Wenn Maschinen das Risiko übernehmen: Wie präzise Navigation die Automatisierung sicherer macht

Automatisierung wird oft als Mittel dargestellt, um industrielle Abläufe schneller und produktiver zu gestalten. Es gibt jedoch noch einen weiteren, ebenso wichtigen Grund für die Automatisierung: Menschen sollten sich nicht immer dort aufhalten müssen, wo das Risiko am größten ist.
 

In Bergwerken, Häfen, auf Baustellen, Straßen, in Lagerhallen und anderen industriellen Umgebungen kommen oft schwere Maschinen und fahrende Fahrzeuge zum Einsatz, und es herrschen eingeschränkte Sichtverhältnisse, unebenes Gelände, Verkehr sowie komplexe Betriebsbedingungen. Autonome und ferngesteuerte Maschinen können einige dieser Aufgaben übernehmen und so die Notwendigkeit verringern, dass sich Menschen direkt in gefährlichen Betriebsbereichen aufhalten müssen.
 

Damit Automatisierung jedoch sinnvoll eingesetzt werden kann, müssen Maschinen wissen, wo sie sich befinden, wohin sie fahren und wie sie sich bewegen. Hier kommt der präzisen Navigation eine grundlegende Bedeutung zu, und deshalb beginnt die Sicherheit in der Automatisierung bei der Positionsbestimmung und nicht bei der Maschine selbst.

Automatisierung beginnt damit, zu wissen, wo man steht

Eine autonome Maschine kann ohne zuverlässige Positionsbestimmung keine sicheren Navigationsentscheidungen treffen. Sie muss ihren Standort, ihren Kurs, ihre Geschwindigkeit und ihre Bewegung im Verhältnis zu ihrer Umgebung erfassen können.
 

GNSS liefert Positionsdaten, während Trägheitssensoren Bewegung und Ausrichtung messen. Durch die Kombination dieser Quellen können hybride GNSS+INS-Systeme Navigationsdaten auch dann aufrechterhalten, wenn Satellitensignale vorübergehend schwach oder nicht verfügbar sind. Die GNSS+INS-Technologie von CHC Navigation nutzt diese Kombination zur Unterstützung von autonomen Fahrzeugen, Robotik, industrieller Automatisierung, Hafenbetrieb, Bergbau und anderen anspruchsvollen Anwendungen.
 

Das Ziel ist einfach: Der Maschine ein zuverlässiges Gefühl dafür zu vermitteln, wo sie sich befindet, damit das Automatisierungssystem bessere Entscheidungen treffen kann.

Autonome Fahrzeuge: Menschen vor beweglichen Gefahren schützen

Straßenfahrzeuge, mobile Roboter, Industriefahrzeuge und andere autonome Plattformen sind zunehmend in Umgebungen im Einsatz, in denen sich Menschen und Maschinen den Raum teilen. Ein menschlicher Bediener kann die Umgebung ständig einschätzen und die Fahrbahn des Fahrzeugs korrigieren. Ein autonomes System muss diese Informationen über Sensoren und Ortungstechnologien erfassen, und eine präzise GNSS+INS-Navigation liefert die Positionsgrundlage, die sein Autonomiestack benötigt.
 

Der CHCNAV CGI-230 beispielsweise kombiniert GNSS-, INS- und Kurs- und Geschwindigkeitsberechnungstechnologien, um eine kontinuierliche Fahrzeuglokalisierung für autonome, assistierte und robotergestützte Mobilitätsanwendungen zu ermöglichen. Unser früherer Artikel über GNSS und autonomes Fahren befasst sich damit, wie sich diese Positionsbestimmung unter Druck verhält.

Der Sicherheitsvorteil besteht nicht einfach darin, dass das Fahrzeug selbstständig fahren kann. Vielmehr liegt er darin, dass die Automatisierung Menschen potenziell von sich wiederholenden oder gefährlichen Fahraufgaben entlasten kann, während das autonome System gleichzeitig die Positionsdaten erhält, die es benötigt, um der vorgesehenen Fahrbahn zu folgen.

Häfen: Verringerung der Exposition von Menschen in einer sich ständig verändernden Umgebung

Häfen gehören zu den komplexesten Umgebungen für die Automatisierung. Container, Kräne, Lkw, Terminalfahrzeuge, Schiffe, Mitarbeiter und Infrastruktur sind alle auf einem relativ begrenzten Raum im Einsatz. FTS-Fahrzeuge und autonome Terminaltraktoren können Container transportieren, ohne dass sich in jedem Fahrzeug ein Fahrer befinden muss.
 

