1. No category

2013
LandTechnik AgEng 2013
–tutkimuskonferenssi
Components and Systems
for Better Solutions
8.–9.11.2013 Hannover, Saksa
Koonnut:
Antti Rintaniemi
Frami Oy
Frami Oy:n julkaisusarja
LandTechnik AgEng 2013
–tutkimuskonferenssi
Components and Systems
for Better Solutions
8.–9.11.2013 Hannover, Saksa
Koonnut:
Antti Rintaniemi
Frami Oy
Frami Oy:n julkaisusarja
Sisältö
1.
Yleistä konferenssista............................................................................................................................................... 6
2.Esitykset.......................................................................................................................................................................... 7
2.1. Traktorin sähköistys – haasteet ja strategiat................................................................................................. 7
2.2. LIB-Off-Road Traktori................................................................................................................................................ 9
2.3. Siirtojärjestelmä John Deeren kiinteistötraktoreissa..............................................................................12
2.4. Muuttuvanopeuksiset kohlimet puimurissa .............................................................................................. 14
2.5. Lisätty todellisuus mobiililaitteessa opetus- ja huoltokäytössä.........................................................17
2.6. Kolmiakselinen puimuri........................................................................................................................................ 19
2.7.Työkone traktorin ohjaajana (TIM-automation), EF:n työryhmän tilanne....................................23
2.8. Tablettien ja matkapuhelimien hyödyntäminen tiedontallennuslaittena
ISOBUS-järjestelmässä...........................................................................................................................................25
5
1. Yleistä konferenssista
Marraskuun 8.–9. päivä, juuri ennen Agritechnica-messujen alkua pidettiin Saksan Hannoverissa LandTechnik AgEng 2013 tutkimuskonferenssi otsikolla ”Components and Systems for
Better Solutions”. Konferenssi pidettiin yhteistyössä VDI:n ja EurAgEng:in (European Society of
Agricultural Engineers) kanssa. Konferenssi järjestetään joka toinen vuosi aina Agritechnica-näyttelyn aloitustapahtumana.
LandTechnik AgEng 2013 -tutkimuskonferenssi järjestettiin Hannoverin messualueen
konferenssikeskuksessa. Konferenssi oli kasvanut entisestään edellisvuosista, sillä paikalla oli
reilusti yli 900 osallistujaa, eli enemmän kuin konferenssikeskuksen pääsaliin mahtui kerralla
paikalle. Kahden päivän aikana pidettiin yhteensä 72 esitystä.
Tähän julkaisuun on kerätty lyhyet esittelyt muutamista konferenssin mielenkiintoisista
esityksistä.
6
2.Esitykset
2.1. Traktorin sähköistys – haasteet ja strategiat
Wolfgang Breu, AGCO GmbH, Marktoberdorf, Saksa
Agco on yhtymänä aloittanut traktorin sähköistämisen tutkimisen jo vuonna 2001 MELA-projektilla. Vuosien varrella he ovat kehittäneet mm. järjestelmään kuuluvaa tehoelektroniikkaa.
Vuonna 2010 AGCO julkisti eRoGator-kasvinsuojeluruiskun, jonka voimansiirto oli toteutettu
sähköisesti. AGCOn tavoitteena oli toteuttaa myös sähkövoimansiirtoa hyödyntävä traktori, josta on saatavilla vähintään 130kW teho sähköisille lisälaitteille sekä ulkoisille työkoneille. Fendt
X-Conseptiksi nimetty prototyyppitraktori valmistui loppuvuonna 2012 ja sen jälkeen sillä on
toteutettu testejä. Kuvassa 1 on esitelty tämän traktorin toimintaperiaate.
Kuva 1. Fendt X-Consept traktorin toimintaperiaate
Traktorin toteutusperiaatteena oli, että sen tulee mitoiltaan ja ulkomuodoltaan vastata Fendt
700 Vario –sarjaa. Tästä syystä traktorissa onkin korvattu 6-sylinterinen moottori AGCO Powerin 4,9L nelisylinterisellä moottorilla (147kW). Tällä on saatu lisätilaa generaattorille ja tehoelektroniikalle.
Kestomagneettigeneraattori on konseptissa rakennettu vauhtipyörän yhteyteen ja kaikki
tehoelektroniikan osat on toteutettu samaan pakettiin. Näin on minimoitu tarvittava johdotus
ja jäähdytyskiertojen putkitus. Tehoelektroniikan ison jäähdytystarpeen takia järjestelmään on
siis rakennettu oma erillinen jäähdytyskierto. Generaattori on toteutettu kaksoiseristettynä ja
se toimii 96% hyötysuhteella. Generaattori on tarvittaessa skaalattavissa pituussuunnassa. 7
Tehoelektroniikkaosuudessa pääosa tuotetusta energiasta konvertoidaan 700V tasavirraksi 130kW huipputeholla. Lisäksi pakettiin rakennettiin kaksi 80kW invertteriä 700V vaihtovirran työkonetestauskäyttöä varten. Traktorissa ei ole myöskään tavallista vaihtovirtalaturia,
vaan se on korvattu DC/DC –konvertterilla.
Traktoriin toteutettiin sähkövirtaliitin AEF:n kehittämän prototyypin pohjalta. Lisäksi traktorissa on liitäntä jäähdytyskierron laajennusta varten, jolloin traktorin tehoelektroniikan jäähdytyskierrolla voidaan jäähdyttää myös työkoneen komponentteja. Työkoneen sähkötoimintojen
ohjaus toteutetaan ISOBUS-väylän avulla, jolloin erillistä väyläohjausta ei tarvitse rakentaa.
