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Mobile Maschinen 4/2018

Mobile Maschinen 4/2018

AUTOMATISIERUNG Die

AUTOMATISIERUNG Die Automatisierung einer Arbeitsmaschine heißt, die Arbeitsprozessschritte „mit technischen Mitteln so einzurichten, dass der Mensch weder ständig noch in einem erzwungenen Rhythmus für den Ablauf des Vorgangs [der Arbeitsmaschine] tätig zu werden braucht“ [11]. Die Tabelle 2 stellt die unterschiedlichen Technisierungsstufen einer Arbeitsmaschine dar. Im Gegensatz zu anderen Fahrzeugtypen besitzt eine mobile Arbeitsmaschine einen Fahrund Arbeitsantrieb, daher müssen die Teilfunktionen „Einwirken“, „Lenken“ und „Überwachen“ jeweils in Bezug auf das Fahren und auf das Arbeiten betrachtet werden. Die Teilfunktion „Einwirken“ bezieht sich dabei auf die Betätigungsart des Arbeitswerkzeuges, welches auf die Umgebung einwirkt. Der Mensch gräbt beispielsweise mit einer Schaufel per Hand, der Bagger mit dem hydraulisch betätigten Löffel. Die zweite Teilfunktion „Lenken“ beinhaltet die Steuerung der Maschine (Fahren und Arbeiten) mit den zugehörigen Entscheidungen zur Reihenfolge und Ausführung der Arbeitsschritte. Die Koordinierung der Maschinen auf der Baustelle sowie die Zuteilung der Aufgaben an die Maschinen fallen unter die Teilfunktion „Überwachen“. Dabei kann bei voll automatisierten Maschinen ein „Fahrer“ mehrere Maschinen von einer zentralen Stelle überwachen. Die „Kontrolle des Ergebnisses“ ist vom Überwachen losgelöst und beschäftigt sich rein mit der Beobachtung, Beurteilung und Kontrolle des Arbeitsergebnisses. Bei einer vollautomatisierten bzw. vollautonomen Arbeitsmaschine erfolgt demnach das Einwirken, Lenken und die Kontrolle des Arbeitsergebnisses über die Technik. Lediglich das Überwachen wird noch vom Menschen ausgeführt. Dabei kann der Mensch mehrere Maschinen aus der Entfernung überwachen (Fernüberwachung). AUTOMATISIERUNG IN DER MASCHINE Wird der Fahrer durch eine Vollautomatisierungslösung ersetzt, kann die Einflussnahme des „Maschineführers“ und des „Maschinenzustand bei Warte- oder Stillstandzeiten auf die CO 2 e-Emissionen signifikant reduziert werden bzw. entfallen. Dabei ist die Relevanz der allgemeinen mit sich bringenden Vor- und Nachteile einer Vollautomatisierung auf die gesamten CO 2 e-Emissionen zu prüfen. Die Automatisierung von Fahr- und Arbeitsaufgaben mobiler Arbeitsmaschinen bringt einige Änderungen der bisher bekannten Randbedingungen mit sich. Hierzu kann ein Blick in die automatisierte Produktionstechnik geworfen werden. Ein wichtiger Aspekt ist die Ausdehnung der Betriebszeiten der Maschine auf Nachtzeiten bis hin zum 24h-Betrieb, maximal unterbrochen durch Wartungsaufgaben. Gleichzeitig ist die Steuerungshardware bei entsprechender Auslegung schlag- und vibrationsbeständiger als ein menschlicher Fahrer. Für den Betrieb der Maschine kommen unterschiedliche Betriebsstrategien in Betracht um ein bestimmtes Ziel zu optimieren, beispielsweise die Optimierung der zeitlichen Effizienz, der Präzision, des Maschinenverschleißes oder des Energieeinsatzes. Diese Strategien können auf Knopfdruck gewechselt werden, eine zeit- und kostenintensive Mitarbeiterschulung ist nicht notwendig. Optimierungen und neue Funktionen können durch ein Softwareupdate aufgespielt werden, durch die meist vorhandene Vernetzung der Maschinen auch aus der Ferne. Durch die Vernetzung ist gleichzeitig die Übertragung von Telemetriedaten möglich, welche als Trainingsdaten für neue Software dienen können. Ein weiterer Aspekt der Vernetzung ist die vereinfachte Logistik, da jede Maschine an eine zentrale Leitstelle angebunden werden kann, welche die Einsatzplanung übernimmt und Aufträge an die Maschine weitergibt. Tabelle 2 LITERATURVERZEICHNIS [1] Questions & Answers on EU ratification of the second commitment period of the Kyoto Protocol, European Commision, URL - europa.eu/rapid/press-release_MEMO-13- 956_en.htm, Stand 01.06.2018. [2] Climate Action: Kyoto 2nd commitment period (2013-20), European Commision , URL -ec.europa.eu/clima/policies/strategies/progress/kyoto_2/index_en.htm, Stand 01.02.2017. [3] First steps to a safer future: Introducing The United Nations Framework Convention on Climate Change, United Nations Framework Convention on Climate Change, URL - unfccc.int/essential_background/convention/items/6036.php, Stand 01.06.2018. [4] Kyoto Protocol, United Nations Framework Convention on Climate Change, URL -unfccc.int/kyoto_protocol/items/2830.php, Stand 01.06.2018. [5] Pariser Übereinkommen, Europäische Komission, URL - ec.europa.eu/clima/policies/international/negotiations/paris_de, Stand 27.04.2018. [6] CECE and CEMA Optimising our industry 2 reduce emissions, CECE und CEMA, Brüssel, 2018. [7] Zülch, G.: Vorlesungsunterlagen: Arbeitswissenschaft. Institut für Arbeitswissenschaft und Betriebsorganisation, Karlsruher Institut für Technologie, 2012. [8] Filla, R.; Obermayr, M. und Frank, B.: A study to compare trajectory generation algorithms for automatic bucket filling in wheel loaders. Commercial Vehicle Technology Symposium, Kaiserslautern, 2014. [9] Filla, R. und Frank, B.: Towards Finding the Optimal Bucket Filling Strategy through Simulation. The 15th Scandinavian International Conference on Fluid Power, Linköping, 2017. [10] West Side W Tech tips: No time for idling - Proper Use of Idle Limiters and Shutdown Systems, West Side Tractor Sales, URL - www.westsidetractorsales.com/Documents/ Ctrl_Hyperlink/Tech_Tips_Issue_One_uid 10222013213182.pdf, Stand 29.11.2017. [11] Schnauber, H.: Arbeitswissenschaft. Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig, 1979. [12] Frank, B. et. al.: On increasing fuel efficiency by operator assistant systems in a wheel loader. In VTI, Changchun, China, 2012. 28 Mobile Maschinen 2018/04 www.mobile-maschinen.info

