En hævet arm på en mobilkran rummer et stort kraftoverskud – kranføreren har bare ikke en chance for at regne ud, hvordan han skal udnytte det. Fremtidens intelligente kran vil derimod selv vide præcist, hvor i kranens led der er kraftoverskud, og hvordan det kan udnyttes som energi til kranens næste bevægelse.

Hos en af verdens førende leverandører af mobilkraner, Højbjerg Maskinfabrik ved Århus, fokuserer udviklingsarbejdet i stort omfang på at optimere de hydrauliske systemer og skabe mere præcise og mere energieffektive kraner. I praksis indebærer det, at kranens traditionelle mekaniske elementer bliver omsluttet af en bred vifte af sensorer, styreelektronik og software-komponenter.

Med erhvervs-ph.d. Mikkel Melters Pedersen i spidsen gennemfører Højbjerg Maskinfabrik i øjeblikket et udviklingsprojekt, der populært sagt placerer et avanceret softwaresystem mellem kranføreren og hans kranarm.

»Dermed kommer styringen af kranen til at foregå hurtigere, mere præcist og ved hjælp af langt mindre energi,« siger Mikkel Melters Pedersen og fortsætter:

»Faldende priser på de centrale komponenter betyder, at vi regner med, at "intelligente kraner" vil være på markedet om to-tre år.«

Computer overtager styring
Det er det i fagkredse velkendte toolpoint-styringsprincip, som i dette projekt bliver udnyttet til at effektivisere styringen af kranerne. Ved tool-point-styring styres alle led via en computer ud fra det input, som kommer fra kranføren.

Kranens mange led betyder, at der er mange frihedsgrader i bevægelsen, og at spidsen af kranen kan bevæges hen til et givet punkt på mange forskellige måder.

»Men den bevægelse, som kranføreren vælger pr. instinkt, vil typisk ikke være den mest energieffektive og præcise. Kranføreren kan jo ikke se, hvilke led der er presset til det yderste, eller hvilke led der har kraftoverskud,« siger Mikkel Melters Pedersen og peger på, at computeren med det nye system vil beregne sig frem til de led, som er billigst at bruge rent energimæssigt for at komme frem til det givne punkt.

Geometriske positioner
I praksis fungerer systemet således, at sensorer melder tilbage til computersystemet, hvilke geometriske positioner hvert af kranens led indtager. Et af leddene er måske kørt helt i bund og har følgelig intet kraftoverskud. Andre vil være placeret i en mere gunstig position og har dermed et kraftoverskud, der kan udnyttes i den bevægelse, som kranføreren via sin konsol har efterspurgt.

»Computersystemet kan altså finde den optimale bevægelse samtidig med, at kranen kommer hurtigst muligt over til sin destination – og sidstnævnte er jo noget, som betyder meget for kranføreren,« siger Mikkel Melters Pedersen.

En kran har som bekendt op til seks led. Når kranføreren skal få kran-armen til at bevæge sig fra A til B, bruger han sin fjernstyring til at aktivere de led, som han har vænnet sig til at benytte. Han har seks håndtag på fjernbetjeningen, og hvert håndtag svarer til et led.

»Men i det system, som vi udvikler nu, har kranføreren blot tre håndtag eller et joystick til rådighed – kranføreren skal med joysticket pege i den retning, hvor spidsen af kranen skal bevæge sig hen, så tager computersystemet over og fortæller kranen, hvilke led den skal bevæge, for at bevægelsen kan foregå mest effektivt,« forklarer Mikkel Melters Pedersen.

Dermed bliver det mindre kompliceret at styre kranen, fordi man skal betjene færre knapper på fjernstyringen. I dag kan det være svært at udføre en lodret bevægelse med kranens spids, eksempelvis op langs siden af en bygning, da kranføreren skal styre adskillige led på en gang. Med det nye styreprincip skal han blot pege joysticket opad.

Den næste generation af mobilkraner vil altså komme til at fungere mere effektivt og hurtigt samt med et langt mindre energiforbrug. Når kranens bevægelse bliver kontrolleret af en computer, kan man samtidig undgå forskellige uhensigtsmæssigheder, for eksempel overbelastninger, pludselige ryk og vibrationer.

Formålet er at undgå unødvendige belastninger af kranens bærende dele og dermed forlænge deres levetid. Det bliver også mere sikkert at læsse en lastbil, fordi softwaresystemet kan hjælpe med at undgå uhensigtsmæssige udsving og sikre føreren fuld kontrol over kranens position. Der kan i overført betydning etableres et virtuelt bur rundt om lastbilen – de elektroniske systemer kan sørge for, at kranen ikke bevæger sig ind i dette bur og for eksempel rammer førerhuset eller bringer forbipasserende i fare.

Implementering af det nye styreprincip vil sideløbende åbne op for en mangfoldighed af ny funktionalitet, eksempelvis muligheden for at få udlæst krogposition og last i displayet på fjernbetjeningen.

Store udfordringer
Der er dog også store udfordringer forbundet med at virkeliggøre den nye og mere effektive styring:

»Det bliver naturligvis svært, når principperne skal udføres i praksis,« fortæller Mikkel Melters Pedersen om det nuværende udviklingsarbejde.

For når man starter med at udvikle styreprincipper på simuleringsniveau og derefter skal implementere det i virkeligheden, kommer der uundgåeligt nogle overraskelser.

»Man må vinke farvel til alle former for ideel opførsel af systemet og forberede sig på at møde en lang række nye udfordringer,« siger han.

I robotteknik for eksempel, hvor toolpoint-styring er meget udbredt, kendes hele bevægelsen på forhånd. For kraner derimod udstikkes bevægelsesretningen løbende af kranføren. Computersystemet kan derfor ikke "planlægge fremad", men må reagere lynhurtigt på det input, det får. Forsinkelser i kommunikationen mellem softwaresystem og kran kan derfor blive problematiske.

»Disse forsinkelser oplever man jo ikke i computersimuleringen, og det er derfor problemer, som først opstår, når kranen bliver testet,« siger Mikkel Melters Pedersen.