Co lze očekávat ve vývoji harvesterových technologií?

Radomír Klvač, Radek Jiroušek

V Lesnické práci 3/2008 se autoři zabývali inovativním vývojem u těžebně dopravních technologií. Jak již bylo zmíněno, lze očekávat posun od manuální, mechanické přes mechanizovanou k automatizované (až robotizované) výrobě a dále až k nanotechnologiím, jak tomu bylo a je i v jiných odvětvích. Lze však očekávat také změnu přístupu k lesnictví obecně. Zaměření na druh dřeviny (v dobách Marie Terezie) je minulostí, zaměření na lesní oblast, lesní porost už zdaleka není dostačující a pozornost se začíná soustřeďovat na jednotlivé stromy („precision forestry“) a co více – na fyziologické procesy ve stromech.

Kam se tedy soustřeďuje současná pozornost výzkumných a vývojových týmů? U harvesterových technologií lze vymezit přibližně 6 oblastí, kde jsou v současné době identifikovány jejich „slabé stránky“, a to:
- telemetrie a informační technologie (navigace, in-time inventarizace, optimalizace cestní sítě a zpřístupňování porostů, helpdesk, monitoring porostů apod.),
- konstrukční oblast (hybridní pohony, zvýšení produktivity strojů, víceúčelové stroje, sázecí hlavice apod.),
- oblast vzájemného vztahu mezi strojem a operátorem (diagnostika výkonnosti stroje či operátora, expertní systémy, komfort operátora, automatizace operací apod.),
- oblast vzájemného vztahu mezi strojem a půdou (minimalizace vlivu na půdu a mechanického poškozování půdy, protiprokluzové systémy, minimalizace vlivu překážek, leveling (polohování kabiny apod.),
- oblast vzájemného vztahu stroje a stromu (správné a přesné měření, zjišťování vnitřní struktury výřezů, vhodná optimalizace skenováním celého kmene před započetím druhování, mechanické poškození výřezů apod.),
- oblast legislativy, bezpečnosti a standardů (emisní limity, ekologické standardy, standardy bezpečnosti práce, legislativní předpisy v dopravě apod.).
Ve většině případů je naprosto nemožné získat informace o aktuálním stavu výzkumu a vývoje, přesto se však v několika málo oblastech informace dostávají pozvolna na světlo.

Navigace, GPS/GIS a precizní lesnictví
Problém navigace je řešen již řadu let. Rozdíly mezi pozicí na mapovém podkladu a konkrétní pozicí v terénu se stále pohybují s přesností ± 3 m. V rámci rozvoje precizního lesnictví byl však vyvinut systém umožňující přesnou lokalizaci stroje v terénu. Systém pracuje na bázi využití družicových snímků a následném vytvoření mapového podkladu s přesným určením pozice jednotlivých stromů v porostu. Diagnostický aparát systému je schopen s vysokou přesností z družicových snímků určit nejen lokaci, ale i výčetní tloušťku stromu, průmět koruny a přibližnou výšku stromu či terénní podmínky. Tam, kde nejsou dostupné dostatečně přesné informace z družicového snímkování, je využíván malý monitorovací bezpilotní vrtulník, který je schopen pořídit další detailnější snímky oblasti. Je-li v takto nasnímaném porostu vyznačen těžební zásah, lze pomocí jednoduchého modemu přenést data do systému a vytvořit přesný mapový podklad tohoto zásahu. Všechny informace jsou následně využívány expertním systémem, který je schopen navrhovat optimální zpřístupnění porostu. Expertním systémem, po doplnění informací o odvozním místě a citlivých lokalitách (lokality zvláštní ochrany či oblasti spadající do systému Natura 2000 aj.), je vlastně navržena celá technologická karta. Těžební stroje jsou poté vybaveny speciálními senzory, které mají za úkol:
- monitorovat a inventarizovat porost – zasílání upřesňujících informací o výčetní tloušťce a výšce jednotlivých stromů, konfiguraci terénu apod.,
- vyrovnávat rozdíly pozice – senzory zachycují polohu skupiny stromů (cca 5), které jsou na základě vytvořeného obrazce srovnány s obrazci stromů na mapovém podkladě a následně je tento podklad upraven podle pozice skupin stromů a upřesněna je i pozice těžebního stroje na mapovém podkladu.
V rámci tohoto systému je využívána ve vysoké míře telemetrie a informační tok je oboustranný. Směřuje jednak z počítačového systému těžebního stroje do expertního systému, tak zpět do informačního systému stroje. Informace o porostu, jednotlivých stromech, zpracovaném objemu výroby, množství a lokaci jednotlivých sortimentů atd. jsou v reálném čase kdykoli (in-time) k dispozici. Celý projekt zahrnuje tedy širokou škálu, zahrnující citlivé oblasti vědy a výzkumu u těžebních technologií, jako je letecké mapování, robotizace, navigační technologie, senzoring, virtuální realita, ale i plánování či biologické disciplíny, jakou je např. pěstování lesa.

