Innowacyjny żuraw polskich inżynierów

Na przykładzie innowacyjnego rozwiązania światowej klasy zobaczmy  narzędzia TRIZ, które pomagają wymyślać pomysły "out of the box".


TRIZ (akronim Teorii Rozwiązywania Innowacyjnych Zadań) to zestaw narzędzi do tworzenia innowacji i przełamywania trudnych problemów inżynierskich. Jednym z tych narzędzi jest TRIZ Trimming nakierowany na upraszczanie produktów i procesów. Zobacz jak działa TRIZ Trimming na przykładzie innowacji w branży leśnej.


Sytuacja początkowa

Od kilku dekad cały segment żurawi na ciężarówkach, którymi załadowuje się drewno jest wyposażony w osobną kabinę – dla operatora ładowarki, szczególnie dotyczy to rynku skandynawskiego. Taki operator jest jednocześnie kierowcą ciężarówki. Przesiada się do szoferki po zakończonej operacji przeładunkowej, aby odjechać z drewnem. Na zdjęciu 1 widzimy przykładową konstrukcję tego typu dominującą na rynku krajów o zimnym klimacie.


Zdj .1 Tradycyjny żuraw z kabinąF na ciężarówce w trakcie pracy (źródło: hiab.com)

Model funkcjonalny

TRIZ szeroko wykorzystuje język funkcjonalności do opisu rzeczywistości, czyli który komponent systemu jaką spełnia funkcję wobec innego komponentu lub celu istnienia systemu. Przejście na język funkcji znacząco zmienia myślenie o konkretnych systemach technicznych. Ten sposób prezentacji pozwala zobaczyć rozwiązania, które wcześniej trudno było dostrzec.

Kiedy stworzymy model funkcjonalny takiej ciężarówki z możliwością samozaładunku, to uda nam się oderwać od wyglądu poszczególnych części systemu. Pozwala to inaczej spojrzeć na problem, a przez to myśleć niestandardowo. W modelu funkcjonalnym skupiamy się na funkcjach wykonywanych przez poszczególne elementy systemu. Patrząc na rozrysowany model 1 możemy dostrzec co jest przez co obsługiwane i  czemu służy.


Model 1. Uproszczony model funkcjonalny zestawu ciężarowego do transportu leśnego (Materiały szkoleniowe GRUPA ODITK).


Problemem jest sprzeczność

Na rynku producentów żurawi kilku głównych graczy prześciga się od lat w coraz bardziej efektywnych i komfortowych dla kierowcy rozwiązaniach. Konkurencja jest więc wymagająca.

Problem jaki rozważali inżynierowie z HIAB Cargotech ze Stargardu po zakończeniu jednej z konferencji branży leśnej było to, że wymagania wobec komfortu pracy kierowcy/operatora rosną, kabina jest więc potrzebna, ale z drugiej strony, gdyby kabiny operatora żurawia nie było, to można by znacząco podnieść ładowność zestawu i obniżyć koszt produkcji.


To że coś ma być, a jednocześnie chcemy żeby tego nie było, jest sprzecznością. W rozwiązywaniu sprzeczności specjalizuje się TRIZ, który został stworzony właśnie do rozwiązywania trudnych problemów technicznych. Ponad 50 lat temu twórca TRIZ, Henryk Altszuller zauważył, że trudne problemy mają w sobie wewnętrzną sprzeczność i rozwinął liczne narzędzia do rozwiązywania sprzeczności. Inżynierowie w obliczu sprzeczności mają tendencję do poszukiwania kompromisu pomiędzy sprzecznymi wymaganiami, TRIZ podpowiada jak można sprzeczność pogodzić (mieć funkcję kabiny bez tej kabiny).


Jednym z narzędzi  TRIZ jest Trimming, odpowiadający na pytanie, jak można dany system uprościć. Trimming bazuje na analizie funkcjonalnej czyli rozpisaniu komponentów systemu z zaznaczeniem funkcji jakie je łączą.


Gdy spoglądamy na model funkcjonalny zestawu ciężarówki z ładowarką, zauważamy, że są tam dwie kabiny, które zapewniają komfort tej samej osobie. Jest tam oczywiście szoferka kierowcy, ale też  kabina żurawia, która ma funkcję zapewnienia wizualnej informacji o pracy ładowarki, bez której z kolei nie możemy operować ładowarką. Można zrezygnować z kabiny operatora jedynie, gdy inaczej zapewnimy funkcję wizualnej kontroli przeładunku żurawiem. 'Trim' to po polsku 'wyciąć', dlatego narzędzie do upraszczania systemów nazwano Trimming.


