Johann Sailer, Vorsitzender des VDMA, bekräftigt, dass sich „der Trend zur Automatisierung fortsetzt, verbunden mit einer Steigerung der Ressourceneffizienz“.
Die größte Herausforderung ergibt sich durch die Vernetzung. Industrie 4.0 wird nicht nur Maschinen, Fahrzeuge und Geräte per se verändern, sondern ganze Prozesse rund um ihren Einsatz, wenn in Zukunft Bauwerke – vom Entwurf bis hin zur Inbetriebnahme – digital geplant und gebaut werden. Im Kern geht es darum, Kosten zu senken, den Alltag zu erleichtern, die Arbeit schneller und Projekte präziser abzuschließen. Wir zeigen, auf welche Technologien sich Betreiber und Fahrer einstellen müssen.
Vor einigen Jahren waren Spekulationen Tür und Tor geöffnet, wer Fragen wie diese beantworten wollte: Welchen Weg legte der Mobilbagger zurück? Wie hoch fallen Kraftstoffverbrauch und Leerlaufzeiten der Baumaschinenflotte aus? Wann ist die nächste Wartung fällig? Heutzutage genügen ein paar Klicks am Computer und das Flottenmanagement liefert den Betreibern eine genaue Kartenansicht und Tabellenübersicht. Der Maschineneinsatz lässt sich somit zielgerichtet planen und steuern. Längst versenden Bagger, Radlader oder Raupen Daten wie GPS-Position, Start-/Stoppzeiten, Betriebsstunden, Kraftstoffverbräuche und Fehler-Codes von selbst, mit deren Hilfe Ferndiagnosen genauso möglich sind wie die Fehlererkennung. Anhand der übermittelten Informationen und automatisch generierten Berichte lassen sich Rückschlüsse auf Betriebsabläufe ziehen. Vorausgesetzt, die Daten werden richtig interpretiert und ausgewertet.
Nutzer sind beispielsweise Disponenten. Sie benötigen permanent den aktuellen Standort und die Auslas-tung, um Transporte zu organisieren, insbesondere wenn sie eine Maschinen- Flotte betreuen, die zwischen Bauleitern und Baustellen getauscht wird. Sie brauchen auch die Füllst.nde der Kraftstofftanks, um rechtzeitig für Treibstoff-Nachschub zu sorgen und die Tour des Tankwagens besser planen und koordinieren zu können. Abrechner in Baufirmen greifen rückwirkend auf Daten, wie die Betriebsstunden und Standorte der Maschinen zurück, um die einzelnen Kostenstellen der Baustellen exakt bebuchen zu können, denn häufig sind die Lieferscheine und Stundenzettel unvollständig oder unleserlich ausgefüllt.
Bauleiter verwenden Angaben zum Kraftstoffverbrauch, um die Kosten einer Baustelle ermitteln zu können. Und der Werkstattleiter nimmt beispielsweise Betriebsstunden als Anhaltspunkt für die Planung von Wartungen und Inspektionen. Um schnelle und präzise Entscheidungen im Tagesgeschäft treffen zu können, müssen Entscheider wissen, wo ihre Baumaschinen sind, ob sie gerade arbeiten und was sie tun.
Schon heute verspricht die vernetzte Baumaschine effizientere Abläufe, höhere Produktivität sowie Kosteneinsparungen. Einsätze von Drohnen auf Baustellen sind längst über die erste Testversuche hinaus im Einsatz. Kurz vor Jahresende gab Caterpillar bekannt, dass man mit dem Start-Up-Unternehmen Redbird zusammenarbeiten wolle. Redbird ist darauf spezialisiert, Daten mit Hilfe von Drohnen für Baustellen und Steinbrüche zu sammeln, zu bearbeiten und zu visualisieren. Drohnen aus der Luft vermessen die Baustelle und senden Daten an den Computer. Daraus wird dann ein dreidimensionales Geländemodell erstellt, das den Baumaschinen die Grundlage für Fundamentarbeiten oder den Aushub liefert. Roboter auf Baustellen sind an sich nichts Neues – in Japan wurden bereits in den 90er-Jahren erste Schritte in Richtung Automatisierung auf der Baustelle unternommen. Im Automobilbau sind Roboter längst Standard, mit denen die verschiedensten Teile einer Karosserie am Fließband in Rekordzeit zusammengesetzt werden. Auch die Bauindustrie verspricht sich davon höhere Produktivität verbunden mit einer Qualitätssteigerung.
