fml – Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik • Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner • Technische Universität Münchenfml – Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik • Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner • Technische Universität München

fml – Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner

Technische Universität München

1

München, 11.04.2016

bauma 2016

Akademischer Direktor

Stephan Kessler

ISO Telematikdatenstandardfür Baumaschinen und sein Beitrag zur Digitalisierung der Baumaschineneinsätze

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1ISO 15143-3: Machine Data

2Forschungsprojekt BauFlott

3Demonstrator BauFlott: FleeTUM

4Zusammenfassung und Ausblick

Agenda

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ISO 15143-3: Machine Data

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Historie zur ISO 15143-3

2010 2011 2012 2013 20142009

1. AK

Telematik

2015 2016

Ausgangssituation

Betreiber von Bau-

maschinen wünschen

sich herstellerüber-

greifendes FMS für

mobile Arbeitsmaschinen

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Unterstützer des AK-Telematik

AK-Telematik wird

unterstützt von

Bauunternehmen Baumaschinenhersteller

Telematikdienstleister

Verbänden

Forschungsstellen

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Historie zur ISO 15143-3

2010 2011 2012 2013 20142009

1. AK

Telematik

2015 2016

Ausgangssituation

Betreiber von Bau-

maschinen wünschen

sich herstellerüber-

greifendes FMS für

mobile Arbeitsmaschinen

Le

ve

l 1

Le

ve

l 2

(AE

MP

)

Le

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l 3

Le

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l 4

Le

ve

l 5

Le

ve

l 6

Verrechnung des Bm-Einsatzes im Back-

Office der Firma – onlinex x x x x x

Bestimmung der Bm-Positionsdaten (z.B. für

Kostenstellen-Zuordnung)x x x x x x

Bestimmung der Maschineneinsatzzeit x x x x x x

Kontrolle des Kraftstoffverbrauchs x x x x x

Fahreridentifikation x x x x

Überwachung von Dieseldiebstahl x x x x

Erfassung der Rüstzustände x x x

Ferndiagnose zur Schadensprävention

(Warnhinweise vom Display)x x x

Erfassung von Einsatzmodi (z.B. Einsatz

Maschinenleitsystem)x x

Bestimmung der Baumaschinenleistung

(Tagesleistung)x x

Freischaltung der Bm durch Disposition x x

Austausch von Maschinensteuerungs- und

Qualitätsinformationenx

Kommunikation über Maschinendisplay

(Auftragsübergabe von AV, aller Art)x

Beispielhafte GerätezuordnungHandgeführte

Geräte mit

Motor

Kleine Geräte

mit Sitz bis

ca. 2,5 t

Kleine Geräte

mit Sitz ab ca.

2,5t

Geräte ab ca.

15t

Leistungs-

orientierte

Geräte ab ca.

15t

Leistungs-

orientierte

Geräte ab ca.

15t

Ge

wü

nsc

hte

Fu

nk

tio

ne

n

Servicelevel für Baumaschinen

AEMP/AEM

veröffentlichen

Telematics Data

Standard Version 1

Arbeitskreis beschließt auf

Basis einer Umfrage eine

Datenstandardisierung für

Baumaschinen nach Servicelevel

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Servicelevel für Baumaschinen

Le

ve

l 1

Le

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(AE

MP

)

