Interaktive Simulation am Beispiel einer ... - Baumaschine.de

5. Fachtagung Baumaschinentechnik 2012 Technische Universität Dresden
die Bestimmung von Parametern. Die Genauigkeit der Ergebnisse ist unter Anderem abhängig
von der Genauigkeit der Parameter, so dass nicht automatisch ein Zusammenhang
zwischen der Komplexität der Modelle und der Qualität der Simulationsergebnisse
abgeleitet werden kann.
Als Resultat einer Verallgemeinerung der Modellstrukturen bei der Simulation mobiler
Arbeitsmaschinen folgt eine prinzipielle Unterteilung in die physikalischen Domänen der
mechanischen Struktur, des Antriebs und der Abbildung des Arbeitsprozesses (Bild 2).
Die Beschreibung der Mechanik erfolgt in der Regel mit Hilfe der Bewegungsgleichungen
im Rahmen einer räumlichen Starrkörpersimulation. Die Modelle werden mit den Entitäten
Starrkörper, Gelenk, Kraft bzw. Moment und Sensoren aufgebaut. Durch die Kombination
aus externen Kräften bzw. Momenten und Sensoren lassen sich die Schnittstellen zu den
anderen Domänen beschreiben.
Die Simulation der Antriebe basiert im Wesentlichen auf der Modellierung des primären
Energieflusses unter Berücksichtigung der Steuerung. Ein verallgemeinerter Ansatz bei
der Modellbildung wird z. B. durch die Sprache Modelica (/2/, /8/) gegeben. Durch die
Abstraktion in Zustands- und Flussgrößen ist es unerheblich, mit welchem Prinzip (hydraulisch,
elektrisch, pneumatisch) die Übertragung von Leistung und Signalen erfolgt.
Auf den Gebieten der Simulation der Mechanik und der Antriebe stehen leistungsfähige
Software, Standards und Beschreibungssprachen zur Verfügung. Demgegenüber besteht
bei der Formulierung von Rechenmodellen zur Beschreibung der Prozesse mobiler Arbeitsmaschinen
noch erheblicher Forschungsbedarf. Die Vielfältigkeit der Arbeitsprozesse
führt zu kaum verallgemeinerbaren Modellansätzen, die sowohl physikalisch und numerisch
als auch softwaretechnisch im Sinne einer Integration in des Simulationswerkzeug
umgesetzt werden müssen. Im Bereich fahrender Arbeitsmaschinen, bei denen der Fahrprozess
wesentlicher Bestandteil der Arbeitsaufgabe ist, sind entsprechend leistungsfähige
Ansätze vorhanden (/7/, /13/). Bei komplexen Prozessen wie dem Pumpen von Beton
ist bereits die Beschreibung und Parametrierung des Mediums eine entsprechende Herausforderung.
Die Steuerung der Arbeitsaufgabe erfolgt bei mobilen Arbeitsmaschinen durch einen Bediener.
Dieser gibt entsprechend seiner Beobachtung des Gesamtsystems aus Maschine
und Prozess die notwendigen Steuerbefehle an die Maschine. Dabei werden die an den
Stellteilen abzugreifenden Vorgaben des Bedieners durch Software und analoge Regelungen
vorverarbeitet.
Der Bediener verfügt über ein entsprechendes Prozesswissen zum Erfüllen der Arbeitsaufgabe
sowie eine Erwartungshaltung an das Maschinensystem. Dieses Wissen ist beim
Bediener in Form von Handlungsmustern gespeichert (Bild 3). Die Wahrnehmung des
Prozess- und Maschinenzustandes erfolgt über die menschlichen Sinnesorgane. Aufgrund
dieser Wahrnehmung, des Prozesswissens sowie der Erfahrungen im Umgang mit
der Maschine trifft der Bediener konkrete Entscheidungen, welche mit Hilfe seiner motorischen
Fähigkeiten in Bedienhandlungen umgesetzt werden.
Wesentlich für die kognitive Schleife der Informationsverarbeitung (Bild 3) ist dabei, dass
eine permanente Anpassung des Wissens erfolgt. Dieser Lernprozess des Bedieners hat
erheblichen Einfluss auf das Mensch-Maschine-System. Mathematische Modelle, die diese
Zusammenhänge in einer für die Simulation mobiler Arbeitsmaschinen geeigneten
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