Qualifizierung elektrohydrauli­scher Antriebssysteme für assistierte/automatisierte mobile Maschinen und digitalisierte Bauprozesse

Aufgabe / Zielsetzung

Im Zuge zunehmender Digitalisierung der Baubranche und dem wachsenden Mangel an qualifiziertem Personal sind verstärkte Bestrebungen zur Automatisierung von Bauprozessen seitens Forschung und Industrie zu erkennen. Diese reichen von der automatisierten Durchführung einfacher Arbeitsprozesse (z. B. Planieren mit einem Hydraulikbagger) gemäß den Anforderungen des Maschinenführers bis zu komplexeren Tätigkeiten ohne Einwirken eines Bedieners (z. B. Beton 3D-Druck). Doch nur die wenigsten dieser automatisierten Arbeitsprozesse genügen nach heutigem Stand den Anforderungen der Praxis hinsichtlich Arbeitsgeschwindigkeit und Genauigkeit des Automatisierungsergebnisses und sind einem geübten Maschinenbediener unterlegen.

Im Rahmen des Projekts soll festgestellt werden, inwieweit heute übliche Antriebssysteme mobiler Arbeitsmaschinen in der Lage sind, den Anforderungen der Automatisierung gerecht zu werden und welche Maßnahmen dazu beitragen, die Antriebssysteme für den automatisierten Betrieb zu qualifizieren.

Lösungsweg

Im Rahmen des Projekts werden zwei typische Automatisierungsfunktionen mobiler Arbeitsmaschinen identifiziert („Bahnfolge“ und „Positionierung“) und die Charakteristika der automatisierten Umsetzung dieser Funktionen an unterschiedlichen Versuchsträgern analysiert. Auf dieser Grundlage werden Anforderungen an die Prozessautomatisierung definiert und analytische Gütekriterien formuliert.

Um den Einfluss einzelner System- und Komponentenparameter auf die Qualität der Automatisierung sichtbar zu machen wird eine umfangreiche Simulationsstudie unter Variation zahlreicher Parameter (Reglereinstellungen, Dynamikparameter, …) anhand validierter Systemsimulationsmodelle durchgeführt.

Die Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse zeigen klare Tendenzen zu besonders einflussreichen und weniger einflussreichen Parametern auf. Zur Verifikation der Resultate werden die gewählten Automatisierungsfunktionen an einem im Rahmen des Projekts ertüchtigten Demonstrator erprobt. Durch die gezielte Anpassung ausgewählter Parameter des Antriebssystems wird der Einfluss der Parameter auf die Erfüllung der definierten Gütekriterien untersucht. Anhand der Ergebnisse aus Simulation und Versuch werden wesentliche Einflussfaktoren auf das Automatisierungsergebnis benannt und Maßnahmen zur Ertüchtigung mobilhydraulischer Antriebssysteme für automatisierte Bauprozesse abgeleitet.

Das IGF-Vorhaben 21570 BR/1 der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Maschinenbau e. V. wurde im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Laufzeit: 01.12.2020 – 30.11.2023

Der Schlussbericht des Vorhabens kann über das Forschungskuratiom Maschinenbau e. V. (http://www.fkm-net.de) bezogen werden (Postanschrift: Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt am Main, E-Mail: info@fkm-net.de).