Von klassischen Telematiklösungen über 3D-Steuerungssysteme bis zu autonom fahrenden Maschinen – Digitalisierung und Automatisierung stellen auch die Baumaschinenhersteller vor neue Herausforderungen und werden Baustellenabläufe mittelfristig völlig umkrempeln.

Mit Building Information Modeling ist die Digitalisierung in der Planung und Ausführung speziell im Hochbau zu einem zentralen Thema der Bauwirtschaft geworden. Und auch die Baustellen werden zunehmend digital. Selbst die Baumaschinen werden nach und nach in die digitalen Abläufe integriert. »Das Ziel ist ein Projektumfeld, in dem die Maschinen miteinander verbunden sind und nahtlos kommuniziert werden kann«, erklärt Martin Wagener, Worldwide Product Implementation Manager für den Bereich Civil Engineering and Construction bei Trimble. In nicht allzu ferner Zukunft sollen sowohl Informationen über den Projektfortschritt als auch  Maschinendiagnostik zwischen allen Beteiligten  ausgetauscht werden können. Schon jetzt ortet Wagener bei vielen Bauunternehmen steigendes Interesse, bei ihren Projekten intelligente Baustellentechnologie zu nutzen. 

Besonders nachgefragt werden heute 3D-Maschinensteuerungsysteme und Vermessungssysteme. Dabei werden vorhandene CAD-Planungsdaten genutzt, um etwa den Schild von Dozern und Gradern bei der Herstellung der vorgegebenen Geländekontur automatisch zu steuern. Dadurch entfallen fast alle Vermessungsarbeiten auf der Baustelle sowie das zeitaufwendige Annähern an das Soll-Maß. Bei Baggern mit 3D-Steuerung wird laufend die Ist-Position der Löffelschneide mit der Soll-Position im gespeicherten Geländemodell verglichen und Infos wie Position, Höhe und Querneigung geliefert. Damit kann die Geländekontur in einem Arbeitsgang erstellt werden.

Ebenfalls stark gefragt sind Telematiklösungen, die Fahrzeuge, Maschinen und Gerätschaften aller Art mittels GPS-Ortung und Sensorik elektronisch erfassen und die Daten in Echtzeit übertragen. Dabei geht es vor allem um die Optimierung der Wartungszeitpunkte durch zeitnahe und korrekte Erfassung von Kilometerständen und Betriebsstunden von Baufahrzeugen und Baumaschinen. Entsprechende Technologien können heute praktisch alle Hersteller anbieten. »Die meisten Maschinen sind bereits intelligent. Im Prinzip verfügen alle Schlüsselgeräte im Konzern über Telematik-Einheiten«, erklärt Michael Heiden, Projektleitung Telematik bei der BMTI GmbH, die innerhalb der Strabag für das Betriebsmanagement der Baumaschinen, maschinellen Anlagen und Fahrzeuge verantwortlich zeichnet. Die in den Geräten verbauten Sensoren schicken die gemessenen Daten an eine On-Board-Unit. Von dort gehen die Daten an einen Server, der in den meisten Fällen von den Herstellern betrieben wird. Dabei handelt es sich in der Regel um Insellösungen, die nicht miteinander kompatibel sind. Deshalb hat die BMTI für die Vernetzung der rund 3.000 Maschinen, die mit Telematik-Einheiten ausgestattet sind und von verschiedenen Herstellern stammen, ein eigenes herstellerunabhängiges System entwickelt. 

Daten filtern

Ein Problem, das die Digitalisierung in vielen Fällen mit sich bringt, ist, dass zu viele Daten zu wenig Informationen liefern. Damit sieht sich aktuell auch die BMTI konfrontiert. Aktuell wird daran gearbeitet, die von den On-Board-Units kommenden Daten zu validieren. »Die Daten müssen erst geprüft werden, bevor man sie in nachfolgenden Prozessen verwenden kann«, erklärt Heiden. Dieses Projekt soll in der zweiten Jahreshälfte abgeschlossen sein. Dann kann jede Strabag-Einheit einen herstellerunabhängigen Überblick über seine Maschinen erhalten.