Die Hafenautomatisierung erfordert jedoch eine äußerst zuverlässige Navigation. Metallkonstruktionen, gestapelte Container, Kräne und andere Infrastrukturelemente können GNSS-Signale behindern oder beeinträchtigen. Das CHCNAV CGI-610 kombiniert ein Dual-Antennen-GNSS-System mit einem eng gekoppelten Trägheitsnavigationssystem, um Positions-, Lage- und Geschwindigkeitsdaten mit hoher Frequenz zu liefern. Dies ermöglicht es Systemintegratoren, autonome Fahrzeuge zu entwickeln, die ihre Navigationslösung auch in anspruchsvollen Hafenumgebungen aufrechterhalten können. Unser Artikel über autonome Fahrzeuge im Hafenbetrieb behandelt diesen Einsatz im Detail.

Das übergeordnete Ziel besteht nicht einfach darin, Container schneller zu transportieren. Vielmehr geht es darum, ein Arbeitsumfeld zu schaffen, in dem weniger Menschen physisch dem Verkehr von Fahrzeugen und Maschinen ausgesetzt sind.

Bergbau: Automatisierung in einer von Natur aus gefährlichen Umgebung

Der Bergbau ist eines der anschaulichsten Beispiele dafür, warum Automatisierung eine Sicherheitstechnologie sein kann. In Tagebaubetrieben kommen oft riesige Muldenkipper und Lader zum Einsatz, und es herrschen unebenes Gelände, Staub, wechselnde Straßenverhältnisse, steile Hänge und komplexe Verkehrsströme. Wenn sich die Fahrer in jedem Fahrzeug befinden, sind sie direkt der Betriebsumgebung ausgesetzt – autonome Transport- und Verladesysteme können diese Situation ändern.
 

Die GNSS+INS-Technologien von CHC Navigation liefern Positions- und Navigationsdaten für autonome Anwendungen im Bergbau. Das System CGI-610 beispielsweise wurde bereits in autonomen Bergbaufahrzeugen eingesetzt und ist darauf ausgelegt, auch unter anspruchsvollen Bedingungen zuverlässige Informationen zu Position, Lage und Geschwindigkeit zu liefern. Die Automatisierung von Ladern im Bergbau ist eine weitere Anwendungsmöglichkeit für dieselbe hybride GNSS+INS-Technologie. Sie hilft den Ladern dabei, ihre Arbeitswege einzuhalten, und reduziert gleichzeitig menschliche Eingriffe unter gefährlichen Bedingungen. Unser Artikel über Präzisionsnavigation für den autonomen Bergbau erläutert, wie diese Systeme konfiguriert sind.

Hier kann die Automatisierung einen grundlegenden Wandel bewirken. Anstatt zu fragen, wie man die Sicherheit der Menschen in einer gefährlichen Umgebung gewährleisten kann, lautet die Frage nun: Inwieweit lässt sich die gefährliche Aufgabe ausführen, ohne dass Menschen sich überhaupt dort aufhalten müssen?

Bauwesen und Erdbau: Weniger Menschen im Umfeld von schweren Maschinen

Baustellen ändern sich ständig. Bagger, Planierraupen, Grader, Lkw und andere Maschinen sind oft gleichzeitig im Einsatz, häufig in unmittelbarer Nähe von Arbeitern und anderen Geräten. Automatisierung und Maschinensteuerung können den manuellen Aufwand für bestimmte Aufgaben reduzieren, und dank präziser Positionsbestimmung können Maschinen ihre Position im Verhältnis zu geplanten Fahrwegen, Arbeitsbereichen oder digitalen Modellen besser einschätzen.
 

Der CGI-610 unterstützt Anwendungen wie 3D-Maschinensteuerung, autonome Fahrzeugführung, industrielle Automatisierung und Robotik. Der Sicherheitsvorteil ist besonders relevant, wenn durch Automatisierung die Notwendigkeit für Arbeiter verringert wird, repetitive Aufgaben in der Nähe von schwerem Baumaschinenpark auszuführen. Unser Begleitartikel zur Maschinensteuerung für jeden Bauunternehmer beleuchtet denselben Wandel aus der Perspektive der Erdbewegungsbranche.

Präzision ist das, was Autonomie praktikabel macht

Automatisierung allein macht einen Arbeitsvorgang noch nicht automatisch sicher. Eine Maschine benötigt zuverlässige Informationen und muss kontinuierlich eine Reihe von Fragen beantworten.
 

• Wo befinde ich mich?
   
• In welche Richtung schaue ich?
   
• Wie schnell bewege ich mich?
   
• Folge ich dem vorgesehenen Weg?
   
• Hat sich meine Position unerwartet verändert?
   
• Kann ich den Betrieb fortsetzen, wenn GNSS-Signale vorübergehend nicht verfügbar sind?

Aus diesem Grund ist die Positionsbestimmung eine grundlegende Technologie für autonome Systeme. GNSS liefert absolute Positionsdaten, während INS Bewegungs- und Orientierungsinformationen bereitstellt. Wenn beide Systeme eng miteinander verzahnt sind, kann das System auch in Umgebungen, in denen die GNSS-Bedingungen nicht immer ideal sind, eine kontinuierlichere Navigationslösung aufrechterhalten – was insbesondere in städtischen Schluchten, Tunneln und anderen Bereichen mit GNSS-Empfangsstörungen von großem Nutzen ist.