Jäähdytysjärjestelmän huippujäähdytystehoksi arvioitiin maksimissaan 25Kw, ja järjestelmässä kiertävän nesteen lämpötila on luokkaa 60 astetta. Tästä matalasta lämpötilaerosta
ulkoilman kanssa johtuen jäähdytyselementti asennettiin traktorin keulalle ensimmäiseksi.
Lisäksi sen eteen asennettiin puhallin, jonka puhallustehoa säädetään jäähdytystarpeen mukaan. Kuvassa 2 on esitetty jäähdytysjärjestelmän sijainti prototyyppitraktorissa.
Kuva 2. Jäähdytysjärjestelmän, generaattorin ja tehoelektroniikan sijainti prototyyppitraktorissa.
Kuvassa 2 näkyy selkeästi myös generaattorin ja tehoelektroniikan sijainti konetilan takaosassa.
Koetraktorin kenttätestit aloitettiin huhtikuussa 2012 erilaisilla sähkökäyttöisillä tai –avusteisilla
työkoneilla eri työkonevalmistajien kanssa. Testeissä käytettiin seuraavanlaisia työkoneita:
•Fliegl:n perävaunu 140kW DC sähköisellä vedolla + jäähdytyskierto traktorista.
•Grimmen perunannostokone, jossa 2kpl 27,5kW DC vetomoottoria.
• Kronen paalaaja, jossa sähkökäyttöinen sitoja. Moottorien tehot 1,2kW DC ja 1,6kW DC +
jäähdytyskierto traktorista.
•Humus-jyrsin, jossa tavallinen voimansiirto korvattu 80kW moottorilla.
8
Kaikissa testit olivat onnistuneita, joskin näissä kohteissa sähkövoimansiirrolla ainoastaan
korvattiin mekaanisia voimansiirtoja, eikä niinkään kehitetty täysin uusia ratkaisuja. Kuitenkin
sähkövetojen helppo ja dynaaminen nopeuden ja väännön säätö rohkaisivat panostamaan
kehitystyöhön myös tulevaisuudessa. Lisäksi sähkövoimansiirtojen hyvä hyötysuhde laajalla
nopeus- ja vääntöalueella on merkittävä etu. Kaikki testatut ratkaisut oli toteutettu tasavirralla,
ja jatkossa Fendt on toteuttamassa lisätestejä myös Fellan, Amazonen ja Lemkenin kanssa.
Kokeissa sähkötoimintojen ohjaus toteutettiin ISOBUS-väylän kautta, ja kuvassa 3 on esitetty
traktori-työkoneyhdistelmän periaate.
Kuva 3. Sähkölinja ja sähkölaitteita ohjaava ISOBUS-väylä
Fendt mainitsi koko projektin lopputuloksiksi ja päätelmiksi seuraavia asioita:
• Korkeajännitteisen isotehoisen sähkövirran tuottaminen traktorissa on mahdollista.
• ISOBUS-tiedonsiirto on riittävä kaikkien sähköisten toimintojen ohjaamiseen.
• Jäähdytys tuottaa haasteita, mutta mahdollista uuden jäähdytyskierron avulla,
sekä työkoneessa että traktorissa.
• AEF:n sähköliitinprototyypissä on liikaa integroituja toimintoja, jolloin liittimen koko ja
hinta nousevat liikaa. Pelkkä tasavirtaliitin on riittävä, ja sitä varten kehitystyö useiden
traktorivalmistajien kanssa on aloitettu syyskuussa 2013.
2.2. LIB-Off-Road Traktori
Vanessa Tröster, John Deere GmbH & Co. KG, Kaiserslautern, Saksa
John Deere on ollut mukana Saksan kauppa- ja teollisuusministeriön avustamassa LIB-OffRoad –projektissa (Lithium-Ion Batteries), jossa on tutkittu sähkön hyödyntämistä Off-Road
ajoneuvoissa. Tässä hankkeessa on ollut mukana John Deeren lisäksi Kölnin ammattikorkeakoulu, Aurinko- ja vetyenergian tutkimuskeskus ZSW, Munchenin teknillinen yliopisto ja Enders
Ingenieure GmbH –insinööritoimisto.
Ennen LIB-Off-Road -projektia John Deere on toteuttanut myös eE-Tour –projektin, jossa
traktori muokattiin hybridikäyttöiseksi lisäämällä korkeajänniteakkukennosto etunostolaitteisiin. Tässä projektissa akku integroitiin kuitenkin täysin traktorin rakenteisiin. Hankkeen
tavoitteena oli selvittää, ratkaista ja optimoida traktorin hybridikäyttöön liittyviä teknisiä ja
periaatteellisia asioita.
LIB-Off-Road hankkeen tärkeimpinä kehitysalueina olivat akkuteknologia itsessään, sekä
akkujen ja muun hybriditeknologian integrointi traktoriin. Lopputuloksena hankkeessa traktoriin integroitiin lopulta kaksi erillistä akkupakettia, joiden yhteiskapasiteetti on noin 12 kWh.
9
Akkupaketit rakentuvat 80 sarjassa olevasta kennosta joiden tekniset tiedot ovat seuraavat:
Kenno
Tyyppi: Pussikenno (Pouch Cell)
Nimellisjännite: 3.6V
Max. jatkuva purkujännite: 2C ≙ 80A
Kapasiteetti 40Ah, 144Wh
Paino ~1kg
Koko akkukennosto
Nimellisjännite: 288V
Kapasiteetti 40Ah, ~11,5kWh
Paino ~120kg
Jokaisessa kennossa on liitettynä BMS (Battery Management System), joka valvoo kennon
lämpötilaa ja jännitettä.
