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Mobile Maschinen 5/2019

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Mobile Maschinen 5/2019

Sensorik für Ihr

Sensorik für Ihr Fahrzeug 01 Intuitives Bedienkonzept Intusi [Lieb19a] ZERTIFIZIERT NACH IATF 16949 Elektronik für Sensorik, Licht, Steuer- und Leistungselektronik Besuchen Sie uns in Halle 2.2 Stand 145! VISION UND BEGRIFFSDEFINITION Die Elektrotechnik charakterisiert den Begriff „automatisch“ mit folgendem Wortlaut: „einen Prozess oder eine Einrichtung, der oder die unter festgelegten Bedingungen ohne menschliches Eingreifen abläuft oder arbeitet“ [Dinv14]. An diese Aussage anknüpfend, ist die Aufgabe, den menschlichen Anteil an Arbeitsprozessen zu reduzieren, eine Kernaufgabe des Ingenieurwesens. Durch den Einsatz von Maschinen im Bereich der Erdbewegung hat der Mensch heute vorrangig nur noch steuernde und koordinierende Funktionen. Moderne Bagger und Radlader sind multifunktionale Maschinen mit beeindruckenden technologischen Leistungsmerkmalen. Ein menschlicher Bediener ist allerdings in den meisten Fällen bislang noch unverzichtbar. Mit Erfahrung und Know-how setzt ein Baugeräteführer die Maschinen effizient und produktiv ein. Aktuell bestimmen jedoch der Fachkräftemangel sowie der Zeitund Kostendruck, aufgrund hoher Nachfrage, den Bausektor. Die Verfügbarkeit an Baugeräteführern wird dem momentan nicht gerecht. Eine Studie des CECE (Committee for European Construction Equipment) zur Digitalisierung im Bausektor beleuchtet mögliche Lösungen und stellt diesen auch Chancen und Risiken für Unternehmen gegenüber [SaMV19]. Die Bedienerunterstützung, Automatisierung, Fernhantierung und Baurobotik kommen dabei als nützliche Case Studies in Betracht. Die Automatisierung ist seit langem Gegenstand von Forschung und Entwicklung. Bereits in den letzten Jahrzehnten des vergangenen Jahrhunderts gab es Projekte zur autonomen, mobilen Maschine. Ein Beispiel dafür ist der „Robot Excavator Lucie“ der Lancaster University. Im Rahmen der Arbeiten wurden nicht nur Fragen bzgl. der autonomen Grab bewegung beantwortet, sondern auch Herausforderungen zum sicheren Umgang analysiert und erprobt. So hatte der Prototyp einen Rotoscan- Sensor, um Objekte in der Umgebung zu erkennen. Die Haupterkenntnis der damaligen Arbeiten war, dass die verfügbare Technik sowie Gesetzgebung noch nicht ausreichten, um einen sicheren Maschinenbetrieb zu gewährleisten [SMSM96]. Aktuelle Konzepte verschiedener Baumaschinenhersteller zeigen, wie Baumaschinen in Zukunft aussehen könnten. So wurde auf der bauma 2019 von Liebherr als Teil der neuen Maschinenkommunikation das Bedienkonzept Intusi vorgestellt, welches den bauma Innovationspreis 2019 in der Kategorie Design gewann. Intusi steht als Abkürzung für ein Intuitives User Interface. Das Ziel bei der Entwicklung war es, die historisch gewachsene Fahrerkabine mit einer Vielzahl an Bedien- und Anzeigeelementen zu verschlanken und situationsabhängig nur die Elemente darzustellen, die benötigt werden [Lieb19a]. Die praxistaugliche Einführung von automatisierten Maschinenfunktionen im Baustellenkontext wird durch ständig wechselnde Fertigungsaufgaben, variierende Umgebungs- und Randbedingun- www.turck-duotec.com

