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O+P Fluidtechnik 1-2/2021

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O+P Fluidtechnik 1-2/2021

AUTOMATISIERUNG Dresden

AUTOMATISIERUNG Dresden wurden Methoden zur Überwachung der Prozesseffektivität und Online-Adaptierung des Prozesses entwickelt. Zur Planung der Prozessbewegungen sind produktive und energieeffiziente Ansätze entwickelt worden. Problematisch ist deren praktische Umsetzung mit wirtschaftlicher Antriebstechnik, da heutige Arbeitsmaschinen auf Bedienersteuerung ausgelegt und daher aufgrund ihres spezifischen Übertragungsverhaltens schwer automatisierbar sind. Die TU Dresden erforscht hierfür geeignete wirtschaftliche Lösungen. Erst wenn sich eine geeignete Antriebslösung am Markt etabliert hat, wird eine breite Validierung der Bewegungsplanungsalgorithmen in vielfältigen Einsatzszenarien möglich sein. HINDERNISSE IM ARBEITSPROZESS Die autonome Abarbeitung einer realistischen Arbeitsaufgabe wird früher oder später durch unplanbare Hindernisse gestört. Dies können z. B. große Steine oder Rohrleitungen sein. Solche Hindernisse müssen erkannt und in geeigneter Weise behandelt werden. Zur Erkennung von vergrabenen metallischen Gegenständen schlagen die Autoren von [WhMo86] einen Magnetsensor vor. Aus dem Boden herausragende Hindernisse können mit TOF-Kameras oder anderen Entfernungs- oder Bildsensoren erfasst werden; die Schwierigkeit liegt hierbei in der Klassifikation der erfassten Kontur als Hindernis. In [McMa14] wird hierfür ein Algorithmus vorgeschlagen, der die meisten in einem Haufwerk oder einer Bodenkontur vorhandenen übergroßen Gesteinsbrocken identifiziert. Diese können dann gezielt als Hindernisse behandelt werden. Der Umgang mit erkannten Hindernissen ist bereits seit den Anfängen der Baumaschinenautomatisierung Forschungsthema. So wird in [BrSe98] vorgeschlagen, so lange tiefer horizontal an einen erkannten Stein heran zu graben, bis dieser untergraben und ausgehoben werden kann. Dieser Ansatz führt aber nur dann zum Erfolg, wenn der Stein nicht tiefer ragt als die Sollgrabtiefe. In [ShLW96] kommt ein auf Fuzzy-Logik basierender Entscheidungsalgorithmus zum Einsatz, der auch Strategien zum Untergraben tief ragender Steine umfasst. In einer Laborumgebung ließen sich alle von den Autoren in Betracht gezogenen Hindernisse erfolgreich ausgraben. Der nächste Schritt wäre eine Anwendung des Algorithmus in einem realen Grabszenario. Zur Identifikation und Behandlung verschiedener spezieller Hindernisse existieren akademisch validierte Lösungen. In der Vielfalt realer Anwendungen erfolgreich eingesetzte Lösungen sind den Autoren nicht bekannt. Es erscheint unwahrscheinlich, dass in absehbarer Zeit eine Lösung entsteht, die mit jedem denkbaren Hindernis umgehen kann. Daher wird der Mensch als kreativer Entscheider im Umgang mit speziellen Situationen auch noch auf lange Zeit unentbehrlich sein. FAZIT Die erfolgreiche (Teil-)Automatisierung von Arbeitsprozessen hängt maßgeblich von der Präzision und Dynamik der Arbeitsbewegungen ab. Mit klassischen, auf Bedienersteuerung ausgelegten hydraulischen Systemen heutiger Maschinen sind keine befriedigenden Ergebnisse erreichbar. Folglich muss die Antriebstechnik für die Ausführung automatischer Vorgänge qualifiziert werden. Die Professur für Fluid-Mechatronische Systemtechnik hat bereits umfangreiche Erfahrung mit der vielversprechenden Technologie der getrennten Steuerkanten gesammelt und wird parallel an kostengünstigeren Lösungen für die Adaption von Seriensystemen forschen. Für einen Großteil der für die Automatisierung einer Erdbewegungsmaschine zu lösenden Teilprobleme existieren in der Forschungslandschaft bereits Insellösungen, die bisher nicht fusioniert wurden (Aufgabenplanung, Erfassung des Istzustands, Bewegungsplanung). Diese Lösungen können in Kombination einen erheblichen Beitrag zur Teilautomatisierung von Arbeitsprozessen auf Baustellen leisten. Im Ergebnis kann auch geringqualifiziertes Personal in kurzer Zeit hochwertige Arbeitsergebnisse erzielen. Hierbei sind automatisierte Prozesse bis zum Level 3 (bedingte Automatisierung) in den nächsten zehn Jahren durchaus realistisch. Hersteller mobiler Arbeitsmaschinen sollten die Chance nutzen, sich durch Investitionen in die 03 Grabkurven des Demonstrators HEAP – 10.2 – 10.4 MOBILE MASCHINEN z-Position [m] – 10.6 – 10.8 – 11 – 11.2 Tonerde Lehm 8.5 9 9.5 Quelle: Dominic Jud/Prof. Dr. Marco Hutter, Robotic Systems Lab, ETH Zürich x-Position [m] 10 10.5 56 O+P Fluidtechnik 2021/01-02 www.oup-fluidtechnik.de

