводится на реальных машинах, в условиях реальных трасc карьера и… с реальными ошибками обучаемого. К сожалению, зачастую это ведет не только к нарушению всего технологического цикла горных работ карьера со значительными финансовыми расходами, но и к трагическим последствиям...

 


 

В виртуальных реалиях практики

Эффективность эксплуатации карьерных самосвалов начинается с мастерства оператора. Но в условиях постоянного улучшения динамических свойств и увеличения грузоподъемности карьерных самосвалов, как и их габаритов, требования к водительскому мастерству управления все время растут. Впрочем, ценится не только водительское мастерство, но и интеллектуальный уровень человека за рулем исполинской карьерной техники. Именно ему приходится принимать оптимальные решения относительно стиля движения при оптимизации работы, определять собственные критерии выбора максимума скорости и, соответственно, добиваться максимальной производительности перевозки породы и минимального расхода топлива. При этом никакая бортовая электроника нынешнего поколения карьерных самосвалов не заменит человеческого восприятия ситуации на серпантине дороги.

Наши исследования показали, что у операторов, работающих на одном и том же самосвале на одной и той же трассе карьера, различие по скорости движения достигает 15, по производительности – 21, а по удельному расходу топлива – до 14 %. В некоторых случаях на отдельных трасах показатели отличаются на добрую треть.

Как показывает динамика изменения грузоподъемности карьерных самосвалов, на крупных карьерах стран СНГ практически каждые 10 лет происходит ступенчатое увеличение полезной нагрузки машин. Некоторые хозяйственники считают достаточным поменять старые машины на технику нового грузоподъемного модельного ряда, но экономический эффект от этого перехода будет лишь при условии переподготовки операторов карьерных самосвалов. Тогда получите желаемую производительность, сохраните моторесурс техники, а службе механика не придется искать замену преждевременно вышедшим из строя узлам, агрегатам или каким-либо другим дорогостоящим комплектующим.

Сегодня карьеры, эксплуатирующие карьерные самосвалы грузоподъемностью 130 т, переходят в сегмент машин грузоподъемностью 220 и более тонн. Учитывая, что оператор работает около 40 лет, то в течение всего трудового стажа ему приходится 4–5 раз менять грузоподъемность машины и, соответственно, нужно такое же количество раз переучиваться: опыт – опытом, а знания лишними не бывают.

Если тренажеры для легковых или магистральных коммерческих машин сегодня уже обычное явление в системе подготовки водительского состава, то в сегменте карьерной транспортной техники такая система подготовки и переподготовки операторов лишь на этапе становления. Некоторые производители карьерных самосвалов в местах самой большой популяции своих «карьеристов»  обустраивают в подведомственных сервисных центрах тренажерные классы. Присматриваются к обустройству таких тренажерных классов и автохозяйства карьеров. Холдинг «Белорусский автомобильный завод» развивает направление тренажерной подготовки операторов. Вскоре он впервые в своей истории будет обладать тренажером карьерного самосвала с электромеханической трансмиссией.

Разработчиком такого мини-центра тренажерной подготовки операторов карьерных самосвалов стала белорусская компания «Виртуальные технологии», имеющая большой опыт в создании тренажеров различных машин. По заданию холдинга «БелАЗ» там изготовили первый образец тренажера вождения карьерного самосвала БелАЗ серии 7530 грузоподъемностью 220 т.

 

 

Когда все включено и все учтено

Выполненный по модульной схеме тренажер станет базовым для создания полномасштабных тренажеров вождения карьерных самосвалов любой грузоподъемности с различными видами трансмиссии. Индивидуальные характеристики типа самосвала отражает кабина тренажера и программное обеспечение компьютерной модели.

Тренажер вождения состоит из модулей оператора, инструктора, программно-аппаратного комплекса, комплектов эксплуатационной документации и методического обеспечения проведения подготовки и переподготовки операторов. В данном случае модуль оператора представляет собой кабину самосвала БелАЗ с электромеханической трансмиссией. Это – аналог кабины реальной машины со всеми штатными органами управления и системой визуализации с углами обзора соответствующими реальным полям зрения водителя.

Кабина установлена на динамическую систему подвижности, состоящую из трехстепенной платформы на электромеханическом приводе. Система подвижности, управляемая в зависимости от заданных условий вождения, обеспечивает имитацию взаимодействия машины с дорожным покрытием, рельефом местности, а также нагрузок на оператора по крену, тангажу, центростремительному ускорению. Платформа обеспечивает угловые перемещения по тангажу ±18 deg, крену – ±18 deg и линейные перемещения  (0,29 ± 10%) в вертикальной плоскости.

Кабина включает имитаторы рулевой колонки, тормозных педалей электродинамического, рабочих и стояночных тормозов, педали подачи топлива, ручной подачи топлива. Также здесь имеются оригинальные сиденье водителя с ремнем безопасности, реально действующие панель с приборами и дисплей.

 


Модульная схема тренажера БелАЗ:

  1. 1.     Пост инструктора.
  2. 2.     Шкаф аппаратный.
  3. 3.     Панель мониторов.
  4. 4.     Кабина самосвала.
  5. 5.     Принтер печати результатов выполнения упражнения.
  6. 6.     Динамическая платформа кабины.
  7. 7.     Шкаф электропитания.

Приборы, индикаторы, переключатели и иные органы управления подключены к компьютерному оборудованию через соответствующее электронное и электромеханическое оборудование. При этом вся работа с органами управления отображается в виде электрических сигналов, передаваемых в компьютер, моделирующий динамические характеристики машины.

