Mobile Maschinen 6/2020

Autoren: Dipl.-Ing. Volker Waurich und
Dipl.-Ing. Christian Richter sind wissenschaftliche
Mitarbeiter an der Professur für Baumaschinen
unter der Leitung von Prof. Dr. Ing. Frank
Will. Dipl.-Ing. Jan Lübbert und Dipl.-Ing. Simon
Köhler sind wissenschaftliche Mitarbeiter an der
Professur für Fluid-Mechatronische Systemtechnik
unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Jürgen
Weber. Beide Professuren sind in das von Prof.
Weber geleitete Institut für Mechatronischen
Maschinenbau an der TU Dresden eingegliedert
Die Automatisierung hydraulisch
angetriebener Erdbewegungsmaschinen
hat in den vergangenen
Jahren an Bedeutung zugenommen,
wie nicht zuletzt an der Präsenz des
Themas auf der Bauma 2019 zu erkennen
war. Aus diesem Anlass haben die Professuren
für Fluid-Mechatronische Systemtechnik
und für Baumaschinen an der TU
Dresden den auf der Bauma 2019 demonstrierten
Stand der Technik in einem Übersichtsartikel
zusammengefasst [UBFW19].
Die Sichtung der aktuell angebotenen
Lösungen hinsichtlich ihrer funktionalen
Aspekte und der jeweiligen Vermarktung
verdeutlichte, dass die verschiedenen Anbieter
teilweise unterschiedliche Auffassungen
davon haben, was als „Assistenzsystem“
oder „Automatisierungslösung“
betrachtet wird. Im Sinne einer Vereinheitlichung
wurde daher in [UBFW19] eine
Definition von Automatisierungslevels für
Erdbewegungsmaschinen analog zu den
bereits gängigen Levels für Straßenfahrzeuge
(SAE J3016) vorgenommen:
n Ein Assistenzsystem (Automatisierungslevel
1) stellt dem Bediener zusätzliche
Informationen zur Verfügung, die ihm
die Arbeit erleichtern (z. B. Positionsmesssystem).
Das System greift nicht aktiv
in die Steuerung ein.
n Eine Teilautomatisierungslösung (Level
2) steuert einen Teil der während eines
Prozesses zeitgleich bewegten Achsen der
Maschine, wobei der Bediener die übrigen
Achsen selbst steuert. Ein Beispiel
wäre das Ziehen eines geraden Planums
mit der Auslenkung nur eines Joysticks.
n Im Falle der bedingten, Hoch- oder Vollautomatisierung
(Level 3 bis 5) steuert die
Maschine alle Bewegungsanteile selbstständig,
wobei sich die Level darin unterscheiden,
ob und inwieweit der Bediener
in speziellen Situationen eingreifen muss.
Assistenzsysteme (Level 1) sind inzwischen
weit verbreitet und daher bereits als
Stand der Technik anzusehen (z. B. Laser-
Messsysteme, GNSS-Positionsermittlung
oder Wägesysteme), wobei stetig neue Assistenzsysteme
für weitere Maschinen und
Funktionen hinzukommen. Daneben existieren
bereits einige Teilautomatisierungslösungen
(Level 2) für einzelne Prozesse,
z. B. das Ziehen von Böschungen oder Plani
[Hita00], [ShKS14], [Volv19]. Hiermit
kann auch geringer qualifiziertes Personal
hohe Ergebnisqualitäten erreichen, was einen
wichtigen Beitrag zur Lösung des
Fachkräftemangels leistet. Vereinzelt wurden
für bestimmte Teilprozesse industrielle
Demonstratoren aufgebaut, die sich in
Level 3 (bedingte Automatisierung) einordnen
ließen, z. B. das Verladespiel zwischen
Radlader und Dumptruck von Volvo
[Jans16].
Ein wichtiger Faktor zur Optimierung
konventioneller Bauprozesse und für die
zukünftige Automatisierung ist die Vernetzung
der beteiligten Akteure. Hierbei fehlt
es zurzeit an einem gemeinsamen Kommunikationsstandard
als Grundlage.
MEGATREND DIGITALISIERUNG
Der stärkste technologische Treiber in der
Baubranche ist sicherlich die allumfassende
Digitalisierung von Modellen, Prozessen
sowie Maschinen und Systemen. Ziel
ist es, eine durchgehende digitale Durchdringung
der kompletten Wertschöpfungskette
zu erreichen. Dies dient nicht nur der
Produktivitätssteigerung und Kostenreduktion,
sondern soll auch die Qualität erhöhen,
die Arbeitsbedingungen verbessern
und die Umwelt schonen. Damit dieser
Ansatz zum Erfolg führt, ist internationale
Zusammenarbeit gefragt, sowohl was
Forschungs- und Technologieförderung
als auch gemeinsame regulatorische Standards
vor allem zum Thema Datenmanagement
anbelangt. Darüber hinaus sind
Investitionen in Aus- und Weiterbildung
zum Umgang mit digitalisierten Systemen
sowie in IT-Infrastruktur nötig. All diese
Punkte hat das CECE als die Hauptaufgabe
der nächsten Jahre erkannt und setzt sich
dafür ein, dass die EU die politische Führungsrolle
beim Ausbau der digitalen Bauindustrie
übernimmt und notwendige Forschungs-
und Entwicklungsaktivitäten fördert
[Cece18], [SaMV19].
Auf Seiten der Baumaschinen hat man
diesen Trend bereits aufgegriffen und bereitet
sich bestmöglich auf die Herausforderungen
von vernetzen, kollaborativen
Wertschöpfungsketten vor. Bereits jetzt
können Erdbewegungsmaschinen digitale
Geländemodelle nutzen um mit 3D-Maschinensteuerungen
zentimetergenaue
Ergebnisse zu erreichen. Stand der Forschung
ist es auch schon, dass einzelne
Maschinen dies automatisiert tun. Ein hoher
Grad an Automatisierung wird jedoch
nur im Einzelfall erreicht werden können.
Für hochautomatisierte und autonome
Systeme ist die Komplexität der Aufgaben