本申请要求于2016年1月13日提交的美国临时专利申请62/278,141的权益，其全部内容以参考的方式并入本申请。
本发明的实施例涉及操作工业机械，例如采矿铲车，具体地涉及在工业机械的操作期间向操作员提供反损。
技术实现要素：
在操作期间，工业机械的操作员通常仅接收来自机载训练器或来自矿井调度系统的反馈，它们都是传达由其他人员人工指定的指令(口头或书面)。因此，这种反馈是非常主观的，并且仅与提供反馈的人一样好。此外，提供反馈的人可能不知道操作员面临的所有条件，这可能使反馈不准确。例如，操作员面临的许多条件在视觉上不容易被观察到。因此，仅基于他或她的视觉观察提供反馈的人可能无法向操作员提供准确的反馈。此外，即使操作员在操作员的轮班结束时收到反馈，反馈通常也限于操作员是否满足该轮班的计划性能(例如，生产量)，并且很少对操作员改善工业机械的将来操作有用，因为在操作员操作工业机械时没有提供反馈。
因此，本发明的实施例提供了用于在工业机械运行期间、在操作员操作工业机械时实时地向工业机械的操作员提供反馈的方法和系统。例如，本发明的一个实施例提供了一种用于操作工业机械的系统。该系统包括具有电子处理器的控制器。电子处理器被配置为在工业机械运行期间重复地监测工业机械的当前操作参数，基于当前操作参数重复地确定多个性能度量值，基于选择标准重复地选择多个性能度量值的集合，并将多个性能指标值的集合重复地显示给工业机械的操作员。在一些实施例中，选择标准包括用于多个性能度量值之一的阈值，并且电子处理器被配置为当多个性能度量值中的一个性能度量值未能满足阈值时，选择多个性能度量值中的所述一个性能度量值，将它包括在多个性能度量值的集合中。
本发明的另一个实施例提供了一种操作工业机械的方法。该方法包括(a)在工业机械的操作期间监测工业机械的操作参数，(b)基于所述操作参数，用电子处理器确定多个性能度量值，(c)基于选择标准，用电子处理器选择所述多个性能度量值的集合，以及(d)向操作员显示多个性能度量值的集合。该方法还可以包括自动重复(a)到(d)。在一些实施例中，该方法还包括在车载操作员停止操作工业机械之后，生成包括多个性能度量值中的至少一个度量值的报告。在一些实施例中，该方法还包括接收对报告的人工请求并响应于接收到所述人工请求而生成报告。
本发明的再一个实施例提供了一种用于向工业机械的操作员提供反馈的系统。该系统包括控制器，所述控制器包括电子处理器。电子处理器被配置为监测工业机械的至少一个操作参数，基于所述至少一个操作参数确定多个性能度量值，并基于选择标准选择多个性能度量值的子集。电子处理器还被配置为在工业机械的操作期间将所述多个性能度量值的所述子集显示给工业机械的操作员。
本发明的另一个实施例提供了一种向工业机械的操作员提供反馈的方法。该方法包括基于从至少一个传感器接收的、数据监测工业机械的至少一个操作参数，并基于该至少一个操作参数确定多个性能度量值。所述方法还包括利用电子处理器通过一下方法来选择多个性能度量值的一个子集：将多个性能度量值中的至少一个性能度量值与阈值进行比较，当多个性能度量值中的至少一个性能度量值未能满足阈值时，将多个性能度量值中的至少一个性能度量值包括在多个性能度量的子集中。该方法还包括在工业机械的操作期间将多个性能度量值的子集显示给工业机械的操作员，当所述至少一个操作参数改变时选择多个性能度量值的新子集。
本发明的另一实施例提供了包括指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由电子处理器执行时使电子处理器执行一组功能。该组功能包括基于工业机械的至少一个操作参数确定工业机械的多个性能度量值，通过以下方法选择多个性能度量值的子集：将多个性能度量值中的至少一个性能度量值与目标进行比较，当多个性能度量中的至少一个性能度量值未能满足目标时，将多个性能度量值中的至少一个性能度量值包括在多个性能度量值的子集中。该组功能还包括在工业机械的操作期间向工业机械的操作员显示多个性能度量值的子集，当多个性能度量值中的至少一个性能度量值满足目标时，从多个性能度量值的子集中移除多个性能度量值的至少一个性能度量值。