Le

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l 3

Le

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l 4

Le

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l 5

Le

ve

l 6

Verrechnung des Bm-Einsatzes im Back-

Office der Firma – onlinex x x x x x

Bestimmung der Bm-Positionsdaten (z.B. für

Kostenstellen-Zuordnung)x x x x x x

Bestimmung der Maschineneinsatzzeit x x x x x x

Kontrolle des Kraftstoffverbrauchs x x x x x

Fahreridentifikation x x x x

Überwachung von Dieseldiebstahl x x x x

Erfassung der Rüstzustände x x x

Ferndiagnose zur Schadensprävention

(Warnhinweise vom Display)x x x

Erfassung von Einsatzmodi (z.B. Einsatz

Maschinenleitsystem)x x

Bestimmung der Baumaschinenleistung

(Tagesleistung)x x

Freischaltung der Bm durch Disposition x x

Austausch von Maschinensteuerungs- und

Qualitätsinformationenx

Kommunikation über Maschinendisplay

(Auftragsübergabe von AV, aller Art)x

Beispielhafte GerätezuordnungHandgeführte

Geräte mit

Motor

Kleine Geräte

mit Sitz bis

ca. 2,5 t

Kleine Geräte

mit Sitz ab ca.

2,5t

Geräte ab ca.

15t

Leistungs-

orientierte

Geräte ab ca.

15t

Leistungs-

orientierte

Geräte ab ca.

15t

Ge

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tio

ne

n

Servicelevel für Baumaschinen

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Historie zur ISO 15143-3

Le

ve

l 1

Le

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(AE

MP

)

Le

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l 3

Le

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Le

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Le

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l 6

Verrechnung des Bm-Einsatzes im Back-

Office der Firma – onlinex x x x x x

Bestimmung der Bm-Positionsdaten (z.B. für

Kostenstellen-Zuordnung)x x x x x x

Bestimmung der Maschineneinsatzzeit x x x x x x

Kontrolle des Kraftstoffverbrauchs x x x x x

Fahreridentifikation x x x x

Überwachung von Dieseldiebstahl x x x x

Erfassung der Rüstzustände x x x

Ferndiagnose zur Schadensprävention

(Warnhinweise vom Display)x x x

Erfassung von Einsatzmodi (z.B. Einsatz

Maschinenleitsystem)x x

Bestimmung der Baumaschinenleistung

(Tagesleistung)x x

Freischaltung der Bm durch Disposition x x

Austausch von Maschinensteuerungs- und

Qualitätsinformationenx

Kommunikation über Maschinendisplay

(Auftragsübergabe von AV, aller Art)x

Beispielhafte GerätezuordnungHandgeführte

Geräte mit

Motor

Kleine Geräte

mit Sitz bis

ca. 2,5 t

Kleine Geräte

mit Sitz ab ca.

2,5t

Geräte ab ca.

15t

Leistungs-

orientierte

Geräte ab ca.

15t

Leistungs-

orientierte

Geräte ab ca.

15t

Ge

wü

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hte

Fu

nk

tio

ne

n

Servicelevel für Baumaschinen

AEMP/AEM

veröffentlichen

Telematics Data

Standard Version 1

Arbeitskreis beschließt auf

Basis einer Umfrage eine

Datenstandardisierung für

Baumaschinen nach Servicelevel

2010 2011 2012 2013 20142009

1. AK

Telematik

2015 2016

Ausgangssituation

Betreiber von Bau-

maschinen wünschen

sich herstellerüber-

greifendes FMS für

mobile Arbeitsmaschinen

Bauma 2013:

CAT ermöglicht Kontakt

zwischen VDBUM

(AK-Telematik) und

AEMP

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Historie zur ISO 15143-3

Le

ve

l 1

Le

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l 2

(AE

MP

)

Le

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l 3

Le

ve

l 4

Le

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l 5

Le

ve

l 6

Verrechnung des Bm-Einsatzes im Back-

Office der Firma – onlinex x x x x x

Bestimmung der Bm-Positionsdaten (z.B. für

Kostenstellen-Zuordnung)x x x x x x

Bestimmung der Maschineneinsatzzeit x x x x x x

Kontrolle des Kraftstoffverbrauchs x x x x x

Fahreridentifikation x x x x

Überwachung von Dieseldiebstahl x x x x

Erfassung der Rüstzustände x x x

Ferndiagnose zur Schadensprävention

(Warnhinweise vom Display)x x x

Erfassung von Einsatzmodi (z.B. Einsatz

Maschinenleitsystem)x x

Bestimmung der Baumaschinenleistung

(Tagesleistung)x x

Freischaltung der Bm durch Disposition x x

Austausch von Maschinensteuerungs- und

Qualitätsinformationenx

Kommunikation über Maschinendisplay

(Auftragsübergabe von AV, aller Art)x

Beispielhafte GerätezuordnungHandgeführte

Geräte mit

Motor

Kleine Geräte

mit Sitz bis

ca. 2,5 t

Kleine Geräte

mit Sitz ab ca.

