Symulator żurawia wieżowego do prowadzenia szkoleń operatorów żurawi

Autor: mgr Klaudiusz Ziemek – Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy
Źródło: Materiały informacyjne CIOP-PIB pt. "Laboratoryjna wersja symulatora żurawia wieżowego z platformą obrotową do prowadzenia szkoleń operatorów żurawi", 2019

Poprawa systemu szkolenia operatorów żurawi wieżowych może znacząco podnieść bezpieczeństwo pracy na placach budów. Częstą przyczyną wypadków przy pracy z udziałem żurawi jest brak umiejętności i doświadczenia ich operatorów, dlatego należy uważnie przyjrzeć się procesowi szkolenia. Wprowadzenie wirtualnych symulatorów jest rozwiązaniem uzupełniającym obecny proces, dający początkującemu operatorowi możliwość nabrania doświadczenia oraz przetestowania i ugruntowania umiejętności, bez ryzyka związanego z użytkowaniem prawdziwej maszyny.

Celem zadania było zaprojektowanie, zbudowanie, oprogramowanie oraz przetestowanie prototypowej wersji symulatora żurawia wieżowego z obrotową platformą, do prowadzenia szkoleń operatorów. Założono, że urządzenie będzie wyposażone w dwa systemy wyświetlania obrazu – zestaw telewizorów otaczających pole widzenia operatora oraz gogle rzeczywistości wirtualnej.

W ramach pierwszego etapu zadania wykonano:

• weryfikację powszechności i dostępności rozwiązań tego typu na rynku
• opracowano wstępne założenia konstrukcyjne symulatora
• opracowano założenia funkcjonowania środowiska wirtualnego
• wykonano modele trójwymiarowych konstrukcji symulatora
• dokonano wyboru i zakupiono telewizory
• wykonano model trójwymiarowego żurawia wieżowego na podstawie modelu Liebherr
• wykonano model trójwymiarowy placu budowy w otoczeniu miejskim
• opracowano metodykę badawczą dla gotowego narzędzia
• wybrano i zweryfikowano narzędzia programistyczne wykorzystywane w dalszych etapach prac.

W drugim etapie przystąpiono do budowy konstrukcji symulatora, w tym:

• poprawiono i ukończono projekt konstrukcji symulatora
• zakupiono niezbędne elementy do wykonania konstrukcji
• ukończono opracowywanie środowiska wirtualnego
• zaimplementowano ruchy wirtualnego żurawia
• dodano interfejs komunikacji operatora z symulatorem przy użyciu wybranych urządzeń wejścia i wyjścia
• wykonano testy ułożenia zestawu monitorów otaczających pole widzenia użytkownika
• wykonano obliczenia wymaganych parametrów silnika do konstrukcji
• ukończono montaż konstrukcji symulatora i przeprowadzono wstępne testy jego funkcjonowania
• zaimplementowano system pogodowy w aplikacji.

W ostatnim etapie zadania wykonano:

• testy funkcjonowania otrzymanego narzędzia
• wprowadzono ważne modyfikacje (system śledzenia głowy operatora)
• dokonano poprawek znalezionych w testach błędów
• dodano zadania szkoleniowe w aplikacji
• odbyto wizytę w terenie, gdzie jest wykorzystywany żuraw wieżowy, po której dokonano modyfikacji fizyki zachowania się zawiesia i ładunku
• wykonano badania weryfikacyjne z udziałem grupy uczestników – zarówno doświadczonych operatorów żurawi wieżowych, jak i osób niezwiązanych z tym zawodem
• wykonano analizę wyników badań przeprowadzonych na opracowanym symulatorze.

Rysunek 1. Laboratoryjna wersja symulatora żurawia wieżowego

Opracowana prototypowa wersja symulatora wieżowego bardzo dobrze spełnia postawione w zadaniu założenia. Ogólna ocena funkcjonowania i przydatności tego urządzenia jest wysoka w przypadku wszystkich przeprowadzonych ankiet. Dostępne wersje symulatora mają znikomy wpływ na samopoczucie operatora, co jest bardzo ważnym aspektem w kontekście przeprowadzania szkoleń. Nie znaleziono definitywnie lepszego systemu wyświetlania obrazu i stwierdzono, że każdy z nich ma pewne zalety sprzyjające konkretnemu doświadczeniu.

Obrotowa platforma przyniosła bardzo dobre efekty zarówno w odczuciu obecności w środowisku wirtualnym, jak również w możliwości oddania rzeczywistego obrotu żurawia wieżowego.  W trakcie pracy nad symulatorem powstały również kolejne pomysły rozwoju urządzenia w celu dalszego zwiększenia jego realności, a tym samym, poprawieniu jakości doświadczeń, które można na nim zdobyć.

Materiały informacyjne opracowano na podstawie wyników IV etapu programu wieloletniego „Poprawa bezpieczeństwa i warunków pracy” finansowanego w latach 2017-2019 w zakresie zadań służb państwowych przez Ministerstwo Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej. Koordynator programu: Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy. Zadanie 4.G.27: Opracowanie laboratoryjnej wersji symulatora żurawia wieżowego z platformą obrotową do prowadzenia szkoleń operatorów żurawi