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Autonome Baumaschinen: Kommunikation auf der Baustelle
Beim Siegeszug fernbedienter und autonomer Baumaschinen kommt der Kommunikationsstruktur auf den Baustellen eine Schlüsselrolle zu. Der bei Caterpillar als Chef-Ingenieur im Geschäftsbereich „Construction Industries Remote Control & Autonomy“ tätige Vijay Ramasamy verfolgt schon länger die Entwicklungen bei mobilen Baustellen-Datennetzwerken. Und so stellt er sich die weitere Entwicklung vor.
Ungefähre Lesedauer: 5 Minuten
Datenverbindungen Für Baustellen
Ob man nun bereit ist oder nicht – Automatisierte Maschinensysteme erobern unsere Baustellen. Dank Fernsteuerungstechnologie können Bediener Maschinen sowohl aus der Nähe als auch weit entfernten Standorten bedienen. Halbautonome Systeme nehmen menschlichen Bedienern wichtige Aufgaben ab. Und vollautonome Maschinen erledigen alles allein.
Für alle autonomen Systeme gilt: Daten.
Grundvoraussetzung ist ein solides Kommunikationsnetzwerk auf der Baustelle – mit Datenverbindungen vor Ort und anderswo –, damit Folgendes gewährleistet ist:
- Einlesen von Bild- und Maschinendaten für Fernbediener
- Kommunikation von Standorten und Statusmeldungen zwischen den einzelnen Maschinen
- Teilen von Bandbreiten-Infos mit Subunternehmern
- Übermittlung von Produktionsdaten an den Generalunternehmer
- Und all das zuverlässig und möglichst umgehend
Wie soll man es – ohne sich finanziell zu übernehmen – bewerkstelligen, ein Daten- und Kommunikations-Netzwerk für die eigene Baustelle einzurichten, das all diese Anforderungen erfüllt?
„WAS BRAUCHEN ALLE AUTOMATISIERTEN MASCHINENSYSTEME? DATEN. MIT ZUVERLÄSSIGEN VERBINDUNGEN VOR ORT UND ANDERSWO.“
Dynamische Einsatzorten Bergen Herausforderungen
Autonome Maschinen haben ihren Nutzen bereits im Bergbau weltweit unter Beweis gestellt. Seit knapp einem Jahrzehnt arbeiten vollautonome Kipper im Bergbau sicher und produktiv. An Baustellen ist jedoch wesentlich mehr Betrieb – somit sind hier ganz andere Herausforderungen zu bewältigen.
Führen Sie sich die Situation auf einer typischen Baustelle vor Augen: Verschiedenste Maschinen übernehmen Tag für Tag vielfältige Aufgaben. Subunternehmer kommen auf die Baustelle – manchmal unangekündigt – und verlassen sie wieder. Bedingungen verändern sich: Räumarbeiten, Grobplanieren, Aushub, Fertigstellung.
Ist ein Projekt dann abgeschlossen, muss alles wieder eingepackt und fortgeschafft werden. Der nächste Einsatzort kann ganz anders aussehen. Anstatt weit entfernt liegt der nächste Einsatzort vielleicht in mitten in einer Stadt und es ist kaum Platz zum Arbeiten. Die Flotte ist vielleicht viel größer und der Maschinenpark völlig anders.
Kein Vergleich zu den langfristig doch ziemlich gleich bleibenden Bedingungen im Bergbau. Bergleute arbeiten jahrzehntelang an einem einzigen Ort; deshalb können sich die Firmen auch Investitionen in eine permanente Infrastruktur vor Ort leisten.
Bauunternehmer benötigen bei der Infrastruktur vor Ort drei Dinge:
1. Modularität – Die Konfiguration muss so beschaffen sein, dass sie an verschiedene Flotten, Aufgabenstellungen und Bedingungen vor Ort angepasst werden kann.
2. Portabilität – Die Ausrüstung muss nach Abschluss eines Projektes leicht an einen anderen Einsatzort gebracht werden können.
3. Wirtschaftlichkeit – Im Vergleich zur Infrastruktur im Bergbau muss eine vergleichsweise niedrige Investition genügen.
Ausgangspunkt Point-to-Point
Gut zu wissen: bestimmte autonom arbeitende Baumaschinensysteme erfordern nur geringe oder keine Kommunikations-Infrastruktur. Ein Großteil der operativen Daten steckt schon in den Geräten selbst (und nicht im Backoffice).