2,5t

Geräte ab ca.

15t

Leistungs-

orientierte

Geräte ab ca.

15t

Leistungs-

orientierte

Geräte ab ca.

15t

Ge

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Servicelevel für Baumaschinen

AEMP/AEM

veröffentlichen

Telematics Data

Standard Version 1

Start Projekt

BauFlott

Arbeitskreis beschließt auf

Basis einer Umfrage eine

Datenstandardisierung für

Baumaschinen nach Servicelevel

Entwurf

Telematics

Data Standard

(Version 2)

2010 2011 2012 2013 20142009

1. AK

Telematik

Entwurfs-

fassung

ISO-15143-3

2015 2016

Ausgangssituation

Betreiber von Bau-

maschinen wünschen

sich herstellerüber-

greifendes FMS für

mobile Arbeitsmaschinen

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ISO 15143-3: Machine Data Zuordnung

ISO 15143

Earthmoving machinery and mobile

road construction machinery -

Worksite Data Exchange

ISO 15143-1: System architecture

ISO 15143-2: Data dictionary

ISO 15143-3: Machine Data (Draft)

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ISO 15143-3: Machine DataDatenpunkte

Englisch Deutsch AEMP v1.2 ISO 15143-3

Equipment information Identifikation x x

Last know location Letzte bekannte Position x x

Cumulative operating hours Betriebsstunden kumuliert x x

Cumulative fuel used Kraftstoffverbrauch kumuliert x x

Fuel used in the preceding 24 hours Kraftstoffverbrauch 24h x x

Cumulative distance travelled Wegstrecke kumuliert x x

Cumulative idle operating hours Leerlaufzeit kumuliert x

Fuel remaining ratio Kraftstoffanzeige x

Is engine running Motor an/aus x

Digital input state Externer Anschluss x

Cumulative power take-off hours Kumulierte Nebenantriebsstunden x

Average daily engine load factor Durchschnittlicher Tageslastfaktor x

Peak Daily Speed for past 24 hours Maximalgeschwindigkeit der letzten 24h x

Cumulative Load Count Ladespiele kumuliert x

Cumulative Payload Totals Umschlagsleistung kumuliert x

Cumulative nonproductive regeneration hours Regenerationszeit Dieselpartikelfilter x

Diagnostic trouble codes Fehlercodeübermittlung x

Caution code Anzeige Warnleuchten im Kombiinstrument x

DEF remaining ration Anzeige verbleibende AdBlue-Menge x

Cumulative idle nonoperating hours Leerlaufzeit kumuliert (absoluter Stillstand) x

fml – Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik • Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner • Technische Universität Münchenfml – Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik • Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner • Technische Universität München 12

ISO 15143-3: Machine Data Technische Umsetzung

Hersteller 1 Hersteller 2 Hersteller n

Baustelle

Software

MTA

Bauleitung

Controlling

Date

nsta

nd

ard

Datenbank

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ISO 15143-3: Machine Data Technische Umsetzung