Hankkeessa testialustana toimi John Deeren 7530 E-Premium –traktori, joka on alkujaan
korkeajännitegeneraattorilla varustettu sarjavalmisteinen traktori ja joka on esitelty jo vuonna
2007. Generaattori pystyy tuottamaan 700 V tasavirtaa, tai 400 V vaihtovirtaa. Traktori käyttää pääasiassa sähköä traktorin lisälaitteiden tarpeisiin, mutta siinä on myös kytkentävalmius
sähkön työkonekäyttöä varten. Kuvassa 4 on tämä traktori hankkeessa toteutetuissa hybridivarusteissa.
Kuva 4. Demonstraatiotraktori varustettuna hybridivarusteilla.
10
Tässä projektissa perustraktoriin jouduttiin lisäämään, jo mukana olleesta generaattorista huolimatta, paljon tekniikkaa. Kuvassa 5 on esitetty valkoisella taustalla traktoriin lisätyt varusteet,
sekä harmaalla pohjalla osat, jotka olivat jo valmiiksi traktorissa.
Kuva 5. Demonstraatiotraktorin osat. Valkealla pohjalla uudet osat sekä harmaalla pohjalla jo valmiiksi
John Deere E-Premium –mallissa olevat osat.
Traktorin ohjaukset ja ohjelmistot päivitettiin myös uuden rakenteen takia. Sen johdosta muun
muassa generaattoria pystytään jatkossa käyttämään myös moottorina. Järjestelmästä löytyy
lisäksi hybridin automaattiohjausmoodi, jossa akusto vuorotellen lataantuu tai tarjoaa lisätehoa
moottorille. Näiden lisäksi löytyy puhtaat lataus- ja purkutilat akuille. Kuvassa 6 on esitetty
testivedot traktorilla ja 16t perävaunulla ilman lisätehoa, sekä hybridijärjestelmän tarjoaman
20kW lisäteholla.
11
Kuva 6. Traktorin kiihdytys 16t perävaunun kanssa ilman hybridin lisätehoa sekä lisätehon kanssa.
Hankkeen tuloksena saatiin toteutettua traktorin hybriditekniikalla seuraavia ominaisuuksia:
• Traktorin lisäteho (jopa 24kW)
• Työkoneiden ja traktorin lisälaitteiden käyttö traktori sammutettuna
(ilmastointi, kasvinsuojeluruiskun täyttö jne.)
• Energian varastointi jarrutettaessa ja polttoainekulutuksen sekä päästöjen vähentäminen
• Työkoneiden automatisointi ja tarkempi säätäminen sähkötekniikan ansiosta
• Mahdollisuus jatkossa käyttää myös päästöttömästi tuotettua sähköä sähköverkosta
ladaten (edellyttää pistokelatausmahdollisuuden)
• Moottoria voidaan käyttää energiatehokkaammalla käyntialueella.
• Työkoneelle voidaan periaatteessa syöttää niin suurta sähkötehoa,
kuin vain liitäntäpistokkeen fyysiset ominaisuudet sallivat (jopa 150kW)
•mm. jarrutusenergiaa voidaan ottaa talteen.
2.3. Siirtojärjestelmä John Deeren kiinteistötraktoreissa
Stephen Upchurch, John Deere, Grovetown, Yhdysvallat
John Deere on kehittänyt kiinteistötraktoreihinsa siirtojärjestelmän, jossa työkonetta kiinnitettäessä traktoria voidaan liikuttaa eteen ja taaksepäin lokasuojassa olevista painonapeista.
Järjestelmä on toteutettu hydrostaattisella voimansiirrolla varustettuihin kiinteistötraktoreihin,
koska tutkimusten mukaan tämän kokoluokan traktoreissa työkoneiden vaihto on kaikkein
yleisimmin toistuva toimenpide. Painonappien avulla traktori liikkuu mateluvauhdilla, ja näin
vetovarsien sijainti saadaan oikealle kohdalle.
Työkoneen kiinnitys siirtonappien avulla alkaa traktorin tavallisella peruutuksella työkoneen lähelle. Tämän jälkeen kuljettaja aktivoi lokasuojan siirtonapit kuljettajan paikalla olevasta
katkaisimesta. Kojetaulusta kuljettaja näkee, milloin siirtomoodin kaikki ehdot on toteutettu,
eli vaihde on A-alueella, ulosotto on pois päältä, käsijarru on päällä ja traktori on tyhjäkäynnillä.
Tämän jälkeen traktorin takavalot alkavat vilkkua matalalla taajuudella siirtotilan merkiksi.
12
Tämän lisäksi, kuljettajan noustessa pois penkiltä, antaa traktori viisi merkkiääntä. Siirtonappien ollessa aktivoituna, ovat vastaavasti traktorin ajopolkimet poissa käytöstä. Tämän jälkeen
kuljettaja voi siirtää traktoria kaaren napeista hitaalla nopeudella (25mm/s).
Kuvassa 7 on esitetty siirtonappien toiminnan logiikka ja kaikki toiminnan rajaehdot.
Kuva 7. Siirtonappien toimintalogiikka ja toimintaehdot.
13
Jotta traktori tietää nopeutensa tietyssä tilassa, on vertailunopeudeksi otettu nollanopeus, joka
vallitsee kun siirtonappeja ei käytetä. Eli traktorin liikkumattomuus on varmistettava tällöin
käsijarrun riittävän voimakkaalla kytkennällä. Tämän vuoksi traktorin käsijarrumekanismiin on
lisätty voima-anturi, joka varmistaa käsijarrun riittävän ja tunnetun kiristyksen. Tällä saadaan lisäksi käsijarrun ohittamiseksi tunnettu väännöntarve vaihteistolle, jolla ei kuitenkaan liiallisesti
rasiteta vaihteistoa tai jarruja.