Parallel dazu wird an einer sinnvollen Interpretation der Fehlermeldungen gearbeitet, die von den Maschinen geschickt werden. Ein Bagger kann bis zu 6.000 unterschiedliche Fehlermeldungen schicken. »Die Kunst ist es, einen Mehrwert aus diesen Informationen zu generieren, das heißt, die Fehlermeldungen müssen erst richtig interpretiert werden, um daraus sinnvolle Maßnahmen abzuleiten. Wir arbeiten derzeit mit zwei führenden Herstellern an einer solchen Interpretation, unter anderem unter Einsatz von Künstlicher Intelligenz. Das Ziel ist es, aus den Fehlermeldungen konkrete Maßnahmen zur Fehlerbehebung abzuleiten«, so Heiden. Allerdings wird es noch zwei bis drei Jahre dauern, bis dieses System ausgereift ist.

Daran arbeiten die Hersteller

Bei Liebherr wird neben 3D-Steuerungslösungen aktuell verstärkt in Richtung Automatisierung geforscht.  Liebherr Mining Equipment Newport News Co macht aktuell Fortschritte in der Entwicklung eines Autonomie-Bausatzes für große Muldenkipper. Ein Prototyp wurde bereits 2016 getestet. Bis 2018 sollen Feldversuche beim Kunden unternommen werden. Generell wird das autonome Fahren bei Liebherr in Schritten umgesetzt werden. Neben den heute schon eingesetzten Assistenzsystemen kommt auch ein sogenanntes »Wahrnehmungs-Kit« zum Einsatz: Durch Sensoren, Kameras, Laser und Radar soll der Truck seine Umgebung wahrnehmen. Im Anschluss sollen Entscheidungsparameter für das eigenständige Bremsen und Gasgeben oder das Abbiegen geschaffen werden. Ein weiteres Beispiel aus dem Bereich der Arbeitsassistenzsysteme ist die Umfelderkennung.  Mittels digitaler Bildverarbeitung identifiziert das System Personen und Objekte, Hindernisse werden umrahmt und die Entfernung zur Maschine am Monitor dargestellt. Je nach Distanz wird die Umrahmung entsprechend einer Ampellogik eingefärbt. Der Fahrer wird vom System gewarnt und kann reagieren bevor kritische Gefahrensituationen entstehen.

Auch bei Caterpillar steht das Thema Autonomie weit oben auf der Agenda. Zu diesem Zweck hat man sich mit niemand Geringerem als der NASA zusammengetan. Caterpillar entwickelt und testet autonom arbeitende Bergbau- und Explorationsgeräte für den Einsatz am Mars. »Robotic Mining wird eines der ganz großen Themen der nächsten Jahre und bietet Chancen, die Prozesse der Gewinnung mineralischer Rohstoffe völlig neu aufzusetzen«, sagte Eric Reiners, Automations-Spezialist bei Caterpillar, anlässlich der Rohstoff-Enquete Eumicon in Wien. Etwas irdischer sind die Digitalisierungslösungen, an denen Caterpillar-Partner Zeppelin aktuelle arbeitet. Mit »Klick-Rent« kann der Kunde ab sofort mit wenigen Schritten die für ihn passende Maschine mieten. Und noch im ersten Jahr wird ein Online-Konfigurator eingeführt. »Dabei werden die Informationen gebündelt und auf den österreichischen Markt abgestimmt. Jeder Kunde wird sofort wissen, welche Attachments für seine Maschine verfügbar sind«, erklärt Friedrich Mozelt, Vorsitzender der Geschäftsführung bei Zeppelin. Besonders stark nachgefragt werden auch bei Zeppelin 3D-Maschinensteuerungen für Kettenbagger, Schubraupen und Motorgrader. Um beim Thema Maschinensteuerungssysteme immer am Stand der Technik zu sein und seinen Kunden bestmögliches Service zu bieten,  ist Zeppelin deshalb eine Kooperation mit Trimble eingegangen.



Foto: »Besonders stark nachgefragt werden aktuell alle Arten von Ortungs- und Diebstahlverhinderungssystemen sowie Verdichtungsmessungen und 3D-unterstütztes Baggern«, erklärt Wolfgang Rigo, Geschäftsführer von Huppenkothen. 