Hersteller 1 Hersteller 2 Hersteller n

Baustelle

Software

MTA

Bauleitung

Controlling

Date

nsta

nd

ard

Datenbank

Weitere Spezifikationen

Datenpunkte stehen mindestens alle 15 Minuten zur Verfügung

Abfrage historischer Daten im Zeitraum von bis zu 2 Wochen

Abfrage der gesamten Flotte oder einzelner Maschinen

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BauFlott

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Zielsetzung

BauFlottEntwicklung eines Flottenmanagementsystems für Baumaschinen

Analyse der Anwenderanforderungen

Umfrage über den VDBUM zu den

Anforderungen der Bauunternehmen und

Baumaschinenvermieter an ein

herstellerübergreifendes FMS

Ableitung der erforderlichen Funktionen eines

herstellerübergreifenden FMS

Identifikation der benötigten Maschinendaten

zur Erfüllung der Funktionen

Demonstrator (fleeTUM)

Entwicklung eines off-board Demonstrators

(AEMP / ISO 15143-3)

Entwicklung eines on-board Demonstrators

(CAN-bus / Hardware u. Software in the loop)

Auswertung der Maschinendaten und

Visualisierung der Funktionen in einer Web-

Applikation (fleeTUM)

18135 N/1

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Priorisierte Liste der erforderlichen Funktionen

Rang Funktion

1 Planung und Durchführung von Wartungen

2 Diebstahlschutz

3 Disposition der Baumaschine

4 Zuweisung von Baumaschinen zu Kostenstellen und Arbeitsgruppen

5 Bestimmung der Maschinenauslastung

6 Projektverfolgung

7 Fahreridentifikation und -autorisierung / Arbeitszeiterfassung

8 Erfassung von Leerlaufzeiten entsprechend eigener Definition

9 Automatische Rechnungserstellung

10 Automatische Lohnabrechnung

11 Wirtschaftlichkeit

12 Schnelle Reaktion auf Fehler und Schäden

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Output

Anforder-

ungenInput

UnternehmenssoftwareBaumaschine Telematikdaten

Übertragungsintervall

ISO 15143-3 Sensorik ERP-SystemeProjektmanage-

mentsoftware

Auswertealgorithmen

Flottenmanagementsystem - fleeTUM

Funktionen

Betankung

Ermittlungsintervall

Ort der

Datenspeicherung

(Inputdaten)

Ort der Daten-

verarbeitung

Visualisierungsform

Zuordnung von Rollen

(Abteilungen)

Zuordnung von

Baumaschinenarten

Ort der

Datenspeicherung

(Outputdaten)Excel-Export

Daten- und Kennzahlensystem / Auswertealgorithmen zur

weiteren Verarbeitung im Backoffice des Anwenders

Automatische

Verrechnung

Erbrachte

Bauleistung

Wirtschaftlicher

Einsatz…

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BauFlott: fleeTUM

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BauFlott: fleeTUM

Aufbau FMS-Demonstrator

Nutzen

Demonstrator AEMP v1.2 und ISO 15143-3

Prototyp zur Umsetzung der FMS-Funktionen aus

Unternehmensumfrage anhand Datenstandards

Verknüpfung von Datenpunkten zu Funktionen

Projektbezogenes FMS (BM + Projekt + Mitarbeiter)

Status quo

Besichtigung fleeTUM am Stand der Technischen

Universität München in der Halle B0 im Rahmen

Forschung live

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Projektbezogene Auswertung

- Kennzahlen

- Baumaschinen-/ Lohnabrechnung

BauFlott: fleeTUMBaumaschine – Projekt – Disposition (- Mitarbeiter)

Konzept fleeTUM

Baumaschinen

Gruppe Hydraulikbagger

BM 1 | BM 2 | BM 3

Gruppe Radlader

Lader 1 | Lader 2 | Lader 3

.....

Gruppe Asphaltfertiger....

Disposition

Verknüpfung Baumaschinen und Projekt

Bauleitung reserviert – MTA gibt frei

Projekte

Projekt 1

Dauer | Geokoordinaten |

Kostenstelle |Geofence

Projekt 2

...