Lokasuojan käyttönapeissa on erillinen vahvistusnappi siirrolle, sekä napit liikkeille eteen
ja taakse. Täten siirrettäessä traktoria täytyy kahta nappia painaa samanaikaisesti ja koko siirron ajan. Traktorin liikkuessa järjestelmä antaa myös varoitusäänen.
John Deeren traktorin siirtonapit ovat siis jo saatavilla malliston pienimpiin malleihin, ja
ominaisuus palkittiinkin 2013 Agritechnica-messuilla hopeisella innovaatiomitalilla.
2.4.Muuttuvanopeuksiset kohlimet puimurissa
Geert Nerinckx, New Holland, Zedelgem, Belgia
Puimurin kohlinten tehtävänä on jyvien erottelu, sekä olkien kuljettaminen eteenpäin puintikoneistossa. Jyvien erottuminen ja olkien kulkeutuminen ovat kuitenkin riippuvaisia viljalajikkeesta ja puintiolosuhteista. Perinteisessä kiinteänopeuksisessa puintikoneistossa kohlinten
nopeus onkin eräänlainen kompromissi, sillä niiden nopeus tulee olla riittävä, jotta oljet eivät
aiheuta tukkeumaa koneistossa, mutta kuitenkin riittävän hidas, jotta jyvien erottuminen
on mahdollisimman tehokas. Puimurin pituussuuntainen kallistuminen mäissä aiheuttaa
lisähaasteita koneelle, koska erityisesti alamäkeen ajettaessa olkien kulkeutuminen hidastuu,
ja tukkeutumisvaara kasvaa. Siksi mäkisiin olosuhteisiin varauduttaessa kiinteä kohlimien
nopeus on mitoitettava optimaalista tilannetta korkeammaksi. Kuvassa 8 on kuvattu puimurin
eri ajotilanteita ja kuljettajan mahdollisia korjausliikkeitä näihin.
Kuvasta 8 huomataan, että kiinteänopeuksisissa kohlinratkaisuissa nopeus on mitoitettava
alamäkitilanteen mukaan, jolloin tukkeutumisriski saadaan vältettyä. Tämän takia kuitenkin
kohlinten nopeus on liian suuri tasamaalla ja ylämäessä, ja näin ollen erottelutappiot kasvavat.
New Holland tutki eri kohlinnopeuksien vaikutuksia tappioiden suuruuteen, ja nämä vertailut
löytyvät kuvasta 9.
Kuvasta nähdään, että 18% ylämäessä ajettaessa vakionopeudella puimuri menettää yli
25% tehokkuudestaan erottelutappioiden takia. Kuitenkin kohlinnopeutta laskemalla nämä
tappiot voidaan estää kokonaan ja kuljettaja voi pitää yllä saman ajonopeuden.
Viljalajien väliset erot aiheuttavat myös ongelmaa kohlinnopeuden määrittelyssä, sillä
optimaalinen kohlinnopeus on aina lajikekohtainen. Erityisesti maissi aiheuttaa haasteita, sillä
sen optimaalinen kohlinnopeus on huomattavasti matalampi kuin perinteisillä viljoilla, kuten
vehnällä. Kuvassa 10 on esitetty erittelytappioiden määrää eri kohlinnopeuksilla.
14
Kuva 8. Puimurin eri ajotilanteiden vaikutus kohlinten toimivuuteen ja kuljettajan korjausliikkeet näille tilanteille
(kiinteänopeuksisilla kohlimilla).
Kuva 9. Ylämäen ja kohlinnopeuden vaikutus erottelutappioihin vehnällä New Holland CX -puimurissa
15
Kuva 10. Erottelutappiot kohlimissa maissilla eri kohlinnopeuksilla New Holland CX-puimurissa.
Kuvan 10 mukaisesti puimurin tehokkuutta (ajonopeutta) voidaan nostaa jopa 29 % laskemalla
kohlinten nopeus 240rpm:stö 200 rpm:ään erottelutappioiden pysyessä samana.
New Holland kehitti puimureihinsa OptiSpeed-järjestelmän, jonka avulla kohlinten nopeus
säätyy automaattisesti puimurin kallistuskulmasta ja viljalajikkeesta riippuen. Järjestelmä koostuu ohjaamon alla olevasta kallistusmittarista, nopeutta muuttavasta variaattorista, variaattoria
säätävästä aktuaattorista, pyörimisnopeussensorista ja ohjausjärjestelmästä. Kuvassa 11 on
esitetty OptiSpeed-järjestelmän osat kohlinten voimansiirrossa.
Kuva 11. New Holland OptiSpeed-järjestelmän osat kohlinten voimansiirrossa.
16
Variaattori on sijoitettu kohlinten käyttöhihnan väliin. Variaattorissa on kaksi rinnakkaista hihnapyörää, joiden halkaisijasuhdetta saadaan muutettua sähköisen aktuaattorin avulla (näkyy
kuvassa 11) ja tätä kautta säädettyä kohlinten nopeutta. Kohlinten nopeus mitataan vetopyörässä olevalla nopeusanturilla, josta saadaan takaisinkytkentä variaattorin säätöön. Nopeuden
automaattinen säätö perustuu kahteen muuttujaan, eli kallistuskulmaan ja kuljettajan asettamaan viljalajiin. Yksinkertaistettuna ohjaus laskee kohlinten nopeutta ylämäessä ja nostaa sitä
alamäessä, sekä nostaa nopeutta pienijyväisillä viljoilla ja laskee sitä suurijyväisillä viljoilla.