gen sowie die Interaktion einer Vielzahl unkoordinierter Akteure erschwert [BaAb08]. Dieser Problemstellung der Situationsan passung wird in Zukunft durch Digitalisierung und Vernetzung begegnet. Die Bundesregierung hat deshalb bspw. in Zusammenarbeit mit Industrievertretern 2011 das Zukunftsprojekt „Industrie 4.0“ ins Leben gerufen [Bmvi19]. Dies umfasst, wie anfangs angelegt, nicht nur die „Fabriken von Morgen“ [Bmbf19] sondern mittlerweile auch den Baustellen- und Baumaschinenbereich. Im Bereich mobiler Maschinen ist vor allem die Landtechnik als Vorreiter der Digitalisierung und Automatisierung zu beobachten. Aufgrund der Anforderungen an die Prozessüberwachung und -qualität existieren dort bereits Lösungen für autonomes Fahren auf dem Feld sowie einem Anbaugerätemanagement beim Wenden am Feldende. Insbesondere beim Fahren stellt auch die Automobilbranche Ansätze für Off-Road-Fahrzeuge zur Verfügung. Dort gibt es bereits Normungsaktivitäten zur Darstellung verschiedener Automatisierungsstufen auf dem Weg der Vision Autonomie. Diese sind in der SAE J3016 [Onro19] niedergeschrieben und in der Tabelle dargestellt. Zur Begriffseinordnung in diesem Artikel wird diese Kategorisierung auf mobile Arbeitsmaschinen übertragen. Dabei wird die Deutung des Begriffes „Assistenzsystem“ für mobile Arbeitsmaschinen bewusst gegenüber der SAE J3016 abgewandelt. Um eine klare Trennung zu erreichen, werden Assistenzsysteme dadurch charakterisiert, dass Sie dem Bediener assistieren, ohne in die Steuerung einzugreifen. Alle Systeme mit Eingriff in die Maschinensteuerung werden als automatisierte Lösungen des Level 2 und höher definiert. Bezeichnung Automobil (SAE J3016) Mobile Arbeitsmaschine 0 keine Automation Die Vollzeitleistung des menschlichen Fahrers in allen Aspekten der dynamischen Fahraufgabe. 1 Assistenz system Die teilzeit- oder fahrmodusabhängige Ausführung von entweder Lenken oder Beschleunigen / Verzögern durch ein Fahrerassistenzsystem mit der Erwartung, dass der menschliche Fahrer alle anderen Aspekte der dynamischen Fahraufgabe ausführt. 2 Teilautomatisierung 3 Bedingte Automatisierung 4 Hochautomatisierung 5 Vollautomatisierung Die teilzeit- oder fahrmodusabhängige Ausführung von sowohl Lenkung als auch Beschleunigung / Verzögerung durch ein oder mehrere Fahrerassistenzsysteme mit der Erwartung, dass der menschliche Fahrer alle anderen Aspekte der dynamischen Fahraufgabe ausführt. Die teilzeit- oder fahrmodusabhängige Ausführung aller Aspekte der dynamischen Fahraufgabe durch ein automatisiertes Fahrsystem mit der Erwartung, dass der menschliche Fahrer angemessen auf eine Aufforderung zum Eingreifen reagiert. Die teilzeit-, fahrmodusabhängige oder geografisch eingeschränkte Leistung eines automatisierten Fahrsystems in Bezug auf alle Aspekte der dynamischen Fahraufgabe, selbst wenn ein menschlicher Fahrer nicht angemessen auf eine Aufforderung zum Eingreifen reagiert. Die bedingungslose Vollzeitleistung eines automatisierten Fahrsystems für alle Aspekte der dynamischen Fahraufgabe unter mindestens allen Fahrbahn- und Umgebungsbedingungen, die von einem menschlichen Fahrer bewältigt werden können, einschließlich der Fähigkeit, das Kraftfahrzeug automatisch in einen minimalen Risikozustand bei einem kritischen Fahrzeug- oder Systemausfall oder einem anderen Notfallereignis zu bringen. Der Bediener steuert die Maschine eigenständig ohne weitere, aktiv unterstützende Systeme. Der Bediener steuert die Maschine eigenständig und wird durch Anzeigen unterstützt. Die dafür benötigten Daten werden aus der Überwachung der Maschine durch Sensorik sowie Auswertealgorithmen gewonnen. Die Algorithmen greifen nicht aktiv in die Maschinensteuerung ein. Beispiele: 1D-, 2D- und 3D-Positionssysteme, Gewichtsmessung der Zuladung Eine oder mehrere Achsen werden für einzelne Teilarbeitsaufgaben gleichzeitig, automatisiert bewegt. Der Bediener muss aktiv den Arbeitsprozess mitgestalten. Beispiele: automatisiertes Planumziehen, Teach-in-Bahnkurven, sicherer Stopp in Kombination mit Nahfeldüberwachung (z. B. Begrenzung des Arbeitsraums) Das Automatisierungssystem führt Arbeitsaufgaben selbstständig aus, erkennt Störfälle, trifft aber keine eigenen Entscheidungen. Der Bediener muss aktiv eingreifen. Eine Fernsteuerung ist denkbar. Beispiel: Beim automatisierten Graben wird ein Kabel / Rohr gefunden und die Maschine stoppt sicher. Das Automatisierungssystem führt Arbeitsaufgaben selbstständig aus, erkennt Störfälle, trifft eigene Entscheidungen. Der Bediener kann aktiv über bspw. Fernsteuerung eingreifen. Beispiele: Die Maschine arbeitet selbstständig einen Arbeitsplan ab. Störfälle werden autonom gelöst. Bediener überwacht mehrere Maschinen und kann über Fernzugriff die Maschinen steuern. Das Automatisierungssystem erfüllt unter allen Umgebungsbedingungen die gleiche dynamische Aufgabe, welche auch von einem menschlichen Bediener beherrscht wird, einschließlich der Fähigkeit, die Maschine automatisch in einen minimalen Risikozustand bei einem kritischen Geräte- oder Systemausfall oder einem anderen Notfallereignis zu bringen. Stufen der Automatisierung nach [Onro19] und Adaption auf mobile Arbeitsmaschinen zur Einordnung der Begriffe in diesem Artikel www.mobile-maschinen.info Mobile Maschinen 2019/05 27

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