另一个实施例提供了一种用于向工业机械的操作员提供反馈的方法。该方法包括监控工业机械的至少一个操作参数，并且基于至少一个操作参数，用电子处理器确定多个性能度量值。该方法还包括在工业机械的操作期间向工业机械的操作员提供至少一个操作指令，所述至少一个操作指令包括用于改进被包括在多个性能度量值中的至少一个性能度量值的指令。
通过考虑详细描述和附图，本发明的其他方面将变得显而易见。
附图说明
图1示出了工业机械。
图2示意地示出了与图1的工业机械结合使用的控制器。
图3是示出由图2的控制器执行的、用于提供反馈给工业机械的操作员的方法的流程图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施例之前，应当看到，本发明的应用不限于以下描述中阐述的或附图中示出的构造的细节和部件的布置。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式被实践或实施。
另外，还应当看到，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应该被认为是限制性的。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用旨在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。术语“安装”、“连接”和“耦接”被广义地使用并且包括直接和间接安装、连接和耦接。此外，“连接”和“耦接”不限于物理或机械连接或耦接，并且可以包括电连接或耦接，无论其是直接的还是间接的。而且，电子通信和通知可以使用任何已知的手段来执行，包括直接连接、无线连接等。
还应指出，可以利用多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构组件来实现本发明。另外，应当看到，本发明的实施例可以包括硬件、软件和电子组件或模块，出于讨论的目的，这些组件或模块被显示和描述成就好像大多数组件仅以硬件实现。然而，本领域技术人员基于对本详细描述的阅读将认识到，在至少一个实施例中，本发明的基于电子的方面可以用可由一个或多个处理器执行的软件实现(例如，存储在非暂时性计算机可读介质中)。因此，应该指出，可以利用多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构组件来实现本发明。例如，本说明书中描述的“控制单元”和“控制器”可以包括一个或多个电子处理器、一个或多个包括非暂时性计算机可读介质的存储器模块、一个或多个输入/输出接口，以及连接组件的各种连接装置(例如，系统总线)。
图1示出了采矿铲车10。应当看到，尽管本发明的实施例被描述为用于采矿铲车，但是本发明的实施例可以应用于各种工业机械或与各种工业机械结合使用(例如，绳索铲车、拉铲铲车、交流电机、直流电机、液压机等)。图1中所示的铲车10描绘了示例性的电动绳索铲车。铲车10包括左右履带板14(图1中仅示出左履带板14)，用于向前和向后推动铲车10以及用于转动铲车10(例如，通过改变左右履带板14相互之间的速度、方向或二者)。履带板14支撑包括驾驶室26的底座22。在一些实施例中，底座22能够围绕摆动轴线摆动或旋转，以便例如在挖掘位置和倾倒位置之间移动。在一些实施例中，履带板14的运动对于摆动运动并不是必需的。
铲车10还包括支撑可枢旋的铲斗柄34和铲斗38的悬臂30。铲斗38包括用于倾倒铲斗38中的内容物的门39。例如，在操作期间，铲车10将包含在铲斗38中的物料倾倒在倾卸位置，例如拖运卡车的底座、移动式破碎机、输送机、地面上的区域等等。