Muss für den Fahrer kein Platz auf der Maschine mehr vorgesehen werden, ergeben sich neue Möglichkeiten im grundlegenden Maschinendesign. Die Kabine gibt Bauraum zum einen durch ihr eigenes Volumen frei, zum anderen auch Bauraum um die Kabine herum, da kein Sichtfeld mehr freigehalten werden muss. Dieser zusätzliche Platz kann beispielsweise für alternative Antriebssysteme genutzt werden. Des Weiteren sind auch Änderungen in der Skalierung im Sinne von Schwarmsystemen möglich indem eine große Maschine durch mehrere kleinere Einheiten ersetzt wird. Dabei können Änderungen in der Flexibilität und in der Reaktionsfähigkeit entstehen. Hierbei ist zu prüfen, ob der Ersatz einer Arbeitsmaschine durch viele Kleinen die Treibhausgase nicht erhöhen würden. Die Erfassung arbeitsprozessrelevanter Größen im Betrieb durch Prozesssensorik ermöglicht eine umfangreiche Bewertung und Dokumentation des Arbeitsergebnisses. Außerdem ist je nach Anwendungsfall das direkte Messen von Größen möglich, die der Fahrer bisher nur geschätzt hat. Hierdurch steigt wiederum die Präzision und Qualität des Arbeitsergebnisses. ZUSAMMENFASSUNG & AUSBLICK Die Reduktion von Treibhausgasen ist erforderlich, um den Klimawandel zu bremsen und die politischen Ziele zu erfüllen. Die Betriebseffizienz spielt dabei eine Rolle und lässt sich in Einflüsse wie „Maschinenführer“ und „Maschinenzustand bei Warte- oder Stillstandzeiten“ einteilen. Durch den Einsatz von Automatisierung in mobilen Arbeitsmaschinen kann sich die CO 2 e-Emissionsmenge ändern. Durch automatisierte Arbeitsprozesse kann bei gleichbleibendem Ergebnis der Fahrereinfluss auf den Kraftstoff und damit auf CO 2 e-Emissionen reduziert werden bzw. entfallen. Stillstandszeiten können durch eine effizientere Logistik vernetzter Maschinen oder einfache Techniken wie Start-Stopp-Systeme reduziert bzw. vermieden werden. Zur weiteren Verbreitung von Automatisierung in mobilen Arbeitsmaschinen ist die Entwicklung von Steuerungen und Algorithmen notwendig, welche in der Lage sind, möglichst viele Prozesse zu automatisieren und auch auf mögliche Unvorhersehbarkeiten zu reagieren. Hierfür müssen die prozessrelevanten Ein- und Ausgangsparameter identifiziert und dem Steuerungssysteme zur Verfügung gestellt werden. Die Maschinen müssen für das Agieren in einer unbekannten, sich verändernder Umgebung mit Umfeldsensorik ausgestattet werden. Für die Überwachung des Arbeitsprozesses müssen Konzepte und neue Sensorik erforscht werden. Gleichzeitig ist es wichtig, für automatisierte mobile Arbeitsmaschinen eine Akzeptanz bei der Bevölkerung zu schaffen. Foto: Aufmacher fotolia/ OlegDoroshin HIGH-CURRENT, SOLID STATE J1939 CAN CONTROL INTELLIGENT EQUIPMENT INTEGRATION Steigern Sie die Integration Ihrer Ausrüstung in das digitale Zeitalter, um eine verbesserte Diagnose, eine Fehlerbehebung auf dem Bildschirm und eine höhere Benutzereffizienz zu erreichen. Unsere robusten Intelligent Xpansion -Module verfügen über digitale Schaltfunktionen und bis zu 15 Ampere-Ausgänge in einem kompakten, abgedichteten Gehäuse und können aus der Ferne montiert werden, um die Verdrahtungskosten erheblich zu reduzieren. Fügen Sie diese Module nahtlos in unsere robusten PowerView®-Displays ein, um die gesamte Ausrüstung zu steuern. EFFICIENT.COSTEFFECTIVE. EASY INSTALLATION ENOVATIONCONTROLS.COM SALES@ENOVATIONCONTROLS.EU

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