2. CMM zeigt das Potenzial von mobilen Maschinen und OPC UA
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2. CMM zeigt das Potenzial von mobilen Maschinen und OPC UA

Konferenz Connected mobile Machines & Mobility (CMM)
OPC UA verbindet auch mobile Maschinen

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Die zweite Connected Mobile Machines & Mobility (CMM) musste die Deutsche Messe AG in Hannover pandemiebedingt Anfang Dezember 2020 als reine Onlineveranstaltung stattfinden lassen. Hochkarätige Sprecher zeigten in diversen Sessions, worauf es bei künftigen mobilen Maschinen besonders ankommt. Die Beispiele reichten dabei von Agrar- und Baumaschinen bis hin zu maritimen Anwendungen. Treiber der Entwicklung sind dabei Vernetzung sowie Hochautomatisierung bis hin zur Realisierung autonomer Einheiten.

Tobias Meyer, freier Fachjournalist für die KEM Konstruktion

Inhaltsverzeichnis
1. OPC UA verbindet Geräte und Industriezweige
2. Mobilfunkstandard 5G als Enabler
3. Sensorik kann in die Infrastruktur wandern
4. Vernetzung bringt mehr Sicherheit
5. Cloudübergreifende Zusammenarbeit
6. Agrartechnik setzt auf hochautomatisierte Systeme
7. Baumaschinen ziehen nach
8. LoRaWAN als Alternative zu 5G
9. Intelligente Auswertung von Sensorinformationen
10. Automatisierungspotenzial auch auf dem Wasser

Mobile Maschinen müssen mehr als alle anderen Technologien mit verschiedenen Systemen im industriellen Umfeld kommunizieren, einfach weil sie wesentlich flexibler sind und auch so eingesetzt werden können sollen. Sie profitieren daher sehr stark von einer herstellerübergreifenden Kommunikation. Stefan Hoppe, President & Executive Director der OPC Foundation, Horst Heinol-Heikkinen, CEO von Asentics sowie Timo Helfrich vom VDMA sehen hier das in der Industrie bereits etablierte M2M-Protokoll OPC UA klar im Vorteil.

OPC UA verbindet Geräte und Industriezweige

Ob der örtlich ungebundene Roboter sein Gegenüber dabei durch einen Barcodeleser von Hersteller A oder über einen RFID-Transponder von Hersteller B identifiziert, spielt keine Rolle, wenn all diese Geräte die nötigen Informationen im Hintergrund über OPC UA übertragen oder beziehen. Bei einem neu einzubindenden Gerät müssen dann keine zusätzlichen Protokolle eines weiteren Herstellers integriert werden, da alle über den gleichen Standard kommunizieren. Zudem: Um noch breiter auf einen Level zu kommen, sollen künftig nicht nur einzelne Assets oder deren Controller via OPC UA kommunizieren können, sondern ganze Industriezweige untereinander Informationen austauschen, zum Beispiel die robotergestützte Produktion oder die Prozessindustrie.

Mobilfunkstandard 5G als Enabler

Damit all das funktioniert, kommt der Vernetzung der mobilen Maschinen eine entscheidende Bedeutung zu. Joe Wilke vom Mobilfunkspezialisten Ericsson verdeutlicht, wie mobile Maschinen von 5G profitieren. „Durch die hohe Bandbreite und Verfügbarkeit von 5G kann beispielsweise die Steuerungssoftware einer Maschine aus der Edge-Cloud heraus arbeiten und muss nicht mehr in der Maschine selbst sitzen.“ Dadurch könne die dort nötige Rechnerkapazität schrumpfen, was dem Energiebedarf zugute kommt. In der Cloud kann zudem softwaretechnisch größer gedacht werden, etwa hinsichtlich der Analyse-Möglichkeiten.

Sensorik kann in die Infrastruktur wandern

Zudem könnte man die nötigen Sensoren an den mobilen Maschinen auch in die Infrastruktur verlagern, jede Maschine einer Flotte könnte dann auf die gerade benötigten Daten zugreifen, so Wilke weiter. „Verglichen werden kann das mit den Tower am Flughafen – dabei ist auch garantiert, dass sich während des Übergangs von einer Netzwerkzelle zur nächsten keinerlei Datenverlust einstellt, da im Moment des Hand-Over-Vorgangs beide Zellen gleichzeitig angesprochen werden.“

„Im Vordergrund stehen intelligente Vernetzungslösungen“

Vernetzung bringt mehr Sicherheit

Auch in der Agrarwelt werden Maschinen zunehmend stärker vernetzt, einerseits um effizienter zu werden, andererseits soll auf diese Weise aber auch die Sicherheit steigen: „Dafür hat beispielsweise Claas seine Cloud-API für die Here-Cloud geöffnet, wodurch Fahrzeuge von Daimler, BMW und Audi künftig automatisch vor diesen landwirtschaftlichen Fahrzeugen auf ihrer Strecke gewarnt werden“, erklärt Hermann Buitkamp vom VDMA. So können Unfälle vermieden werden während gleichzeitig aber auch die Route optimiert wird.

Cloudübergreifende Zusammenarbeit

Mehrere Landtechnikhersteller verknüpfen auch ihre Clouddienste per DataConnect: Claas, John Deere und die Marken Steyr, CaseIH und New Holland des CNH-Konzerns erlauben den jeweils anderen, ihre Maschinen auch in deren Clouddiensten managen zu können. Von den bis zu 400 Datenpunkten sind aktuell zwar erst wenige herstellerübergreifend nutzbar, die Funktionen sollen aber steig wachsen. Zudem strebt man eine Standardisierung an.