Eine weitere Zukunftsvision ist, ähnlich wie beim Google-Auto oder bei Lkw mit ihren assistenzlosen Fahrsystemen, dass Baustellen so automatisiert werden und Menschen nicht mehr das Steuern der Baumaschine, sondern die Programmierung der Geräte übernehmen. Erste Pilotprojekte werden bereits realisiert. So hat Caterpillar 2012 mit dem System „Command for Hauling“ begonnen, die Fortescue Metals Group mit autonomen Muldenkippern auszustatten – bis 2020 soll die Flotte 45 Geräte umfassen. Das australische Bergbauunternehmen verspricht sich davon eine höhere Produktivität und mehr Sicherheit. Was autonome Baufahrzeuge auf der Straße betrifft, wird es noch ein paar Jahre dauern, bis hier der Durchbruch zu erwarten ist. Laut einer Studie, die das Fraunhofer IAO mit weiteren Partnern im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie durchgeführt hat, wird hochautomatisiertes Fahren in Deutschland zwar vor 2020 technische Reife erlangen, aber mit fahrerlosen Fahrzeugen wird hingegen auf öffentlichen Straßen erst weit nach 2020 gerechnet.
Welche Konsequenzen hat die Digitalisierung für die Fahrer, wenn Bauunternehmen ihren Maschinenpark mit Flottenmanagement oder Maschinensteuerung ausrüsten?
Baumaschinenhersteller dementieren, dass der Fahrer abgeschafft werden soll. Unisono betonen sie, dass er Schlüsselfigur ist und bleibt, weil er alle Fäden in der Hand hält, sprich die Maschinen samt ihrer IT kontrollieren muss. Stattdessen sollen ihn digitale Technologien entlasten. Professor Jürgen Weber, Direktor am Institut für Fluidtechnik der TU Dresden, erklärte dem Online-Fachportal konstruktionspraxis. de: „Die Unterstützung des Bedieners steht zunehmend im Mittelpunkt. Hier gibt es Tendenzen im Bereich der Arbeitsunterstützung durch Augmented Reality, also einer virtuellen Umweltinformationserweiterung, bis hin zu teilautomatisierten Arbeits- und Bewegungsabläufen für wiederkehrende Tätigkeiten.“ In einer Studie „Man and Machine in Industry 4.0 – How Will Technology Transform the Industrial Workforce Through 2025?“ hat die Boston Consutling Group (BCG) am Beispiel Deutschland die Auswirkungen von Industrie 4.0 untersucht. „Dadurch werden insgesamt mehr Jobs entstehen als verlorengehen, aber diese neuen Tätigkeiten erfordern von Arbeitnehmern deutlich mehr IT-Kompetenz als bisher und die Bereitschaft zu lebenslangem Lernen. Neue Technologien wie Augmented Reality oder robotergestützte Arbeitsplätze können sogar dazu beitragen, dass geringqualifizierte Arbeitnehmer wieder in den Arbeitsmarkt integriert werden können“, sagt Markus Lorenz, BCGPartner. Industrie-Datenanalysten und Roboterkoordinatoren sind Jobprofile, die in Zukunft besonders häufig nachgefragt werden. Aus den untersuchten Tätigkeitsprofilen geht klar hervor, dass datengetriebene Qualitätskontrolle, Produktionslinien- Simulation, smarte Vernetzung der Produktionsvorräte und –lieferungen oder vorhersehbare Wartung und Instandhaltung zur Norm werden – bis hin zu selbstfahrenden Fahrzeugen.
Hersteller werden Maschinen zunehmend verleihen und Arbeitskräfte einstellen, die sich um Service und Wartung kümmern, kommt die Studie zum Schluss. Für das Bedienen einer Baumaschine bedeutet es: Die reine Fahrertätigkeit gerät also in den Hintergrund, während die Bedienung von Vermessungs- und automatischen Steuergeräten (GPS-Systemen) an Bedeutung gewinnt. Wie gut es gelingt, dass sich Mitarbeiter mit den neuen Technologien vertraut machen, hängt davon ab, wie das Management die Beschäftigten an diese heranführt. „Firmen setzen heute verstärkt darauf, dass ein Mitarbeiter so viel Arbeiten so schnell wie möglich erledigt und aus dem eingesetzten Kapital das Maximum herausgeholt wird.