AUTOMATISIERUNG Forschung in den zuvor genannten Bereichen einen Vorsprung gegenüber dem Wettbewerb zu erarbeiten. Die schwierigsten noch verbleibenden Probleme auf dem Weg zur vollautonomen Maschine sind die Identifikation der Bodeneigenschaften für eine produktive und energieeffiziente Prozessplanung sowie die Erkennung von und der Umgang mit Hindernissen im Arbeitsprozess und im Bewegungsraum. Die derzeit für den Baumaschinenbereich verfügbaren Objekterkennungssysteme verfügen noch nicht über eine für solche Sicherheitsfunktionen ausreichende Zuverlässigkeit. Im Straßenverkehr wurden vergleichbare Probleme hinsichtlich der Hinderniserkennung und -behandlung über die letzten Jahrzehnte bereits in weiten Teilen gelöst. Es ist daher anzunehmen, dass die Lösung dieser Probleme im Bereich der Erdbewegungsmaschinen durchaus möglich ist, aber noch viel Zeit und umfangreiche Investitionen erfordern wird. Autonome Erdbewegungsmaschinen werden auf realen Baustellen erst in ferner Zukunft im Einsatz sein. Auf dieses Ziel gerichtete industrielle, akademische und vor allem gemeinschaftliche Forschung kann aber schon jetzt dazu dienen, Erfahrungen und Erkenntnisse in den relevanten Technologiefeldern zu sammeln. Gleichzeitig entstehen in solchen Forschungsarbeiten neue Assistenzsysteme sowie teilautomatisierte Lösungen, die bereits kurzfristig zum Einsatz kommen können und dabei den Kundennutzen in Form von Effizienz und Sicherheit steigern. Literaturhinweise/Quellenangaben: [BeWe17] Beck, Benjamin; Weber, Jürgen: Enhancing safety of independent metering systems for mobile machines by means of fault detection. In: The 15th Scandinavian International Conference on Fluid Power, SICFP’17. Linköping (S), 2017 [BrSe98] Bradley, David; Seward, Derek: The Development, Control and Operation of an Autonomous Robotic Excavator. 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Beide Professuren sind in das von Prof. Weber geleitete Institut für Mechatronischen Maschinenbau an der TU Dresden eingegliedert Bilder: Aufmacherfoto: Smileus – stock.adobe.com www.tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/imd/fms www.tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/imd/bm www.oup-fluidtechnik.de O+P Fluidtechnik 2021/01-02 57

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