Agrartechnik setzt auf hochautomatisierte Systeme

Generell wird der Betrieb der Agrarmaschinen aber immer öfter komplett mannlos erfolgen. Die dänische Firma Farmdroid arbeitet bereits mit einem Roboter, der im biologischen Gemüseanbau das Unkraut jätet, was bisher ein Knochenjob ist – Chemie zu sprühen ist hier ja verboten. Der Roboter muss dafür nur die Position des Feldes kennen und wo es Hindernisse gibt – er berechnet dann selbst, wo wie gesät wird. Es bedarf also keiner manuellen Programmierung für jeden Acker. Und mit 800 kg Eigengewicht geht man auch gegen die Bodenverdichtung vor, die in der Landwirtschaft ebenfalls zunehmend kritisch gesehen wird. Vergleichbare reguläre Traktoren mit angebautem Gerät wiegen mindestens das zehnfache.

Drohnen und 5G eröffnen Potenziale

Baumaschinen ziehen nach

Die Baubranche gehört noch zu den am wenigsten automatisierten Branchen in Deutschland, berichtet Prof. Sigrid Brell-Cokcan von der RWTH Aachen: „Architekten arbeiten inzwischen zwar voll digital, von den erzeugten Daten des Building Information Models (BIM) landen aber lediglich 1 % wirklich auf der Baustelle.“ Sie erforscht daher Outdoor-Kommunikationsnetzwerke und die Möglichkeiten, BIM- mit Maschinendaten zusammenzubringen.

LoRaWAN als Alternative zu 5G

Auf Autobahnbaustellen braucht es dafür eine große Reichweite, in Gebäuden mit viel Stahl und Beton ist dagegen die Durchdringung sehr wichtig. Ein Fokus liegt daher auf 5G sowie LoRaWAN. Das Fernsteuern von Baggern ist heute schon möglich und die Forscher arbeiten nun daran, solche Geräte über Hochsprachen programmieren zu können – ähnlich wie Industrieroboter. So könnten Bauvorhaben in Zukunft stärker automatisiert durchgeführt werden, wobei auch Digitale Zwillinge zum Einsatz kommen sollen. Auf einem 10.000 m2 großen Testgelände werden künftig weitere Einsätze erforscht, zudem steht eine 500 m2 große Halle zur Verfügung.

Intelligente Auswertung von Sensorinformationen

Dass große Radlader mehr brauchen als nur Sensoren, wie man sie vom Auto beim Rückwärtsfahren kennt, ergänzt Manuel Bös vom Baumaschinenhersteller Liebherr: „In der oft zerklüfteten Umgebung würde der Fahrer sonst mit Warnungen und Piepen überfrachtet werden.“ Es müsse daher vom System bereits klassifizieret werden, was hinter ihm ist: Eine Person (gefährlich) oder ein Erdhaufen (nicht gefährlich für Radlader). Zusätzlich arbeitet man mit zwei Zonen: Knapp hinter der Maschine wird vor allen Hindernissen gewarnt, weiter weg dagegen nur, wenn es sich wirklich um Fußgänger handelt, die von einer Stereo-Kamera identifiziert wurden. Neben einer automatischen Bremse werden solche Daten auch an das übergeordnete Flottenmanagement übertragen. Die Verantwortlichen können dann Maßnahmen ergreifen, wenn sich etwa herausstellt, dass in bestimmten Bereichen viele Fußgänger unterwegs sind. Dann lassen sich etwa die Fahrer generell informieren oder der Fußgängerverkehr besser organisieren.

Automatisierungspotenzial auch auf dem Wasser

Auch im maritimen Umfeld werden hochautomatisiert oder gar autonom agierende Maschinen immer wichtiger, etwa um Windkraftanlagen zu inspizieren – sowohl über als auch unter Wasser. Auf Helgoland betreibt das DFKI zusammen mit dem Fraunhofer IFAM daher ein Testzentrum, in welchem an Land, auf der Nordsee und in bis zu 45 m Wassertiefe experimentiert werden kann. Denn unbemannte Mini-U-Boote kommen laut Julien Hansen von Atlas Elektronik immer häufiger zum Einsatz, etwa zur Beseitigung von Seeminen oder um verlorene Fracht wiederzufinden.

Fraunhofer IFAM und DFKI richten Testfeld auf Helgoland ein

Auch in urbanen Regionen könnten Wasserstraßen künftig noch wichtiger werden, etwa für die innerstädtische Abfalllogistik oder andere Versorgungsdienste. In diesem Feld herrscht aktuell aber Personalmangel hinsichtlich entsprechender Kapitäne, weshalb sich autonome Systeme anbieten würden. Daran arbeitet Tim Holzki an der TU Berlin. Die Herausforderungen seien hier unter anderem, dass eine reine Route nicht ausreicht, da etwa auch Unterwassertopologie, Strömungen und Wind entscheidend sein können, wo und wie ein Schiff fahren kann. Ein Kapitän weiß das über Erfahrung, ein autonomes Boot benötigt entsprechend gute Daten und einen ausgereiften Algorithmus, der auch die wechselnden Lasten durch die Ladung auf dem Schiff mit einkalkuliert.

Weitere Infos zu mobilen Maschinen:
https://kem.industrie.de/mobile-maschinen/

Weitere Infos zur Connected mobile Machines & Mobility (CMM), die voraussichtlich wieder im Dezember 2021 stattfinden wird, sowie Aufzeichnungen einiger Vorträge finden sich hier:
hier.pro/KVDE9


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