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
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l 2
(AE
MP
)
Le
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l 3
Le
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l 4
Le
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l 5
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
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
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l 1
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(AE
MP
)
Le
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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
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Servicelevel für Baumaschinen
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Historie zur ISO 15143-3
Le
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l 1
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(AE
MP
)
Le
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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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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
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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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Fu
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ne
n
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)
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 11
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
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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
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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
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 15
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…
fml – Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik • Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner • Technische Universität München
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
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 20
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
fml – Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik • Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner • Technische Universität München 26
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: [email protected]
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