Przenieść funkcję

TRIZ Trimming prowadzi nas do przenoszenia potrzebnych funkcji na inne elementy systemu. Prowadzi to do pytania jak inaczej można zapewnić operatorowi żurawia wizualną kontrolę procesu załadunku bez konieczności istnienia kabiny na żurawiu? Takie pytania są bardzo cenne ponieważ mogą podważyć wieloletnie przyzwyczajenia branżowe, że kabina operatora zawsze była, więc musi istnieć nadal. Tu zastanawiamy się, jak można z niej zrezygnować. Jednym ze znanych lecz kosztownych rozwiązań jest hydraulicznie podnoszona kabina kierowcy obracana o 180° na czas procesu załadunku (zobacz filmy na końcu artykułu). Umożliwia to użycie kabiny kierowcy jako kabiny operatora.


Inżynierowie ze Stargardu poszli inną drogą. Dzisiejsza technologia pozwala przenieść funkcję zapewnienia wizualnej informacji o pracy ładowarki na kamery i wyświetlacze. Wyświetlacze w formie płaskich kineskopów (2D) nie sprawdzają się przy ładowarkach tak dobrze jak stereoskopia (3D) wyświetlaczy Virtual Reality (VR).

To pozwala nam przenieść pracę operatora ładowarki do kabiny kierowcy, gdzie i tak ma już zapewniony komfort. Zespół projektantów pod kierownictwem Lecha Mytnika z HIAB Cargotech opracował taki żuraw ze sterowaniem w kabinie kierowcy i przeniesieniem kontroli wizualnej pracy dźwigu na zestaw Virtual Reality – zdj 2. System nazwano HiVision.


Zdj. 2 Kierowca po założeniu gogli VR steruje żurawiem z siedzenia po prawej stronie kierownicy. Nie zmienia kabiny, a jedynie fotel (źródło hiab.com).


Niełatwy przeskok

Teraz wydaje się to oczywiste, jednak oderwanie się od dotychczasowych rozwiązań i sięgnięcie po zupełnie nową dla tej firmy technologię wymagało także odwagi i wytrwałości.

Stworzenie systemu sterowania opartego o VR było sporym wyzwaniem i wymagało współpracy z partnerem z dużym doświadczeniem w VR, udało się osiągnąć jednak sukces.

Zalety tego rozwiązania to poprawiony komfort pracy operatora, wzrost bezpieczeństwa i ergonomii oraz zwiększona ładowność całego zestawu. W tym konkretnym rozwiązaniu, kierowca przesiada się na siedzenie po prawej stronie kierownicy gdzie znajduje się zestaw dżojstików do sterowania żurawiem. HIAB za ten wynalazek uzyskał kilka cennych nagród i potwierdził swoją pozycję lidera innowacji w swojej branży.

Na dzień pisania artykułu HIAB Cargotech sprzedał już swoje rozwiązanie w 14 krajach na 3 kontynentach, pozostawiając konkurencję w tyle. Proces uzyskiwania ochrony patentowej jeszcze trwa.


Co dalej?

TRIZ Trimming nie musi zakończyć się w tym miejscu. Następnym etapem może być pojazd autonomiczny do transportu drewna, który w ogóle nie będzie wymagał kierowcy oraz zastąpienie pracy operatora żurawia sztuczną inteligencją. Zapewne pośrednie rozwiązania przeniosą kabinę kierowcy i operatora do jego domu, gdzie będzie mógł zdalnie wykonywać swoją pracę. System zdalnego  sterowania koparką (z wieloma ekranami 2D) był już  pokazywany na zeszłorocznej Baumie.


Dla zainteresowanych:

Lech Mytnik opowie o szczegółach powstania tego rozwiązania na najbliższym Technovation Forum


Michał Hałas

ekspert TRIZ

GRUPA ODITK


Poniżej filmowe przedstawienie rozwiązania HIAB HiVision:


Poniżej dla porównania rozwiązania John Deere i Jenz Chippertruck z odwracalną kabiną kierowcy:


Zdjęcie nagłówkowe z portalu dzwignice.info
Najprościej czyli najtrudniej

Najprościej czyli najtrudniej

Leave review
Istnieje popularna historia z czasów wyścigu w przestrzeń kosmiczną głównyc...
Czytaj dalej
Trzy poziomy innowacyjności

Trzy poziomy innowacyjności

Leave review
Na przykładzie jednego z doświadczeń Toma Stantona pokazuje jak działa pier...
Czytaj dalej
DFA Mocowanie Lampy

DFA - Mocowanie Lampy

Leave review
Zobacz przykład przeprojektowania konkretnego złożenia przy pomocy Design f...
Czytaj dalej
Żuraw z VR - wynalazek polskich inżynierów

Innowacyjny żuraw polskich inżynierów

Leave review
Zobacz na przykładzie wynalazku polskich inżynierów jak działa TRIZ Trimmin...
Czytaj dalej
Optymalizacja zatrzasku segregatora - DFA

zatrzask segregatora - DFA

Leave review
Wynik pracy zespołu inżynierów, którzy narzędziami DFA (Desing for Assembly...
Czytaj dalej