30.09.2015

Universität Hohenheim

Industrie 4.0: Staus auf deutschen Autobahnen sollen kürzer werden

980.000 Kilometer Stau zählte der ADAC im Jahr 2014 auf Deutschlands Autobahnen insgesamt. Die Dauer aller Staus betrug umgerechnet etwa 32 Jahre – das ist neuer Rekord. Eine Ursache für die Blechlawinen sind die vielen Baustellen. Das stundenlange Warten im Auto könnte sich aber künftig verkürzen: Im Forschungsprojekt „SmartSite“ arbeiten Wissenschaftler der Universität Hohenheim unter der Leitung des Wirtschaftsinformatikers Prof. Dr. Stefan Kirn gemeinsam mit Partnern aus der Bauindustrie an einer Verbesserung der Straßen und einer Optimierung des Bauprozesses. „Wir arbeiten an einer verbesserten und automatisierten Kommunikation aller Baustellenpartner“, erläutert Marcus Müller, Projektleiter der Universität Hohenheim. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert das Projekt mit knapp 3 Mio. Euro. 745.000 Euro davon entfallen auf die Universität Hohenheim und machen das Projekt zu einem der Schwergewichte der Forschung.

Der Asphaltbau stellt sehr hohe Ansprüche an die Logistik einer Baustelle. So darf der Asphalt auf der Strecke vom meist entfernt gelegenen Mischwerk bis zur Baustelle nicht abkühlen. Dies führt ansonsten dazu, dass er nicht mehr eingebaut werden kann, da die fertige Straße ansonsten beschädigt wird. Gleichzeitig muss der Asphaltfertiger kontinuierlich, also ohne Unterbrechungen, mit Material versorgt werden. Werden diese Faktoren nicht berücksichtigt, entstehen zusätzliche Kosten für die Instandsetzung mangelhafter Straßen. In der Bundesrepublik kam es dadurch in den vergangenen Jahren zu Kosten in Höhe von rund 2,2, Milliarden Euro.

Dies könnte sich künftig ändern: Wissenschaftler der Universität Hohenheim im Team um Prof. Dr. Kirn arbeiten daran diesen Prozess auf verschiedenen Ebenen zu optimieren. Anfang September 2015 konnten die Experten bereits erste praxistaugliche Ergebnisse in einem projektinternen Demonstrator präsentieren.
„Im ersten Schritt analysieren wir exakt den Weg des Asphalts vom Mischwerk bis zur Baustelle und alle damit verbundenen Herausforderungen“, sagt Marcus Müller. Damit alle Abläufe auf der Baustelle reibungslos funktionieren, muss der Asphalt rechtzeitig ankommen, er darf nicht abkühlen, die Fertigungsmaschine darf auf dem Weg nicht stehenbleiben. Dafür muss sie gleichmäßig beladen sein. „Dies ist eine logistische Herausforderung, die wir mit intelligenter, vernetzter IT unterstützen werden“, sagt Marcus Müller.

Herausforderung Vernetzung
Die mangelnde Vernetzung von Baumaschinen, Baustellenumgebung und Baustellenleitsystemen ist häufig eine wesentliche Ursache für Verzögerungen auf Baustellen: „So mangelt es dem verantwortlichen Einbaumeister häufig an Informationen – beispielsweise über die genaue Ankunftszeit des Lastwagens“, erläutert Marcus Müller. „Ähnlich ergeht es dem Mischmeister im Asphaltwerk: Er sollte den exakten Zeitpunkt kennen, wann der Lastwagen wieder von der Baustelle zurückkehrt, damit er den neuen Asphalt auf die entsprechende Temperatur vorheizen kann.“
Um die Kommunikation zu verbessern, werden zunächst die aktuellen und logistisch relevanten Daten – wie etwa die Geschwindigkeit des Lastwagens und des Fertigers – permanent sensorisch erfasst, dann per Cloud Computing gespeichert. Das Ziel: die Daten in dem so entstehenden cyber-physikalischen System zeitnah an alle Beteiligten wie Einbaumeister, Mischmeister oder Lastwagenfahrer weiterzugeben.

Zukunft: intelligente Baustellen
Das Projekt „SmartSite“ will Folgendes erreichen:
• Die Entwicklung einer automatisierten Prozesssteuerung im Sinne der Industrie 4.0. Dafür arbeiten Prof. Dr. Kirn und sein Team an Verfahren zur Selbststeuerung der Baustellenlogistik und der Straßenwalzen. Damit wollen die Wissenschaftler Lieferschwankungen und Engpässe vermeiden und einen reibungsloseren Einbau des Asphalts ermöglichen. „Wenn die Asphalt-Temperatur beispielsweise während des Walzvorgangs ständig und flächendeckend gemessen wird, kann dies dazu beitragen die Asphalt-Verdichtung zu verbessern und damit frühzeitige Straßenschäden und somit auch weitere Baustellen zu vermeiden“, erläutert Marcus Müller.
• Die Entwicklung von „intelligenten“ Baustellenumgebungen. Dazu wollen die Hohenheimer Wissenschaftler mit einer speziellen Sensorik die Baustellen und ihre Umgebung erfassen. So werden etwa Wetterdienste, Staumeldungen, aktuelle Positions- und Fahrzeugdaten der verschiedenen Baumaschinen ausgewertet und angezeigt. „Nach dem Abschluss der Bauarbeiten können mit Hilfe der Daten bei künftigen Projekten die Asphalt-Liefer- und Einbauprozesse optimiert werden“, so Marcus Müller.

Hintergrund: Forschungsprojekt SmartSite
Der genaue Projektname lautet „SmartSite – Smarte, autonome Baumaschinen, Baustellenumgebungen und Bauprozesssteuerung für den intelligenten Straßenbau“ (www.smartsite-project.de). Neben der Universität Hohenheim sind folgende Unternehmen an SmartSite beteiligt: Ammann Verdichtung GmbH, ceapoint aec technologies GmbH, Drees & Sommer Infra Consult und Entwicklungsmanagement GmbH, Züblin AG, Topcon Deutschland Positioning GmbH.
Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderte Projekt läuft seit November 2013 und ist auf drei Jahre angelegt. Die Arbeit an der Universität Hohenheim wird mit 745.000 Euro gefördert. Damit zählt das Projekt zu einem der Schwergewichte der Forschung an der Universität Hohenheim.

Hintergrund: Schwergewichte der Forschung
Rund 30 Mio. Euro an Drittmitteln akquirierten Wissenschaftler der Universität Hohenheim 2014 für Forschung und Lehre. In loser Folge präsentiert die Reihe „Schwergewichte der Forschung“ herausragende Forschungsprojekte mit einem Drittmittelvolumen von mindestens 250.000 Euro bei den Experimental- bzw. 125.000 Euro bei den Sozial- und Gesellschaftswissenschaften.
Links:
Projektseite SmartSite: www.smartsite-project.de

Quelle