Järjestelmä kenttätesteissä New Holland on saavuttanut viljakasveilla keskimäärin 10 %
paremman tehokkuuden mäkisillä lohkoilla 1 % tappiotasolla. Maissin puinnissa tehokkuuden
parannus on ollut jopa 25 %. Kaikilla puitavilla viljoilla tappiotasoja saatiin laskettua. Järjestelmä
lisäksi helpottaa kuljettajan työskentelyä merkittävästi, sillä ajonopeutta ei ole tarvetta sopeuttaa
mäissä, vaan Opti-Speed-järjestelmä huolehtii kohlinten nopeuden säädöstä automaattisesti.
Opti-Speed –järjestelmä palkittiin Agritechnica 2013 –messuilla hopeisella innovaatiomitalilla.
2.5. Lisätty todellisuus mobiililaitteessa
opetus- ja huoltokäytössä
Christian Bartolein, John Deere GmbH & Co. KG, Kaiserslautern, Saksa
Lisätyllä todellisuudella (Augmented reality) tarkoitetaan tilannetta, jossa käyttäjän näkymään
tuodaan lisätietoa tai opastusta. John Deere on tutkinut lisätyn todellisuuden hyödyntämistä
traktorin toimintojen opastamisessa, koska nykytraktorien ohjaamot alkavat olla pullollaan
erilaisia toimintoja. Lisäksi perinteiset paperiset käyttöohjekirjat koetaan hitaiksi ja kömpelöiksi
ohjeiden haussa.
John Deeren tutkimuksessa on hyödynnetty tablettitietokonetta, jonka kameran avulla
on luotu ”lisätty todellisuus”, jossa tabletilla oleva App tunnistaa kuvasta toimintoja ja neuvoo
niiden käytössä. Applikaatio on toteutettu Android-pohjaiselle tablettitietokoneelle. Kuvassa 12
on esitetty Appsin toimintaperiaate.
Kuva 12. Toimintojentunnistusapplikaation toiminta.
Kuvassa 12 vasemmalla App on tunnistanut traktorin käsinojasta eri toimintoja. Kuvan keskellä
yhtä tunnistettua toimintoa on painettu, ja tabletin kuvaan on ilmestynyt tämän toiminnon
inforuutu. Kuvan oikeassa reunassa näkyy Appsin tunnistamia erikoispiirteitä, joilla se osaa
määrittää toimintojen sijainnin kuvassa. Appsin näyttämä informaatio voi olla tekstiä, kuva,
video tai jokin muu soveltuva 2D-informaatio.
17
Toimintojentunnistus –Appsin toiminta perustuu tablettitietokoneen sensoreihin ja ohjelman tunnistusosioon (intialization) sekä seurantaosioon (tracking). Kuvassa 13 on eritelty eri
osa-alueiden toiminnot.
Kuva 13. Toimintojentunnistus Appsin toimintaperiaate.
Ohjelman tunnistusosiossa (initalization) App tunnistaa traktorin ohjainlaitteen tabletin live-videokuvasta. Tunnistus tapahtuu ennalta opetettujen muotojen ja tunnistuspisteiden perusteella. Tämä osuus tapahtuu alle sekunnissa ja se on hyvinkin robusti liikkeille ja häiritsevälle
valolle.
Ohjelman seurantaosiossa App tunnistaa tabletin liikkeet sekä kuvan muutokset seuraamalla näkymän tunnistuspisteiden liikkeitä, ja niiden perusteella liikuttaa ruudussa olevia
tunnistettujen toimintojen rajoja. Mikäli tablettia liikutellaan niin paljon, että seuranta ei löydä
enää tunnistuspisteitä, vaihtaa ohjelma takaisin tunnistusosioon.
Appsin toimintaa testattiin kolmella testihenkilöllä, jotka eivät olleet kovinkaan perehtyneitä traktoreihin. Testissä verrattiin toimintojen tunnistuksen nopeutta käyttäen Appsia tai
paperista käyttöohjekirjaa. Seuraavassa on taulukoituna muutamia toimintoja, joita tunnistettiin ja niiden löytämiseen kulunut aika.
18
Toiminto
Ilmastoinnin puhallus
Kolmipistenostolaite
CommandCenter Varoitusvalot
Kojetaulun infovalo
Keskiarvo
Aika käyttöohjeella [s]
57,2
114,2
101,4
121,2
68,5
92,5
Aika Appsilla [s]
8,2
25,1
9,6
5,3
4,8
10,6
Testin tuloksena Appsin avulla saatiin lyhennettyä toiminnon selvittämisen kulunutta aikaa
murto-osaan. Kaikki testihenkilöt luonnehtivat Appsia ehdottomasti käyttöohjekirjaa paremmaksi. Kahdella testihenkilöllä kului lisäksi ylimääräistä aikaa paperisen käyttöohjeen kanssa,
kun he erikseen vielä varmistivat, että olivat oikeantyyppisen ilmastoinnin kohdalla ohjeessa.
Testihenkilöt kuitenkin toivoivat, että App toimisi myös älypuhelimessa, jolloin laitteen käsittely olisi kätevämpää.
Kehitystyötä tullaan vielä jatkamaan vähentämällä valon vaikutusta ohjelman toimivuuteen, vähentämällä ohjelman virran kulutusta sekä laajentamalla se toimimaan myös muilla
käyttöjärjestelmillä.
2.6.Kolmiakselinen puimuri
Morten Bilde, AGCO, Randers, Tanska
Leikkuupuimureiden kasvava koko kuormittaa erityisesti puimureiden etuakselia, ja sitä kautta
renkaista maahan kohdistuu entistä suurempi pintapaine. Kasvanut puimureiden massa on
jo sillä tasolla, että isojen puimureiden renkaiden pintapaine on itsekulkevia juurikkaannostokoneitakin suurempi. Tällä tasolla pintapaine aiheuttaa jo merkittävää maaperän tiivistymistä.