如图1所示，铲车10还包括耦接在底座22和悬臂30之间、用于支撑悬臂30的张紧悬索42。在一些实施例中，在一条或多条缆索42之外附加或代替一条或多条缆索42，铲车10包括一个或者更多的将悬臂30连接到基座22的张紧构件。铲车10还包括提升索46，所述提升索46连接到基座22内的绞盘(未示出)，用于缠绕缆索46以升高和降低铲斗38。铲车10还包括连接到另一绞盘(未示出)的缆索48，用于打开和关闭铲斗门39。铲车10可包括用于伸展和收起铲斗38的挖掘小齿轮和齿条。
铲车10还包括用于驱动或操作铲斗38的一个或多个致动器。对于电铲车，一个或多个致动器可包括一个或多个电动机。例如，可以使用一个或多个电动机来操作提升索46和开斗索48。类似地，可以使用一个或多个电动机来驱动轴承18并使基座22摆动。液压铲车可以类似地包括由液压流体压力操作的一个或多个液压致动器。例如，在一些实施例中，铲车10包括用于升高和降低铲斗38的至少一个提升致动器和用于伸出和收起铲斗38的至少一个挖掘致动器。
与铲车10相关联的控制器100由图2示意性地示出。控制器100可以包括在铲车10中或可以被放置成远离铲车10。控制器100包括电子处理器102，非易失性计算机可读介质104和输入/输出接口106。电子处理器102、计算机可读介质104和输入/输出接口106通过一个或多个通信线路或总线进行通信。应当看到，在其他结构中，控制器100包括附加的、更少的或不同的组件。而且，应当看到，控制器100可以执行本申请中描述的功能之外的附加功能。此外，本申请中描述的控制器100的功能可以分布在一个以上的控制器中。
计算机可读介质104存储程序指令和数据。电子处理器102被配置为从计算机可读介质104检索指令并且执行指令以执行本文描述的控制过程和方法。输入/输出接口106通过一个或多个有线或无线连接将数据从控制器100传输到位于铲车10上或远离铲车10的外部系统、网络和设备。输入/输出接口106将接收的数据提供给电子处理器102，在一些实施例中，还可以将接收的数据存储到计算机可读介质104。
在一些实施例中，控制器100通过一个或多个有线或无线连接同与铲车10相关联的设备通信。例如，控制器100可以被配置为与操作员界面108通信。操作员界面108可包括在铲车10中(例如，在驾驶室26中)或包括在与其一起使用的遥控器或远程站中。此外，在一些实施例中，操作员界面108可以包括由操作员携带的装置，例如移动电话、手表等，其包括用于向操作员提供信息的显示器。操作员界面108向当前操作铲车10的操作员提供信息，该操作员可以在铲车10上或远离铲车10。在一些实施例中，操作员界面108还接收来自操作员的、用于操作铲车10的输入。
在一些实施例中，控制器100还同与铲车10相关联的一个或多个传感器120通信。在一些实施例中，传感器120被放置在铲车10上。传感器120监测铲车10的各种操作参数，例如，铲斗38的位置和状态。例如，控制器100可以与一个或多个挖掘传感器、摆动传感器、提升传感器和铲车传感器通信。挖掘传感器指示铲斗38的伸出或回缩程度。摆动传感器指示铲斗柄34的摆动角度。提升传感器指示铲斗38的高度(例如，基于提升索46、相关的绞盘、或二者的位置)。铲车传感器可指示铲斗门39的位置，或者可包括重量传感器、加速度传感器、倾斜传感器，或其组合，用来向控制器100提供关于铲斗38内负载的附加信息。
在一些实施例中，一个或多个传感器120是指示致动器(例如，挖掘马达、摆动马达或提升马达)的绝对位置或相对移动的旋转变压器。例如，为了指示相对运动，当提升马达旋转以卷绕提升索46而升高铲斗38时，提升传感器可输出指示提升的旋转量和运动方向的数字信号。控制器100可被配置成将这些输出转换成铲斗38的高度位置、铲斗38的速度、铲斗38的加速度，或它们的组合。当然，应当理解，在其他实施例中，传感器120可以包括其他类型的传感器。而且，应当理解，在一些实施例中，一个或多个传感器被包括在控制器100中。此外，应当看到理解，控制器100可以直接或间接地通过另一设备(例如，与一个或多个传感器120相关联的单独控制器)接收来自传感器120的数据。
