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Autonomes Fahren macht große Fortschritte in der Baubranche
Caterpillar nützt den Erfolg seiner autonomen, ferngesteuerten Bergbaumaschinen nun auch verstärkt für Baumaschinen. In diesem Artikel beschreibt Joe Forcash von Cat® Robotics die Entwicklung eines Kompakt-Kettenladers, der jetzt erstmals vorgestellt wurde.
Joe Forcash, Engineering Manager bei Cat Robotics
Beim Cat Trial 12, einer Maschinen-Präsentation auf dem Caterpillar-Testgelände in Tinaja Hills (Arizona), konnte man vor kurzem einen Blick in die Zukunft werden. Öffentlichkeit und Fachpresse machten hier Bekanntschaft mit einer kleinen, aber feinen Maschine, die die Baubranche stark verändern könnte.
Abgesehen von den bunten Signallampen auf dem Dach wirkt der Kompakt-Kettenlader Cat 299D3 eigentlich ganz normal. Und das ist er ja irgendwie auch – bis auf einen Unterschied: er lässt sich den Großteil seiner Arbeitszeit sowohl fernbedienen als auch halbautonom (ohne menschliches Dazutun) einsetzen. Das blaue Licht, das aus der Kabine strahlt, zeigt, dass der Lader gerade unbemannt fährt.
Das Projekt begann vor zwei Jahren, als Caterpillar das Unternehmen Marble Robotics (San Francisco) kaufte. Das Unternehmen hat kleine Liefer-Roboter entwickelt, die in dynamischen und komplexen Umgebungen verwendet werden. Durch Kombination dieser agilen Technologie mit von autonomen und Fernbedien-Elementen von Cat Command konnte Caterpillar die Entwicklung leichter, kostengünstiger autonomer Maschinen beschleunigen.
Fernbedienungs-konsole Vor Ort
Übergeordnetes Ziel des Projektes: Kunden aus der Baubranche die richtigen Autonomie-Lösungen an die Hand zu geben. Das bedeutet: Liefern von halbautonomen und autonomen Maschinen mit folgenden Eigenschaften:
· Deutlich niedrigere Herstellungskosten als bei den aktuell im Handel angebotenen Bergbaumaschinen von Cat.
· Einsatz in komplexen, dynamischen Baustellen-Umgebungen.
· Arbeit an Baustellen, an denen keine Datenkommunikations-Infrastruktur vorhanden ist.
Der letzte Punkt ist besonders wichtig. Während sich Bergbauprojekte über Jahre hinziehen, finden Arbeiten auf Baustellen in der Regel nur einige Monate oder ein Jahr lang statt. Deshalb haben Bauunternehmen Mühe, Investitionen in eine aufwändige Infrastruktur vor Ort zu rechtfertigen. Vielmehr sollten sie schnell am Einsatzort sein, ihre Aufgaben effizient erledigen und dann weiterziehen.
Cat Robotics löst dieses Problem, indem es Maschinen befähigt, die Baupläne des Auftraggebers auszulesen und zu begleiten. Die in diesem neuen, halbautonomen Lader verbaute Technologie liefert die Projektdatei an ein Backoffice-System und dann weiter an einen Tablet-Controller. Der Tablet ist direkt mit dem Kompakt-Kettenlader verbunden, der einen eigenen Wi-Fi-Hotspot verfügt. Dank dieses Systems lassen sich Baustellen ohne eigenes Datennetzwerk ganz schnell einrichten.
Fernsteuerung Und Autonomes Fahren Kombiniert
Als halbautonome Maschine verbindet der hier vorgestellte Kompakt-Kettenlader Fernsteuerung mit halbautonomem Betrieb. So kann ein Bediener die Maschine über die Schnittstelle eines Tablets beim Ladevorgang steuern – ein Arbeitsschritt, der höchste Präzision erfordert. Nach dem Beladen weist der Bediener der Maschine eine Abladestelle zu, die diese dann selbst ansteuert. Dort wird dann die Ladung abgesetzt und wieder zum Ladebereich gefahren. Hier übernimmt dann wieder der Bediener.
So kann er parallel bis zu vier Maschinen bedienen. Weil er den monotonen, sich wiederholenden Teil der Arbeit – das Hin und Her zwischen Lade- und Entladestelle – an die Maschine delegiert, wird die Arbeit gleich viel interessanter. Darüber hinaus nutzt diese Arbeitsaufteilung die Verfügbarkeit des Bedieners optimal. Leerlauf war gestern.
Nutzung Vorinstallierter Technologien
Cat-Kompakt-Kettenlader der Serie D wie der 299D3 sind bereits so auf Fernsteuerung ausgelegt, dass sie sich leicht automatisieren lassen. Schon heute von den Bedienern genutzte Automatisierungsfunktionen wie Selbstnivellierung von Gabeln sowie die Return-to-dig- bzw. Return-to-lift-Funktion lassen sich effektiv in Fernsteuerungs- und autonome Abläufe integrieren.
