Mobile Maschinen 6/2020

Themenschwerpunkte des Verbundprojekts Bauen 4.0
Vernetzt automatisierte
Arbeitsmaschinen
Sensortechnologie
Bedienerassistenz
Automatisierung
Fernhantierung
5G Maschinen- und
Baustellenvernetzung
Cloudlösungen
Verteilte Intelligenz
Sicherer (reliable&secure)
Datenaustausch
Prozesse der
digitalen Baustelle
Logistik-, Baudaten
Remotemanagement
Umfelderkennung
Digitaler Zwilling
Die 3D-Maschinensteuerung ist seit mehreren Jahren im Markt angekommen
und ermöglicht Erdbewegungsmaschinen, die Position
und Orientierung des Werkzeugs auf wenige Zentimeter genau im
Baustellenkoordinatensystem zu vermessen. Dies ist die Grundlage,
um mithilfe digitaler Geländemodelle (DGM) bereits heute modellbasiert
zu arbeiten und auf einen Großteil des Absteckaufwands
zu verzichten. Grader und Dozer können bereits automatisiert die
Schildeinstellung anpassen, wohingegen beim Bagger nur wenige
Hersteller eine Automatisierung für leichte Erdbewegung, z. B. das
Ziehen einer Böschung, anbieten. Das automatisierte Leistungsbaggern
ist also noch Zukunftsmusik? Seit mehreren Jahrzehnten
ist der Traum vom automatisierten Graben Gegenstand der Forschung.
In früheren Forschungsprojekten ging es meistens um die
Konditionierung des Hydrauliksystems, Regelungsstrategien oder
neuartige Benutzerschnittstellen um Erdbewegungsarbeiten zu automatisieren.
Jüngste technologische Fortschritte vor allem in der
Umfeldsensorik ermöglichen darüber hinaus nun auch die Erfassung
der Erdoberfläche sowie der Gegenstände und Personen im
näheren Umfeld. Erst dadurch ist eine gezielte Planung der Arbeitsbewegung
möglich und vor allem eine Absicherung der Gefahrenbereiche
sowie Kollisionsüberwachung.
und die Heterogenität der Arbeitsumgebung zu groß, als dass sich
der Aufwand rechnen würde. Das größere Potenzial liegt darin, zukünftig
den kompletten Bauprozess zu vernetzen, wodurch sich ein
hoher Grad an Prozessautomatisierung erreichen lässt. Grundlage
dafür ist jedoch ein gemeinsames Verständnis von Schnittstellen
und die Bereitschaft aller Beteiligten zum Datenaustausch.
VERNETZTE BAUSTELLE
Für die Automatisierung einer Baustelle muss der Datenstrom
zwischen Maschinen, Material, Personen und Beistellgeräten ermöglicht
werden. Die Verwendung von Telematik-Modulen auf
den Baumaschinen schafft die Voraussetzungen für die Weiterleitung
von Betriebsdaten an eine zentrale Instanz. Zurzeit ist das Informationsziel
vielfach der Maschinenhersteller selbst, der die
Datenhoheit besitzt und dem Betreiber einen Zugang zu den Maschinendaten
über seinen Cloudservice zur Verfügung stellt. Für
eine engmaschige Vernetzung und kollaborative Szenarien ist jedoch
eine Vernetzung mit weitaus mehr Daten direkt auf einem
Baustellennetzwerk notwendig. Was dazu benötigt wird, sind harmonisierte
Schnittstellen zur Datenübertragung sowie die Bereitschaft
der Hersteller und Baustellenakteure, die notwendigen Daten
zur Verfügung zu stellen. Erst durch eine einheitliche Sprache
wird die vernetzte Baustelle in greifbare Nähe rücken. Im Rahmen
des Verbundprojekts Bauen 4.0 [WeBe20] wird die digitalisierte
und vernetzte Baustelle Realität. Die TU Dresden, die TU München
und die Partner arbeiten derzeit an einem Demonstrationsszenario
für die durchgängig vernetzte Maschinenflotte auf einer
vernetzten Baustelle (Bild). Als gemeinsame Sprache für die Umsetzung
von Industrie-4.0-Anwendungen haben der VDMA, Bitkom
und ZVEI den Kommunikationsstandard OPC-UA empfohlen,
was ein wichtiger Ansatz für mehr Interoperabilität auf der
Baustelle ist [Bitk15].