在一些实施例中，控制器100还接收来自一个或多个操作员控制装置130(诸如操纵杆、杠杆、脚踏板和由操作员操作的其他致动器)的输入，以控制铲车10的操作。操作员可以使用操作员控制装置130发出命令，例如提升、下降、挖掘伸出、挖掘缩回、顺时针摆动、逆时针摆动、铲斗门释放、左履带板14向前、左履带板14向后、右履带板14向前和右履带板14向后。
如上所述，在一些实施例中，控制器100位于远离铲车10的位置。当控制器100远离铲车10时，控制器100可被配置成通过一个或多个通信网络(例如，局域网或互联网)与操作员界面108、传感器120和操作员控制设备130无线(例如，通过收发器)通信。例如，控制器100可以被配置为从传感器120以无线方式接收数据并且以无线方式发送数据到操作员界面108。
如上所述，电子处理器102被配置为从计算机可读介质104检索指令并执行指令，以执行用于工业机械的控制过程和方法。例如，控制器100(具体地，电子处理器102)被配置为执行图3中所示的方法200，从而在工业机械的操作期间向铲车10的操作员提供反馈。
如图3所示，控制器100被配置成在铲车10的操作期间监测铲车10的至少一个操作参数(框图202)。操作参数可以包括运动速度(例如，提升速度、挖掘速度、摆动速度等)、当前挖掘周期、铲斗负载、铲斗位置、悬臂位置、循环时间、循环类型、有效载荷、生产率、生产总量、利用延迟、运行延迟、实践计数(例如，铲斗冲击、悬臂千斤顶、档位、向物料堆摆动、摆动冲击等等)、挖掘位置(例如，离物料堆的距离)、摆动角度，或它们的组合。操作参数可以表示当前参数，合计的参数，诸如平均值、最小值、最大值、一阶值、二阶值等，或它们的组合。例如，操作参数可以包括表示一段时间内的最小或极小值的一阶统计量，表示一段时间内的第二最小值的二阶统计量等。控制器100可以访问从操作员界面108、传感器120、操作员控制设备130或其组合所收集的数据，以监控操作参数。
如图3所示，控制器100还被配置成基于监测的操作参数确定铲车10的多个性能度量值(框图204)。多个性能度量值可以包括铲车10的结构寿命、铲车10的机械寿命、铲车10的电气寿命、铲车10或操作员的生产率、循环时间、有效载荷或有效载荷的分布、铲车10或操作员的生产率、铲车10或操作员的生产总量、利用延迟、操作延迟、实践计数(例如，悬臂千斤顶、停转、向物料堆摆动等)、相对于机器几何结构的挖掘角度、平均摆动角度、离目标所剩余的生产量、当前性能与历史性能的比较等等，或它们的组合。例如，多个性能度量值可包括当前的统计值，例如，如与先前的轮班、最佳轮班、月份平均等相比较的生产总额。类似地，多个性能度量值可以包括当前子循环阶段时间与历史平均值、最佳性能或二者的比较。多个性能度量值还可以包括归一化的、任何上述度量值(例如，通过寿命或职责的计算)。应当看到，多个性能度量值可以基于当前操作参数、历史操作参数或其组合。例如，如上所述，在一些实施例中，性能度量值可以测量(例如，进行平均)在预定时间段内的特定度量值，例如最后五分钟或十分钟。在其他实施例中，性能度量值可以测量当前度量值(例如，铲斗38中的当前负载)。在一些实施例中，多个性能度量可以包括对改进循环时间的机会的识别。
在确定多个性能度量值之后，控制器100选择多个性能度量值的全部或子集(这里称为“有效子集”)，以便在铲车10操作期间显示给操作员(框图206)。在一些实施例中，控制器100选择多个性能度量值的子集(例如，两到三个性能度量值)以避免一次给操作员太多信息。然而，在其他实施例中，控制器100可以选择所有的多个性能度量值显示给操作员。无论控制器100是选择多个性能度量值的全部还是子集，控制器100都可以对所选择的性能度量值进行排序以供显示(同时或串行)。