Модуль инструктора снабжен тремя мониторами, принтером для печати результатов упражнений, средствами ввода информации, т. е. клавиатурой и мышью. С обучаемым установлен канал голосовой связи. На один монитор выводится изображение, определяющее положение самосвала в трехмерном виртуальном пространстве. Второй монитор отображает информацию о состоянии органов управления самосвала, показывает ход выполнения упражнения, положение самосвала на маршруте, меню изменения погодных условий и ввода технических неисправностей. На третий монитор моделируется изображение, соответствующее виду из кабины через лобовое стекло.

Программно-аппаратный комплекс обеспечивает согласованное отображение местности и расположенных на ней неподвижных и движущихся объектов,  наблюдаемых оператором. Вся «картинка» дублируется с места инструктора. Аудиосистема позволяет воспроизводить шумовые эффекты, в т. ч. звуки работы двигателя, трансмиссии, звуки соприкосновений и столкновений с препятствиями и т. п.

 Система контроля выполнения упражнений производит автоматическую запись результатов всех упражнений, выполняемых обучаемыми, начиная с момента ее включения. Система моделирования динамики карьерного самосвала имитирует тяговую, тормозную и поворотную динамику ТС, а также обеспечивает имитацию условий движения карьерного самосвала с учетом динамических характеристик двигателя и подвески, расположения колес, неровностей местности и сцепления с грунтом в местах соприкосновения колес с поверхностью.

Практически воссоздается реальная ситуационная обстановка с полной визуализацией по фронтальному, боковому обзору, в т. ч. обеспечивается наблюдение через зеркала заднего вида. Углы обзора через окна кабины, величины «мертвых зон» соответствуют конструктивным особенностям моделируемого карьерного самосвала. Более того, система визуализации передает эффект отображение осадков (дождь, снег), изменения глубины зрения при наличии осадков, имитирует работу стеклоочистителей и даже передает тени от объектов синтезируемой обстановки, а также различные условия освещенности (день/ночь), в т. ч. динамическое освещение светом фар.

 

Много шума из… фонотеки

Нужно сразу сказать, что много внимания уделялось моделированию движения карьерного самосвала. Были учтены параметры двигателя и его систем, трансмиссии и т.д., а также факторы, которые влияют на поведение модели в зависимости от типа дорожного покрытия, загрузки кузова, коэффициента сцепления колес с поверхностью. А имеющаяся библиотека шумов имитирует все звуки работы двигателя, трансмиссии и карьерного самосвала, а также различных внешних шумов. Аудиосистема обеспечивает трехмерное положение и направление на источник звука относительно слушателя в кабине.

 Программное обеспечение тренажера ведет ведомость обучаемых, заполняет карточку стажа вождения, автоматически выставляет оценку за выполнение упражнения с последующим выводом результатов на печать. Влиять на оценку инструктор не может. А вот изменить задачу он в силах. В ходе выполнения обучаемым упражнения инструктор может менять погодные условия, включая метеорологические осадки в виде дождя и снега, повышать/понижать температуру окружающей среды. Он также вправе изменить силу и направление ветра, а для отработки навыков вождения в ночных условиях изменить время суток внести коррективы в технические параметры машины, имитируя износ двигателя, отказ тормозной системы, перегрев охлаждающей жидкости и даже возгорание машины. Вывод один: лучше на тренажере ошибиться раз-другой, но до автоматизма отработать свои действия в возникающих ситуациях, чем допустить такую ошибку на реальном «серпантине» карьерной дороги.

 

С привязкой к реальному месту работы

Отличительной чертой тренажеров вождения карьерной техники является их комплектация трехмерными картами местности реальных карьеров. Это позволяет обучаемому или переуобучаемому стажеру сразу попадать в реальные условия своего места работы.

На основе изучения и анализа опыта подготовки операторов карьерных самосвалов на пяти горно-обогатительных комбинатах Криворожского железорудного бассейна кафедрой автомобильного транспорта Криворожского госуниверситета и группой специалистов компании-изготовителя тренажера разработано методическое обеспечение проведения подготовки и переподготовки операторов. Детально изложены программы подготовки операторов с различной степенью знаний, мастерства и опыта, основные упражнения подготовки и зачетное упражнение на тренажере, которое включает все элементы учебного процесса.

Зачетное упражнение имитирует трассу движения от автохозяйства в карьер и далее по карьерным дорогам с разным расположением бровок уступа относительно направления движения самосвала. В деталях проработан выезд самосвала из здания цеха, движение к пункту погрузки, заезд под погрузку по комбинированной схеме. Далее введены движение вверх с грузом, установка под разгрузку на отвале, движение к пункту погрузки, установка под погрузку по тупиковой схеме, движение вниз с грузом, установка под разгрузку на перегрузочном пункте.

Также учтены элементы движения в цех с разминовкой со встречными гружеными самосвалами, заезд в зону технического обслуживания. В процессе движения моделируются нештатные ситуации, предусмотренные программой обучения, в т. ч. отказ рулевого управления или рабочей тормозной системы, пожар в моторном отсеке или в заднем мосту.

Подготовку и переподготовку предлагается проводить дифференцированно, в несколько этапов и в зависимости от уровня первичных знаний и умений персонала. Также планируется периодическая проверка умений и тренинги.

Расчеты показывают, что использование тренажеров на предприятиях или в специализированных центрах позволит не только повысить мастерство операторов карьерных самосвалов, но и снизить удельный расход топлива на 12–14 %, повысить производительность труда операторов на 17–19 % и при этом достичь повышения безопасности транспортных работ.