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Mobile Maschinen 6/2020

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Mobile Maschinen 6/2020

BAUMASCHINEN

BAUMASCHINEN AUTOMATISIERUNG VON HYDRAULISCH ANGETRIEBENEN ERDBEWEGUNGS- MASCHINEN – TEIL I Das Trendthema Automatisierung wirft viele Fragen und Entwicklungsthemen auf. Hierzu gehören unter anderem: Was bedeutet Automatisierung? Wie sind Stand der Technik und Forschung? Was sind Möglichkeiten und Grenzen? Welche Themen werden in Zukunft relevant sein? Im vorliegenden ersten Teil der Serie werden aktuelle Forschungsergebnisse betrachtet, die innerhalb der näheren Zukunft Einzug auf der Baustelle halten könnten. 40 Mobile Maschinen 2020/06 www.mobile-maschinen.info

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

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