当控制器100选择多个性能度量值的子集时，控制器可以基于至少一个选择标准来进行这种选择。在一些实施例中，选择标准包括决策树。例如，控制器100可以被配置为使用决策树来识别表示最大改进机会的性能度量值。类似地，选择标准可以包括针对各种性能度量值的重要性的预设优先级(排名)(例如，当前周期时间是否比月平均周期时间更重要或更不重要)。替代地或附加地，选择标准可以包括一个或多个阈值。例如，控制器100可以通过将多个性能度量值中的一个或多个与一个或多个阈值进行比较来选择有效子集(或其一部分)。在一些实施例中，当度量值(或度量值的组合)未能满足阈值或未能在预定时间段内接近阈值时，控制器100可将一个或多个度量值(例如失败度量值)添加到所述有效子集。类似地，在一些实施例中，控制器100可以被配置为将离相关联的阈值相差最大量(例如，最差性能度量值)的一个或多个度量值添加到的有效子集。而且，在一些实施例中，选择标准可以包括一个或多个规则。这些规则可被存储在计算机可读介质104中，在一些实施例中，可以为特定的操作员、工业机械、矿山等生成和定制这些规则(例如，基于原始设备制造商(“oem”))输入、客户加权、矿山规划、生产计划等)。因此，控制器100可以基于铲车10的操作员的身份选择有效子集，以便提供为操作员个人定制的有效子集。
在一些实施例中，控制器100使用与铲车10的操作员当前操作相关联的一个或多个性能目标来生成性能度量值、选择有效子集，或二者。例如，在一些实施例中，控制器100使用所监测的操作参数来估计性能目标(包括但不限于生产目标)是否将被满足。控制器100可以将该信息提供给操作员，作为被包括在有效子集中的性能度量值或是与有效子集分开的性能度量值。例如，控制器100可以生成并显示绿色或红色图标，指示性能目标是否可能将被满足。在一些实施例中，控制器100还可以使用性能目标来提供目标剩余度量值作为性能度量值之一。该度量可以指示实现生产目标的剩余生产量(例如，剩余目标生产的10％)，并且在一些实施例中，可以指示满足生产目标所需的生产水平(例如，对于预定的工作周期或时间，例如操作员指定的轮班)。另外，在一些实施例中，在满足性能目标之后，控制器可以修改性能度量值的选项，以关注其他操作目标，例如通过减少部件磨损、减少循环时间、管理有效载荷等等来节省工业机器寿命。
除了显示有效子集之外，或作为其替代例，控制器100可以被配置为生成并提供一个或多个操作指令(“指导提示”)。所述指导提示可以对应于在有效子集中显示的性能度量值，并且可以提供用于改进被包括在有效子集中的一个或多个性能度量的指令。指导提示可以是视觉、触觉、听觉或其组合。例如，指导提示可以以下方式被提供：作为闪烁灯或变色灯；作为文本或图形指令，诸如显示铲斗38或铲车10的另一部件的期望的路径；当铲车10已经或未针对当前任务正确操作时，作为通过振动操纵杆或座椅提供的振动来提醒操作员；或作为警报、音调、口头提示等。因此，可以通过操作员界面108、平视显示器、蜂鸣器、在座椅或操纵杆中的振动特征、力反馈操纵杆、警告灯、全息显示器等向操作员提供指导提示。例如，当操作员在挖掘时在土堆中反复停转时，控制器100可以显示(例如，通过操作员界面108)红色箭头，该红色箭头指示操作员需要在挖掘运动上拉回，以防止发生停转状态。另外，工业机械的操纵杆可以向操作员提供触觉反馈，以通知操作员机器正以非生产性方式执行任务。因此，在一些实施例中，控制器100向操作员提供指导提示以及性能指标，以不仅告知操作员关于铲车10的当前性能，而且还有助于改进铲车10的操作。