Tätä kehitystä vasten AGCO on yhdessä Dresdenin teknillisen yliopiston kanssa tutkinut kolmiakselista puimurikonseptia.
Perinteisesti vakiona puimuri on varustettu 650 mm leveillä renkailla, ja akselipainosta
riippuen rengaspaine voi olla tuolloin jopa 3,8 bar. Pintapaineen ja rengaspaineen laskemiseksi
rengasleveys voidaan nostaa 800 tai 900 millimetriin. Kuitenkin puimurin kokonaiskuljetusleveys 3,5m rajoittaa tätä vaihtoehtoa. Rengasleveyttä voidaan helposti suurentaa ja pintapainetta laskea paripyörillä, mutta kuljetusleveys rajoittaa tätä vaihtoehtoa, joten käytännössä
paripyöriä käytetään harvoin.
Viime vuosina yleistynyt ratkaisu laskea pintapainetta on ollut käyttää teloja renkaiden
tilalla. Teloilla saadaan huomattavasti laskettua pintapainetta, ja vetokyky on huomattavasti
parempi kuin renkailla. Teloilla myöskään kuljetusleveys ei aiheuta ongelmaa. Telojen heikkoutena ovat kuitenkin korkeat kustannukset ja pintapaineen epätasaisuus. Epätasaisen pintapaineen aiheuttavat telaston rullat, ja pintapaineen epätasaisuus voidaankin huomata kuvasta 14,
jossa on mitattu pintapaine telan eri osissa.
19
Kuva 14. Mitattu pintapaineen jakautuminen kumitelassa.
Epätasaisen pintapaineen lisäksi teloilla on renkaita suurempi vierintävastus, ja ne näin ollen
nostavat polttoaineen kulutusta.
Teliratkaisun kehitystyölle annettiin seuraavat tavoitteet, korkeammat mahdolliset akselipainot, maaperän tiivistymisen minimointi, 3,5 m kuljetusleveys, 40km/h nopeus sekä hyvä
vetokyky pellolla. Kehitystyön aikana tutkittiin useampia rengaskokoja ja prototyyppiin
valikoitui lopulta 710/50R26,5 rengaskoko. Tämä rengaskoko saavuttaa 60 % perinteisen 900
mm leveän puimurirenkaan maakosketuspinta-alasta. Näin ollen telirakenne saavuttaa 120 %
perinteisen rengasratkaisun maakosketuspinta-alasta, mutta vain 70 % vertailtavan teliratkaisun maakosketuspinta-alasta. Kuvassa 15 on esitetty teliratkaisun sekä telaratkaisun maakosketuspintaan aiheuttamat pintapaineet rakenteen eri osissa.
Kuva 15. Teliratkaisun sekä telarakenteen maaperään aiheuttamat pintapaineet rakenteiden eri osissa.
Kuvasta 15 nähdään, että huolimatta teliratkaisun telaversiota pienemmästä maakosketuspintalasta, sen suurimmat pintapaineet pysyvät huomattavasti teliratkaisun vastaavia matalampina.
Teliratkaisulla tehtiin testiajoja käytännössä puintikaudella 2012 Tanskassa. Testipuimuri on
kuvassa 16.
20
Kuva 16. Teliratkaisu prototyyppipuimurin kenttäkokeissa.
Testien perusteella teliratkaisu osoittautui erittäin onnistuneeksi varsinkin dynaamisuudessa
ja ajomukavuudessa verrattuna perinteiseen isoon eturenkaaseen. Teliratkaisu helpotti lisäksi
leikkuupöydän pellon pinnan seuraamista. 40km/h tienopeuksissa teli säilytti myös hyvin
ajovakauden.
Puintikauden testien lisäksi Dresdenin teknillinen yliopisto toteutti yksityiskohtaisempia
vertailevia kokeita teliratkaisun, telaratkaisun ja perinteisen renkaan välillä. Kuvassa 17 on
esitetty nämä vertailupuimurit.
Kuva 17. Puimurin eri versiot vertailutesteissä.
Vertailutesteissä selvitettiin eri ratkaisujen maaperän tiivistysominaisuudet, vierintävastus sekä
vetokyky. Maaperän tiivistymisvertailussa teliratkaisun maaperään aiheuttama paine eri syvyyksillä oli pintakerroksissa kaikkein pienin, mutta syvemmällä maanpinnasta teliratkaisu aiheutti
pienimmän paineen. Vierintävastuksen vertailussa ison renkaanvierintävastus oli 50 % korkeampi verrattuna teliin, ja telaratkaisun vierintävastus oli yli kaksinkertainen verrattuna teliin.
Vetokyky eri ratkaisuille mitattiin kostealla hietaisella maalla, sekä määritettiin laskennallisesti kuivalla hiesumaalla. Odotetusti vetokyky oli paras telastolla, mutta teliratkaisu ei
hävinnyt sille paljoa. Testien ja laskentojen tulokset ovat kuvassa 18.
21
Kuva 18. Eri ratkaisujen mitattu vetokyky kostealla alustalla sekä laskennallinen vetokyky kuivalla maalla.
Kaikki ratkaisut vertailtiin lopulta arvottamalla ne eri kategorioissa arvosanalla 1-5, ja painottamalla arvosana asiakasvaatimusten mukaisilla painokertoimilla. Lopullinen vertailu on
seuraavassa kuvassa 19:
Kuva 19. Ratkaisujen vertailu osa-alueiden ja painokertoimien avulla.
Vertailun perusteella teliratkaisu on ehdottomasti kilpailukykyinen ratkaisu telastolle tai yksittäiselle isolle renkaalle. Kuitenkaan erittäin upottavissa olosuhteissa teliratkaisu ei pärjää telastolle.