Vzájemný vztah člověka a stroje
V různých literárních pramenech je uváděn vliv operátora na produktivitu stroje a na míru poškození životního prostředí. U harvesterových technologií se lze dočíst, že tento vliv činí přibližně 30 %. To je velmi významný údaj, který vede k intenzivnímu výzkumu v oblasti vzájemného vztahu mezi člověkem a strojem. Operátor trpí v průběhu práce jak mentálním, tak fyzickým stresem. U harvesterových technologií je pracovní tempo velmi vysoké, ve Skandinávii se uvádí při průměrné hmotnatosti zpracovávaných stromů 0,3 m3 pracovní tempo 47 s/strom. Navíc v průběhu zpracování jednoho stromu musí operátor učinit průměrně 12 kvalifikovaných rozhodnutí, což výrazně snižuje jeho soustředění při delších pracovních výkonech. Navíc k tomu přibývá i fyzický stres, kdy operátor při zpracování jednoho stromu musí stisknout průměrně 24x tlačítko, ať na palubní desce či na joysticku. Velice fyzicky náročný a únavný je samozřejmě neustálý pohyb očí a hlavy při druhování, kdy operátor s každým výřezem sleduje monitor palubního počítače a následně na to zpracování výřezu samotného. To vedlo k navržení a spuštění automatizace některých funkcí. U harvesterů již existuje automatizace odvětvovacího a třídícího procesu. Funguje na principu „samoučícího se“ počítačového systému, kdy počítač snímá práci operátora na několika desítkách stromů, a je-li tento systém aktivován, tak při shodných parametrech stromu je schopen provést odvětvení a druhování bez zásahu člověka, včetně otáčení ramene při odvětvování (kladení potěžebních zbytků do budoucí dráhy stroje) či hromadování jednotlivých sortimentů (je-li pozice harvesteru shodná s pozicí při zpracování předešlého stromu). U forwarderů jsou již zaznamenány také první pokusy s automatizací vykládky ložné plochy na odvozním místě a i zde již bylo dosaženo značných pokroků. Další novinkou je možnost projekce informací z počítače na čelní sklo stroje místo klasické projekce na monitor, což výrazně snižuje nutnost přeostřovaní zraku mezi monitorem a harvesterovou hlavicí a tím významně omezuje pohyb očí a hlavy. Vývoj spěje tak daleko, že senzory snímají pohyb očí a projekce obrazu monitoru počítače je vždy ve směru pohledu operátora. Tato projekce dokáže významným způsobem ovlivnit namáhání např. okohybných svalů při práci operátora.
Zraková únava a neustálá soustředěnost
operátorů harvesterů jsou jedním z nejvýznam-nějších stresových faktorů, ovlivňujících ve výsledku i kvalitu a produktivitu práce. V současné době jednotlivé faktory ovlivňující zrakovou zátěž legislativně ošetřuje nařízení vlády č. 532/2002 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci před některými riziky plynoucími z pracovních podmínek a požadavky na pracovní prostředí a pracoviště, a dále pak vyhláška MZ ČR č. 89/2001 Sb., kterou se stanoví podmínky pro zařazování prací do kategorií.
Nedílnou součástí práce operátora je sledování displeje. Nejrůznějšími průzkumy bylo například zjištěno, že sledování obrazovky 1-2 hodiny pracovní doby způsobuje zrakové obtíže téměř 64 % respondentů, při sledování 6-8 hodin se únavové symptomy projevují již u 80 % sledovaných osob. Zvyšující se zátěž zraku je faktem, stejně jako individuální odolnost.
Vliv únavy a bolesti očí se projevuje zvýšenou frekvencí mrkání oka. Proto by v blízké budoucnosti mohl u vysoce mechanizovaných technologií být ve strojích instalován senzorový systém, snímající mimo jiné i frekvenci mrkání operátora. Pokud počítač vyhodnotí momentální stav jako nevyhovující, bude moci operátora akustickým nebo jiným způsobem upozornit.

Konstrukční a ostatní oblasti
Vývoj nastal i v oblasti konstrukce harvesterových hlavic. Řada výrobců již disponuje ve svých obchodních nabídkách harvesterovými hlavicemi s příslušenstvím, umožňujícím těžbu více stromů (tzv. multi tree handling heads). Na trhu jsou dostupné i hlavice s dvěma řezacími jednotkami (přidána tzv. top bar – horní lišta) zvyšující efektivnost zpracování posledního vyráběného sortimentu (nezbytkové zpracování u zlomů a posledního sortimentu zařaditelného do hroubí). V současnosti se používají zejména pro práci největších pásových harvesterů. Aplikace barev u těchto hlavic, odlišující čela sortimentů dle nejrůznějších zadávacích parametrů (rozměry, kvalita, různí odběratelé) je samozřejmostí. Jejich standardní využívání v rámci LH ČR je pouze otázkou času.
Další vizí do budoucna je nasazování bezoperátorových strojů (lze očekávat zatím pouze forwarderů). Tento systém se již ve Skandinávii zkouší. Podmínkou je technické vyřešení vyplývající z různých omezení GPS/GIS systémů a základních kamenů robotizace. Celý vývoj v harvesterových technologiích pomalu, ale jistě spěje k plné mechanizaci až robotizaci vybraných úkonů.
Pracovník v těžbě dříví v minulosti pracoval přímo v porostu, nejprve s ruční pilou a sekerou, technickým vývojem mu byl následně dodán další technický prostředek – motorová pila. V současné době je nastolen trend mechanizace, kdy pracovník obsluhuje stroj, ale je stále v konkrétním porostu. Tyto stroje jsou po konstrukční a ergonomické stránce neustále zlepšovány tak, že je pracovník stále méně a méně namáhán, nicméně pro zpracování daného objemu výroby je zapotřebí jeho přítomnosti v porostu. Vize je taková, že v budoucnu bude operátor řídit výrobu z pohodlí domova, kdy většina úkonů stroje bude plně robotizována.

Pozn.: Práce byla podpořena projektem VZ MSM 4501251 a projektem NAZV QH 71159.

Použitá literatura je k dispozici u autorů.

Autoři:
Ing. Radomír Klvač, Ph.D.
Ing. Radek Jiroušek
Lesnická a dřevařská fakulta MZLU v Brně
E-maily: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. ,
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.