AUTOMATISIERTE ERDBEWEGUNG
ZWISCHENFAZIT
Zwei mögliche Ansätze zur Zeit- und Kosteneinsparung auf der Baustelle
sind einerseits die effektive Prozessorganisation mithilfe einer
durchgehenden Vernetzung der Akteure und digitalen Abbildung der
Wertschöpfungskette und andererseits die Automatisierung von Arbeitsprozessen
selbst, was geeignete Antriebssysteme erfordert.
Die Vernetzung und Digitalisierung der Baustelle wird aktuell
hauptsächlich durch das Fehlen von Kommunikationsstandards
erschwert – die nötigen Technologien (Breitband-Mobilfunk,
Cloudsysteme) sind bereits vorhanden und in Gesellschaft und Industrie
umfassend in Anwendung. Das Verbundprojekt Bauen 4.0
wird zeigen, welche Potenziale sich mithilfe konsequenter Nutzung
dieser Technologien auf der Baustelle bereits kurzfristig erschließen
lassen.
Im Teil II der Serie wird nach einem kurzen Blick auf ausgewählte
weit entwickelte Demonstratoren der Forschungsstand und verbleibender
Forschungsbedarf betrachtet, die für eine autonom arbeitende
Maschine als langfristiges Zukunftsziel relevant sind. Hieraus
wird eine Vision abgeleitet, welche Entwicklungen uns mittelfristig
auf einer modernen Baustelle vermutlich erwarten werden.
(Wird fortgesetzt)
Literaturhinweise/Quellenangaben:
[Bitk15] N. N.: Bitkom e.V. (HRSG.): Umsetzungsstrategie Industrie 4.0 (2015)
[Cece18] N. N.: CECE: The European Construction Industry Manifesto for
Digitalisation. URL https://www.cece.eu/stream/the-european-construction-industry-manifesto-on-digital-construction.
– abgerufen am 2020-10-09
[Hita00] N. N.: Hitachi Construction Machiinery Hitachi. ZAXIS201x. ZAXIS-6
series. Produktdatenblatt
[Jans16] Jansen, Sandra: Volvo Construction Equipment enthüllt autonomen
Maschinenprototyp. URL https://www.volvoce.com/deutschland/de-de/
about-us/news/2016/autonome-maschinen/. – abgerufen am 2019-06-27
[SaMV19] Sategna, Lara Grosso; Meinero, Davide; Volonta, Marco: Digitalising
the Construction Sector – Unlocking the potential of data with a value chain
approach: Committee for European Construction Equipment, 2019
[ShKS14] Shimano, Yuki; Kami, Yoshiki; Shimokaze, Kenichirou: Development of
PC210LCi-10/PC200i-10 Machine Control Hydraulic Excavator. In: Komatsu
Technical Report Bd. 60 (2014), Nr. 167, S. 7
[UBFW19] Uhlmann, Jonas; Beck, Benjamin; Fischer, Eric; Weber, Jürgen:
Automatisierung von hydraulisch angetriebenen Erdbewegungsmaschinen. In:
Mobile Maschinen Bd. 2019/05 (2019)
[Volv19] N. N.: Volvo Construction Equipment Europe: Volvo Active Control. Top
grades at top speed. URL https://www.volvoce.com/europe/en/services/
volvo-services/productivity-services/dig-assist/volvo-active-control/. – abgerufen
am 2019-08-28
[WeBe20] Weber, Jürgen; Beck, Benjamin: Bauen 4.0 (Übersichts-Webseite). URL
https://verbundprojekt-bauen40.de/. – abgerufen am 2020-08-20
Bilder: Aufmacher: Smileus – stock.adobe.com; Grafik auf S. 42 Autoren
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www.tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/imd/bm
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