22
2.7. Työkone traktorin ohjaajana (TIM-automation),
EF:n työryhmän tilanne
Florian Ahlers, AgBRAIN GmbH, Wallenhorst, Saksa
Tässä esityksessä Florian Ahlers kertoi AEF:n (Agricultural Industry Electronics Foundation)
uuden ISOBUS automation –työryhmän työn tämänhetkisestä tilasta liittyen TIM-automaatioon.
TIM-automaatiossa (Tractor-Implement-Management) työkone ohjaa ISOBUS-väylän kautta
traktorin toimintoja kuten hydraulilohkoja tai ulosottoa. Tämä työkoneen ohjaus on nostanut
esiin toiminnallisuuteen ja eritoten turvallisuuteen liittyviä kysymyksiä. Lisäksi soveltuvien
työkoneiden ja laitteiden määrä kasvaa jatkuvasti, joten käytännössä valmistajien mahdollisuus
testata oman tuotteensa toimivuus ja turvallisuus kaikkien mahdollisten variaatioiden kanssa
käy mahdottomaksi. Näistä syistä AEF on perustanut oman työryhmän tätä varten.
Työryhmä on valmistellut TIM-automaatio-laitteille omaa hyväksyntämenetelmää, joka
toimii käytännössä suurin piirtein samoin kuin muidenkin ISOBUS-laitteiden hyväksyntätestaus, eli AEF:n sertifioima testauslaitos testaa laitteiston ja myöntää läpäisseille laitteille ja ohjelmille hyväksynnän. TIM-automaatio-laitteissa ja -ohjelmissa hyväksyntä tullaan ilmoittamaan
digitaalisena sertifikaattina. Digitaalisen sertifikaatin tarkoituksena on kertoa TIM-järjestelmän
kaikille muille laitteille, että kyseinen osio on hyväksytty ja siten turvallisesti käytettävissä automaatiokokonaisuudessa. Käytännössä siis työkone tarkastaa traktorin ECU:sta hyväksynnän
sekä toisinpäin. Sertifikaattien tarkastus traktorin ja työkoneen välillä on esitetty kuvassa 20.
Kuva 20. Digitaalisen sertifikaatin tarkastusprosessi työkoneen ja traktorin välillä.
23
Digitaalisen sertifikaatin formaatti on x.509v3. Sertifikaatin keskeisimmät sisällöt ovat:
• Hyväksynnän myöntäneen testauslaitoksen tiedot
• Testatun laitteen ja ohjelmiston tiedot
• Sertifikaatin sarjanumero
• Listaus TIM-automaation testatuista toiminnallisuuksista
• Allekirjoitusalgoritmi
• Sertifikaatin voimassaoloaika
Laitteiston toiminnallisuudet voidaan testata liittyen seuraaviin traktorin toiminnallisuuksiin:
• Ulosottoakselit edessä ja takana
• Etu- ja takanostolaitteet
• Ajo-opastus
• Hydraulilohkot
• Traktori (nopeus, rajat, ohjaus)
• Liikkeellelähtökäskyt
• Ajostrategiat
Digitaalisessa sertifikaatissa on siis ilmoitettu, mille kaikille toiminnallisuuksille laitteisto on testattu ja hyväksytty. Esimerkiksi jos työkoneen ECU on testattu ja hyväksytty nostolaitteen säädöille sekä hydraulilohkojen käytölle, ei traktorin ECU tällöin salli ulosoton käskyjä työkoneelta.
Laitteen sertifikaatti voidaan perua myös hyväksynnän jälkeen esimerkiksi valmistajan
toiveesta, laitteessa ilmenneen turvallisuusvian takia tai muusta vastaavasta syystä. Tällaisia
tilanteita varten AEF ylläpitää ns. CRL -peruutuslistaa (Certificate Revocation List), jossa on
listattuna peruutettujen sertifikaattien sarjanumerot. Käytännössä kaikkiin TIM-yhteensopiviin
laitteisiin ladataan uutena ajantasainen peruutuslista, ja näin ollen ne eivät salli kommunikointia näiden laitteiden kanssa. Lista voidaan myös päivittää huollon tms. yhteydessä.
Laitteiden tuotekehitystä varten AEF voi myös myöntää määräaikaisia sertifikaatteja,
jolloin valmistajat voivat testata niitä muiden valmistajien laitteiden kanssa. Sertifikaatit ovat
kehitysversiotyyppisiä, ja siksi niistä tulee huomautus (viesti näytölle tms.) käyttäjälle sarjavalmisteisten koneiden kuten traktoreiden kanssa käytettäessä.
AEF:n ISOBUS Automation työryhmän tavoitteena on saada tämän testausmenetelmän
toimintalinjat ja sisällöt valmiiksi, sekä toteuttaa testausjärjestelmän prototyyppiversio kesään
2014 mennessä. Samanaikaisesti menetelmää tulevat analysoimaan ja arvioimaan useat ulkopuoliset asiantuntijat, jotta lopputulos olisi luotettava ja kattava.
24
2.8.Tablettien ja matkapuhelimien hyödyntäminen
tiedontallennuslaittena ISOBUS-järjestelmässä
Jan Horstmann, Maschinenfabrik Bernanrd KRONE GmbH, Spelle, Saksa
ISOBUS-järjestelmissä työkoneen ja traktorin välinen tiedonsiirto sekä ohjaus ovat yleistyneet
merkittävästi, mutta tietojen saaminen järjestelmän ulkopuolelle on suhteellisen rajattua.