So kann z.B. ein vor Ort tätiger Bediener einen ferngesteuerten Bagger von einer tragbaren, unabhängigen Konsole aus einsetzen. In einem solchen Fall verlässt sich der Bediener auf automatisierte „Assist“-Features zur Vereinfachung der Maschinensteuerung – z.B. bei der automatischen Schildsteuerung.
Alternativ kann ein Bediener auch in einem Dozer arbeiten, während ein autonomer Verdichter ein frisch planierte Fläche bearbeitet. In beiden Fällen ist lediglich eine drahtlose Point-to-Point-Verbindung zwischen den beiden Maschinen erforderlich ... und schon kann‘s losgehen.
Was aber passiert, denn der Bediener seinen Einsatzort wechselt und sich z.B. weit weg an eine Fernsteuerungs-Station setzt? Dann steigt der Aufwand etwas.
Eine mögliche Lösung: ein vor Ort installierter, zentraler Kommunikations-Hub. Die automatischen Geräte kommunizieren mit dem Hub, der seinerseits mit dem Internet, der Cloud oder Festnetz verbunden ist.
WIEDERAUFNAHME DES KONTAKTS
Davon ausgehend, kann ein größer angelegtes System eine Reihe von Satelliten-Trailern beinhalten. Diese befinden sich rund um die Baustelle an Orten, wo sie miteinander kommunizieren können. Diese Trailer-Elemente bilden ein Point-to-Point-Netzwerk, das die gesamte Baustelle abdeckt und Daten sowie Befehle an und von einem zentralen Hub weiterleitet.
Und wenn eine Maschine ein paar Sekunden oder Minuten lang nicht mit dem Netzwerk verbunden ist (z.B. weil sie hinter einem Hügel oder einem Gebäude ist), kann sie nach Wiederaufnahme des Kontakts wieder „einchecken“ und Daten empfangen.
„Mit ferngesteuerter Technologie gestalten Mitarbeiter ihre Karriere als System-Manager für Schwermaschinen erfolgreich.“
Kostensenkung und Network-Slicing
Im Bergbau werden zum Betrieb der automatisierten Geräte in der Regel fest stehende Türme und hochwertige Kommunikationstechnologie eingesetzt. Die Baustellen der Zukunft hingegen dürften wohl eher auf neue Technologie-Generationen setzen, die derzeit in Pkws Standard werden: Kameras und Sensoren zum Halten der Spur und des Abstands zu vorausfahrenden Fahrzeugen.
Die hier angewandten Technologien sind einfacher und die Vorab-Investitionen wesentlich niedriger. Das Ziel von Unternehmen liegt hier darin, diese Technologien allen erfolgreichen Bauunternehmen zugänglich zu machen. Dazu müssen sie erschwinglich und so zuverlässig sein, dass Bauunternehmen – und auch Eigentümer und Bediener – in den Genuss der potenziellen Vorteile bei Sicherheit und Komfort kommen.
NEUE KOMMUNIKATIONSTECHNOLOGIEN AUF DEM VORMARSCH
Neueste Fortschritte der 5G-Technologie senken die Kosten weiter. In dem Maße, wie 5G immer mehr Standard wird, gibt das so genannte „Network-Slicing“ jeder Baustelle die Option einer eigenen Internet-Bandbreite.
Auch cloudbasierte Technologien spielen in Zukunft eine verstärkte Rolle. In der Cloud liegt ein umfangreicher Plan der Baustelle – eine exakte virtuelle Kopie. Maschinen und Subunternehmer können sich hier ohne Onsite-Server oder Hardware ins Netzwerk einwählen. Außerdem können Sie in dem Maße, wie Baustellen sich verändern, schnellere Erst- und Nachkonfigurationen vornehmen.
Mit ihrer Fähigkeit zur sofortigen Kommunikation, dem Teilen umfangreicher Daten und dem Betreiben/Managen von Geräten von beliebigen Orten entwickeln sich moderne Baustellen-Kommunikationstechnologien weltweit zur Norm.
Jetzt ist die Zeit, sich über diese Technologien zu informieren. Je früher Sie anfangen, zu überlegen, wie Sie autonome Maschinen an Ihren Baustellen einsetzen können, desto besser vorbereitet sind Sie, wenn nicht allzu ferner Zukunft die Vorteile von Connected Jobsites genutzt werden sollen.
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