Diese neue Autonomie-Schicht nutzt die eingebaute Automatisierungs- „DNA“. Außerdem wird hier die Fähigkeit zum Navigieren von einer Design-Map genutzt. Mithilfe von LiDAR-Technologie, Kameras und anderen Sensoren sind sichere Manöver auf Baustellen mit viel Betrieb kein Problem mehr. Aufbauen auf einer bereits vorhandenen Produktionsmaschine – statt Entwicklung einer völlig neuen – vereinfacht die Entwicklung autonomer Geräte.
Erfolgreich An Dynamischen Einsatzorten
Diese Autonomieschicht hat einiges zu bewältigen. Um sichere, effiziente Abläufe zu gewährleisten, müssen Ihre Bordsensor- und Erkennungs-Systeme auf der Baustelle viele Daten sammeln und diese schnell verarbeiten.
So muss eine Maschine z.B. zwischen leblosen Hindernissen und Personen unterscheiden können. Durch Verwendung des so genannten „Dynamic Path Planning“ errechnet das System rasch seinen Weg um Hindernisse.
Darüber hinaus ist das System freilich auch intelligent genug, um im Weg stehende Personen zu erkennen. Ist dies der Fall, erhält die Person bei der Planung des neuen Fahrtweges entweder mehr Platz oder es wird abgebremst bzw. gestoppt. In derselben Weise wird bei Leichtfahrzeugen wie z.B. Pickups verfahren.
Damit autonome technologie Einzug auf der Baustelle halten kann, ist aber noch ein Arbeitsschritt nötig. Maschinen lassen sich ja so programmieren, dass sie so sicher wie möglich laufen. Allerdings müssen auch die Abläufe auf der Baustelle selbst darauf überprüft werden, ob sie maximale Produktivität und Sicherheit schaffen.
Autonom fahrende Maschinen sollten einen gewissen „Bogen“ um die dort arbeitenden Menschen machen. Wer versucht, die Maschinen so nah wie möglich an den Menschen einzusetzen, zwingt die Maschinen, ihre Geschwindigkeit zu drosseln. Das wiederum senkt die Effizienz der Produktion.
Die Baustellen Der Zukunft Gestalten
Caterpillar führt derzeit Feldversuche an Kundenbaustellen durch, um genau diese Probleme anzupacken. Wir lernen derzeit, wie man autonome Technologie optimal in bestimmte Anwendungen integriert und arbeiten bei der Entwicklung der marktreifen Produkte auch das von Kunden und Baustellen erhaltene Feedback ein.
Ein Faktor, den wir dabei erforschen: das erweiterte Fähigkeitsspektrum, das Bediener auf automatisierte Baustellen mitbringen müssen. In dem Maß, wie autonome Maschinen einfache, monotone sowie Aufgaben in potenziell gefährlichen Umgebungen übernehmen, tragen sie zur Beseitigung des Fachkräftemangels bei.
Weiterer Vorteil: Maschinenbediener erhalten so freie Zeit, die sie nutzen können, um das Bedienen anderer Maschinen zu erlernen. Wer Maschinen fernbedient, muss von einer Maschine zur nächsten und sogar von einem Einsatzort zum anderen schalten können. Somit muss die Qualifikation zur Bedienung verschiedener Maschinen in diversen Anwendungen gegeben sein. Wenn autonome Maschinen online bedient werden, müssen sie die Fähigkeit entwickeln, mehr als Gerätemanager denn als Bediener zu agieren und parallel den Überblick über mehrere Maschinen behalten.
Diese erweiterte Qualifikation macht die Arbeit am Bau nicht nur für eine ganz neue Mitarbeiter-Generation, sondern auch für deren Arbeitgeber spannender und attraktiver.
Voraussicht Zahlt Sich Aus
Bautechnologie entwickelt sich jeden Tag weiter. Vorausschauend handeln und über die jüngsten Entwicklungen informiert bleiben zahlt sich aus – auch wenn Sie vorläufig noch nicht vorhaben, fernbediente bzw. autonom betriebene Maschinen einzusetzen. Je genauer Sie über zukünftige Entwicklungen Bescheid wissen, desto besser können Sie neue Innovationen zu Ihrem Vorteil nutzen, wenn es so weit ist.
CAT COMMAND AM BAU
Weitere Informationen über andere Entwicklungen im Bereich fernbediente und autonome Technologien am Bau:
Wenn Sie bereit sind, sich mit diesen hochinteressanten Technologien zu beschäftigen, kontaktieren Sie Ihren Cat Händler. Er zeigt Ihnen, was heute schon verfügbar ist und hilft, Technologien einzusetzen, die für Ihr Unternehmen Sinn machen.