Järjestelmät eivät yllensä ottaen keskustele ulkopuolisten laitteiden ja järjestelmien kautta, tai
tiedonkeruu onnistuu ainoastaan merkkikohtaisilla suljetuilla järjestelmillä. Lisäksi viljelijät
haluavat joustavammin käyttää omia älylaitteitaan konevalmistajasta riippumatta. Näistä lähtökohdista CCI (Competence Center ISOBUS) ja erityisesti Krone lähtivät kehittämään tiedonkeruuseen joustavampaa menetelmää.
Kehitystyön alussa markkinoilla oli jo yhdysvaltalaisen Precision Planting –yhtiön Fieldview-ohjelma, joka toimi tablettitietokoneessa ja tallensi kylvökoneen tilatietoja. Tablettitietokone oli tässä tapauksessa yhdistettynä johdolla suoraan kylvökoneen ECU:un. Toinen tablettitietokonetta hyödyntänyt ohjelma tuossa vaiheessa oli Kotte Landtechnikin SmartControl,
jossa lietekärrystä siirrettiin ja tallennettiin tietoa tabletille WLAN-yhteyden välityksellä. Nämä
molemmat järjestelmät ja ohjelmat olivat tietysti valmistajakohtaisia. Kuvassa 21 on esitetty
kuvakaappaukset näistä ohjelmista.
Kuva 21. Vasemmalla kuvakaappaus Fieldview–ohjelmasta sekä oikealla kuvakaappaus SmartControl-ohjelmasta.
Tältä pohjalta CCI ryhtyi toteuttamaan konevalmistajasta riippumatonta järjestelmää ISOBUSjärjestelmästä saatavan tiedon keräämiseen. Projektissa olivat mukana myös muut CCI:n
perustajajäsenet Amazone, Grimme, Kuhn, Lemken, ja Rauch, mutta Krone oli työssä aloitteentekijänä. Järjestelmän tarkoituksena oli siis toimia myös näiden valmistajien ulkopuolistenkin
yritysten ISOBUS-tuotteiden kanssa.
Aluksi CCI selvitti soveltuvinta tiedonsiirron standardia ISOBUS-järjestelmän ja tablettitietokoneen välille. Lopputuloksena luotettavimmaksi tiedonsiirtoväyläksi valikoitui kryptattu WLAN –yhteys. ISOBUS-väylän tieto siirretään tablettitietokoneelle liittämällä traktorin
ohjaamon ISOBUS INCAB liittimeen CCI:n kehittämä CCIi10 ISOBUS Wi-Fi-Gateway, joka lähettää
väylän tiedon tabletille WLAN-yhteydellä.
Tablettitietokoneessa on asennettuna CCI.Control Mobile App, jolla vastaanotetaan lähetetty tieto ja tallennetaan se. Tabletti ja siihen tallennettu ohjelma yhdistyessään ottavat itselleen
ISOBUS-osoitteen ja käyttäytyvät järjestelmässä kuten Task Controller. Kuvassa 22 on esitetty
koko järjestelmän systeemiarkkitehtuuri.
25
Kuva 22. CCI Control Mobilen yhteydet ISOBUS-väylään ja muualle.
Tabletin kautta tiedot pystytään tarvittaessa lähettämään eteenpäin esimerkiksi sähköpostiin tai
maatilan ohjausjärjestelmään. Ohjelma pystyy ottamaan myös suoran yhteyden esimerkiksi FarmPilot FMIS-järjestelmään. Tätä kautta käyttöön saadaan myös peltonavigointi ja Fleet management.
Yhteys FarmPilotiin vaatii jatkuvan internet-yhteyden, joten offline-tilassa peltonavigointi ja fleet
management eivät ole käytettävissä.
Ohjelman toiminnallisuuksista merkittävin on työkoneen tietojen tallentaminen sekä esittäminen. Kuvassa 23 on kuvakaappaukset Kronen ajosilppurin ja Grimmen nostokoneen ruutunäkymistä.
Kuva 23. CCI.Control Mobilen ruutunäkymät
Ohjelma näyttää ruudulla koneen ympärillä eri tilannetietoja, kuten ajonopeuden, polttoainemäärät, työsaavutuksen jne. Tablettikäytössä etuna on myös tavallista suurempi näyttö, jolloin tilannetietojen seuraaminen on helpompaa. Ohjelma tallentaa koneiden tiedot tabletille ISOXML-muodossa
ja tiedot voidaan lähettää eteenpäin tässä muodossa tai vaihtoehtoisesti pdf-muodossa. Ohjelman
avulla tallennettuihin tietoihin voidaan lisätä muistiinpanoja tai jopa kuvia. Mikäli tabletti tukee äänentunnistusta, eli siinä on esimerkiksi SIRI-ominaisuus (iPad), voidaan muistiinpanot myös sanella.
Turvallisuussyistä työkonetta ei voida ohjata tabletin kautta, vaikka se teknisesti olisi helposti
toteutettavissa. Mutta kunhan ISOBUS-järjestelmien kauko-ohjauksen turvallisuusnäkökohdat on
päätetty ja ratkaistu, voidaan tablettia käyttää koneen ohjaamiseenkin.
26
Tämä raportti ilmestyy osana agroteknologia-alan julkaisusarjaa, jonka tavoitteena on
tarjota kansainvälistä tietoa ja tulevaisuuden näkymiä suomalaisen maa- ja metsätalouskoneteollisuuden liiketoiminnan ja tuotekehityksen tueksi. Julkaisusarjan raportteja voi ladata
sähköisenä osoitteesta www.agrotechnology.fi.
Raportti on tuotettu osana Älykkäät koneet -osaamiskeskusohjelmaa.
Lisätietoja: Antti Rintaniemi, Frami Oy, [email protected].