Komatsu hat schon im Jahr 2014 einen Bagger eingeführt, der auch komplett integrierte Systeme beinhaltet und durch Echtzeitsensorik unerreichte Effizienz ermöglicht. Clevere Assistenzsys­teme ermöglichen durch Hydraulikeingriff einen Schutz der Solloberfläche, optimierte Ladezyklen führen dann zu bis zu 40 % verbesserter Produktivität bei gesteigerter Genauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Anzeigesystemen. Die weiterentwickelte Version dieses Baggers, der PC210Li-11 mit integriertem Schwenk­löffel, wurde eben auf der CeBit 2017 gezeigt. Dank Intelligent Machine Control wird ein zu tiefes Eindringen des Löffels über das Zielprofil hinaus verhindert, indem die Löffelkante in Echtzeit in Relation zur Maschinenposition und den Geländeplandaten gesteuert wird. Die Position der Löffelkante wird dem Fahrer in Echtzeit auf dem 12,1-Zoll-Farbmonitor angezeigt. Dank Intelligent Machine Control kann der Fahrer sich im PC210LCi-11 voll auf seinen Einsatz konzentrieren und läuft nicht Gefahr, zu viel Material abzutragen. Auch in Sachen autonomes Fahren kann Komatsu einiges vorweisen: Seit das autonome Transportsystem »Autonomous Haulage Systems« (AHS) im Jahr 2008 eingeführt wurde, wurden mit AHS-Muldenkippern schon über eine Milliarde Tonnen Abraum und Erze in den Großminen in Chile und Australien bewegt. Im letzten Jahr wurde jetzt  die ausschließlich fahrerlose  Weiterentwicklung »Innovative Autonomous Haulage Vehicle« vorgestellt.

Beim Bau eines Speicherteiches  in Hoch-Imst setzt die Firma Fiegl Tiefbau einen semi-automatischen GPS-gesteuerten Hydraulikbagger von Komatsu ein, der Vermessungen und Absteckarbeiten überflüssig macht.

Foto: Der autonome Bagger kann beispielsweise Gefahrstoffe bergen oder kontaminierte Bodenschichten abtragen.

Forschung: Autonomer Bagger

Auf der IT-Messe CeBIT in Hannover hat das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB das Projekt »IOSB.BoB« , »Bagger ohne Bediener«, präsentiert. Dieser autonome Bagger kann beispielsweise Gefahrstoffe bergen oder kontaminierte Bodenschichten abtragen. Außerdem ist »BoB« ein flexibles Demonstrations- und Entwicklungssystem zum Test skalierbarer Autonomiefunktionen. 

»Roboter werden in Zukunft selbstständiger und vernetzter agieren. Sie arbeiten Hand in Hand mit Menschen zusammen oder sie erkunden eigenständig gefährliche Umgebungen. Sie entwickeln sich zu autonomen Systemen. Diese können komplexe Aufgaben lösen, eigene Entscheidungen treffen und lernen, auf unvorhergesehene Ereignisse zu reagieren«, ist man bei Fraunhofer überzeugt. Mit »BoB« hat man deshalb ein System entwickelt, das aus autonomen Fahrzeugen und Sensor-Sonden besteht. Es ermöglicht, unzugängliche Gebiete zu erkunden, ohne dass sich Menschen in Gefahr begeben müssen. Dank einer Toolbox aus Algorithmen für die Lokalisierung, Kartierung, Hinderniserkennung und Bewegungsplanung können sich Roboter selbstständig in unbekanntem, unstrukturiertem Gelände fortbewegen. 

Zusätzlich können sie dort Sensor-Sonden ausbringen, die z. B. weitere Information über Gefahrstoffe in der Umgebung sammeln. Durch die Vernetzung unterschiedlicher Sensoren entsteht ein zuverlässiges Lagebild des untersuchten Gebiets, das den Einsatzkräften auf einem digitalen Lagetisch visualisiert wird. Die intuitive Bedienung des Lagetisches durch Gesten ermöglicht es, schnell einen Überblick über die relevante Information zu gewinnen und die nächsten Einsatzschritte zu koordinieren.