Projektübergreifende Auswertung

- Kennzahlen

- Flottenauslastung

- Wartungen

© A

IS

Onboard-Demonstrator: weiterführende Techniken für den Baumaschineneinsatz wie M2M, teilautonomer bzw. autonomer Betrieb

21

Simulierte Echtzeit/CAN-Restbus-Simulation

Ω

Hardware Signal-

erzeugung

Telematik-Hardware

Ω

fleeTUMServer

fleeTUMWeb-Frontend

Datenbank (mySQL)

Webserver Visualisierung (PHP, Google API)

http://bauflott.ais.mw.tum.de

Flotte

Projekte

Google Bauflott

UMTS

Daten-auswertung

CAN-Bus

Mobile Webseite

E-Mail/SMS Generiung

Ω

Ω

Ω

UMTSΩ

ModellierungBM-Kommunikation

UMTS

LokaleKommunikation

für M2M-Funktionen

WiFi

WiFi

© A

IS

Beispiel: M2M-Funktion für optimierten Bagger-LKW Betrieb

22

Baumaschinen in Arbeitsketten (z.B. Bagger-LKW Betrieb)

kommunizieren über fleeTUM bzw. direkt untereinander auf der

Baustelle (Ad-hoc WiFi)

excavator

cut-area

fill-area 1

Dumper sendet

Ankunftszeit

dozer

Dumper sendet

Ankunftszeit Dozer erkennt Dumper

anhand Auftrag und

bestätigt

Dumper übermittelt

Ladung und Auftrag

Bagger bestätigt

Auftrag für Dozer

und erwartete

Ankunft

Dozer prüft

Verfügbarkeit

Bagger und übergibt

Auftrag an Bagger

Bagger übergibt nach Beladung Auftrag an Dumper

Dumper übermittelt Umlaufzeit

fleeTUMServer

fill-area 2

ProzessparameterAuslastung: 50 %∅ Wartezeit: 1:30 Min.Entf.: 4,2 km

ProzessparameterAuslastung: 92 %∅ Wartezeit: 7:30 Min.Entf.: 1,8 km

Lokale Optimierung

Zentrale Optimierung(z.B. mittels

historischer DatenProzessparameterAuslastung: 22 %∅ Wartezeit: 0:30 Min.Entf.: 0,8 km

Übermittlung

Handlungsvorschlag

auf Fahrer-Display

© A

IS

Hardware-in-the-Loop Vorgehen: Co-Simulation Simulink und PlantSimulation

23

Fertigungszelle A

Operationskette in ereignisdiskreter Simulation

Fertigungszelle BInteraktion Interaktion

Interaktion Interaktion

Maschinen- und Betriebsdaten

fleeTUMServer

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Zusammenfassung und Ausblick

fml – Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik • Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner • Technische Universität Münchenfml – Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik • Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner • Technische Universität München 25

Zusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassung

Status und Inhalt Entwurf ISO 15143-3: Machine Data

Erforderliche Funktionen eines Flottenmanagementsystems identifiziert

Spezifikation der Funktionen mittels einer Daten- und Kennzahlenmatrix

Beta-Version fleeTUM – Umsetzung der Funktionen

Aufbau eines off-board und on-board Demonstrators zum Test und zur Weiterentwicklung des

Datenstandards

Ausblick

Projektübergreifende Auswertung historischer Baumaschinendaten wird möglich

Zugeschärfte Aussagen zum momentanen Baumaschineneinsatz die lernende Maschine

Planungsgrundlage für zukünftige Projekt

Empfehlung zur Weiterentwicklung der ISO 15143-3 unter dem Aspekt M2M Kommunikation und dem

Betrieb teil-/autonomer Baumaschinen

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing.

Willibald A. Günthner

Akademischer Direktor

Stephan Kessler

Technische Universität München

fml - Lehrstuhl für Fördertechnik

Materialfluss Logistik

Boltzmannstr. 15

85748 Garching

Tel +49.89.289.15921

Fax +49.89.289.15922

E-Mail: kontakt@fml.mw.tum.de