Doch das ist erst der Anfang im Hinblick auf die Produktivitätssteigerungen. Positionierungs- und Informationstechnologien werden die Arbeitsabläufe auf den Baustellen nachhaltig verändern. In den nächsten zehn Jahren wird wohl jeder zweite Bagger ab 20 Tonnen aufwärts mit Maschinensteuerung in den Einsatz gehen“, so die Prognosen, die Bernhard Tabert für möglich hält, der bei Zeppelin sich als Produktmanager um das Flottenmanagement und die Maschinensteuerung kümmert. Der digitale Wandel verändert zunehmend auch die Art und Weise, wie Unternehmen Baumaschinen warten. Dank intelligenter Datenanalysen machen Baumaschinen rechtzeitig auf Störungen aufmerksam, bevor diese mit kostspieligen Folgen zu Buche schlagen. Instandhaltungsmaßnahmen sollen planbar und Abnutzungsreserven von Verschleißteilen besser genutzt werden. Darum erprobt die Industrie fieberhaft schon seit einiger Zeit andere Methoden in der Instandhaltung, die unter dem Stichwort „Predictive Maintenance“ die Wartung von Maschinen und Anlagen komplett umkrempeln werden. Dabei werden die Wahrscheinlichkeiten von Defekten ermittelt – ähnlich wie es Banken und Versicherungen längst machen, um Abweichungen anhand mathematischer Vorhersagemodelle festzustellen und um so Kreditkartenrisiken oder illegale Finanztransaktionen zu erfassen.
So wie der Handel bereits Trendverschiebungen prophezeit, so sollen Analysen zur Vorhersage auch bei der Wartung von Systemen und Anlagen zum Einsatz kommen. Die verwendeten Verfahren stützen sich auf die IT. Ihre Intention: Technische Mängel im Vorfeld aufzuspüren und aus veränderten Messgrößen Trends abzuleiten, lange bevor die periodisch fälligen Wartungen anstehen und somit die Reparaturkosten sowie teure Stillstandzeiten zu reduzieren. Dank „Predictive Maintenance“ wissen Unternehmen deutlich früher, welche Bauteile wann ermüden und ausgewechselt werden sollten. Damit lässt sich der Zeitpunkt der Instandsetzung gezielt planen, die Wartung vorbereiten und auf den Betrieb sowie Baustelleneinsatz abstimmen. Das Grundprinzip, das zugrunde liegt: Sensoren zeichnen Schwingungen von verschleißintensiven Bauteilen auf und stellen sie in Relation mit bekannten Algorithmen. Doch nur, wenn diese Daten dann schnellstmöglich analysiert werden, sind sie letztlich von Nutzen für die Wartungsprozesse. Dabei geht es darum, die verschiedensten Daten zusammenzubringen und entsprechende Algorithmen anzuwenden. So erhält man Informationen, wann der perfekte Zeitpunkt für den Wechsel eines bestimmten Bauteils gekommen ist, beruhend auf Erfahrung und gesicherten Daten aus der Vergangenheit, die eine Störung wahrscheinlich machen.
Als ein weiterer Trend im Service gilt der 3D-Druck, der das Ersatzteilgeschäft von Baumaschinen in den nächsten Jahren umkrempeln wird. Was gemeinhin unter dem Schlagwort 3D-Druck läuft, lässt sich mit dem Aufbringen verschiedener Schichten erklären, wobei man den Auftrag trocknen lässt oder dieser geklebt und geschmolzen wird. Als Werkstoffe der additiven Fertigung dienen Metall, Keramik sowie Kunstharze oder Kunststoff. Die Ausgangsdateien liegen in verschiedenen CAD-Formaten und -Exportformaten wie STL vor und werden für die additive Fertigung noch weiter umgewandelt, etwa in das geläufige „Schicht“-Format G-Code. Insbesondere die Industrie verspricht sich von dem Verfahren viel für die Just-in-time-Produktion von einzelnen Werkzeugen oder Maschinenteilen, um hohe Lagerkosten zu vermeiden. Kunden müssen keine langen Wartezeiten in Kauf nehmen, bis das Ersatzteil an Ort und Stelle ist, wo es gebraucht wird. Allerdings sind hier noch etliche Punkte zu klären, wie die Einhaltung von Unternehmens- und Industriestandards, aber auch rechtliche Fragen rund um die Garantie und Haftung.
Juli/August 2016