如图3中所示，在一些实施例中，控制器100重复地(例如，连续地，以预定频率，或响应于特定事件)监测操作参数、确定性能度量值、以及选择有效子集(以及任何相应的指导提示)。因此，随着铲车10的性能改变，提供给操作员的反馈也改变。例如，当有效子集包括指示铲车10的低效操作而操作员改变铲车10的操作以解决该低效率的特定性能度量值时，控制器100最终可以从有效子集中移除该性能度量值(如性能度量值开始表明有效运行或至少比过去的性能有改善)。例如，在一些实施例中，当性能度量值在预定时间段内改善预定百分比时，控制器100可从有效子集中移除该性能度量值。在从有效子集移除该性能度量值后，控制器100可以把一个不同的性能度量值包括在有效子集中。应当看到，在一些实施例中，控制器100可以出于与性能度量值的变化无关的原因，从有效子集中移除性能度量值。例如，当特定时间段已经过去而几乎没有改变性能度量值(或没有正面的变化)时，控制器100可以被配置为从有效子集中移除性能度量值，这可以允许控制器100提供可以由操作员更好地响应或更容易解决的、不同的性能度量值。
如上所述，在一些实施例中，控制器100可以被配置为响应于检测到的事件更新所显示的有效子集。例如，控制器100可以被配置为响应于感测铲车10的操作或利用的改变而更新所显示的有效子集。当控制器100感测到这样的改变时，控制器100可以确定多个性能度量值中的一个或多个性能度量值(基于铲车10的当前操作参数)并相应地更新有效子集。例如，当工业机械处于高生产量环境中时，控制器100可以将有效子集和任何相关的指导提示集中在改进的性能上。然而，当工业机械未被充分利用时，控制器100可以将有效子集和任何相关的指导提示集中在更高效率、更少损坏和影响工业机械稳定的其他项目上。
在一些实施例中，控制器100还被配置为生成报告。例如，在操作员的轮班完成并且操作员停止操作铲车10之后，控制器100可以为操作员生成报告。该报告可以包括多个性能度量值中的一个或多个性能度量值。度量值可以包括在预定时间段(例如，运营商的班次)平均的度量值、在预定时间段期间确定的最小或最大度量值，或它们的组合。报告还可以包括指示操作员是否满足计划性能的信息，例如计划生产量(例如，在一个轮班内)。也可以通过操作员界面108、另一个界面、或它们的组合而提供报告。而且，在一些实施例中，可以打印报告。
在一些实施例中，控制器100还被配置为提供多个报告。多个报告可以包括用于操作员的先前的报告(例如，与先前轮班相关联的报告)。替代地或附加地，多个报告可以包括用于其他操作员(例如，相同的或类似的挖掘铲车的操作员或同一矿井内的其他挖掘铲车的操作员)的报告。例如，控制器100可以被配置为访问多个报告(例如，被存储在控制器100外部的服务器上)，并生成可以由操作员导航以选择和查看可用报告的一个或多个用户界面。报告可以涉及单个操作员、一组操作员、一组机器，或它们的组合。
提供多个报告允许操作员看到该操作员的表现情况如何与同一矿井或不同矿井内的其他操作员相比较。而且，在一些实施例中，控制器100可以被配置为当选择要包括在有效子集中的性能度量值时使用来自多个报告中的一个或多个报告的信息。例如，当控制器100确定与类似操作员和类似工业机械相差预定数量或百分比的性能度量值(例如，不能达到类似操作员和类似工业机械的性能度量值的平均值)时，控制器100可以将所述的性能度量值包括在有效子集中，以连同可选指导提示一起提醒操作员不良的性能，以便用于纠正性能不佳。
在一些实施例中，控制器100被配置为在操作员轮班结束时自动生成报告。例如，控制器100可以被配置为检测铲车10的操作何时结束(例如，基于来自传感器120的信息)，或者可以被配置为基于日历数据或其他日程信息检测操作员的轮班何时结束。在一些实施例中，控制器还可以响应于接收表示由操作员或其他人员(例如，操作员的主管)发起的人工请求的用户输入而按需生成报告。
本发明的各种特性和优点在以下的权利要求中阐述。