Automatisierung ersetzt keine Menschen, sondern verändert ihre Rolle.

Das Ziel der industriellen Automatisierung sollte nicht darin bestehen, Menschen aus dem Prozess zu verdrängen. Vielmehr sollte es darum gehen, Menschen zu Aufgaben zu führen, bei denen menschliches Urteilsvermögen am wertvollsten ist, und sie vor unnötigen körperlichen Gefahren zu schützen.
 

Ein autonomes Hafenfahrzeug muss weiterhin überwacht werden. Eine autonome Bergbaumaschine benötigt nach wie vor eine Betriebsstrategie. Ein Roboter braucht immer noch einen Ingenieur, der das System entwirft und wartet. Ein Navigationssensor muss weiterhin in eine umfassendere Autonomiearchitektur integriert werden. Die Automatisierung verändert, wo Menschen arbeiten und welche Aufgaben sie ausführen müssen – und genau darin kann einer ihrer größten Sicherheitsvorteile liegen.

Aufbau der Navigationsebene für sicherere Autonomie

CHC Navigation bietet GNSS-Sensoren, GNSS+INS-Systeme, IMU-Sensoren und GNSS-Antennen für Systemintegratoren an, die autonome und robotergestützte Anwendungen entwickeln. Das aktuelle Portfolio umfasst unter anderem die Modelle CGI-610, CGI-230, CGI-830 und CI-710 sowie weitere Positionierungskomponenten; das gesamte Sortiment finden Sie auf unserer Seite zu Navigations- und Positionierungslösungen.
 

Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Navigationsarchitekturen. Ein leichter autonomer Roboter kann ganz andere Anforderungen stellen als ein 100-Tonnen-Bergbaufahrzeug, und ein Hafentraktor steht möglicherweise vor anderen Positionierungsherausforderungen als eine Baumaschine. Die grundlegende Anforderung ist jedoch ähnlich: Das autonome System benötigt zuverlässige Informationen darüber, wo es sich befindet und wie es sich bewegt. Unsere Aufgabe ist es, diese Positions- und Navigationsgrundlage bereitzustellen, damit Systemintegratoren darauf aufbauend die komplette autonome Lösung entwickeln können.

Die Zukunft der Sicherheit könnte bedeuten, dass sich weniger Menschen im Gefahrenbereich aufhalten

Der wertvollste Vorteil der Automatisierung lässt sich möglicherweise nicht in Betriebsstunden oder Durchsatz messen. Er lässt sich vielmehr an vermiedenen Gefahren messen: jeder Bergbauarbeiter, der nicht in einem autonomen Fahrzeug sitzen muss, jeder Hafenarbeiter, der nicht neben fahrenden Maschinen stehen muss, jeder Bauarbeiter, der eine Aufgabe ausführen kann, ohne den Arbeitsbereich von Schwermaschinen zu betreten, und jeder sich wiederholende oder gefährliche Fahrzeugvorgang, der ferngesteuert oder autonom durchgeführt werden kann.
 

Dies sind Beispiele dafür, wie Automatisierung das Verhältnis zwischen Menschen und industriellen Risiken verändern kann.

Fazit: Präzision dort einsetzen, wo es darauf ankommt

Automatisierung kann nicht jedes Sicherheitsproblem lösen. Maschinen benötigen nach wie vor geeignete Sensoren, Wahrnehmungssysteme, Steuerungssoftware, Kommunikationsnetzwerke, Betriebsabläufe, menschliche Aufsicht und strenge Sicherheitsvorkehrungen. Doch präzise Navigation ist eine der Grundlagen, auf denen zuverlässige Autonomie aufbaut.
 

Durch die Kombination von GNSS und Trägheitssensorik bietet CHC Navigation Ortungs- und Navigationstechnologien für autonome Fahrzeuge, Robotik, Hafenbetrieb, Bergbau, Bauwesen und andere industrielle Anwendungen. Die Vision ist nicht einfach eine Welt, in der Maschinen mehr Arbeit verrichten. Es ist eine Welt, in der Maschinen einen größeren Teil der Arbeiten übernehmen können, die Menschen gefährden.

Wenn Maschinen präzise navigieren können, können sich Menschen weiter von der Gefahrenzone entfernen. Und das ist vielleicht einer der wichtigsten Gründe für die Automatisierung.

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Über CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) entwickelt fortschrittliche Lösungen für Kartografie, Navigation und Ortung, die darauf ausgelegt sind, Produktivität und Effizienz zu steigern. CHCNAV bedient Branchen wie Geodaten, Landwirtschaft, Maschinensteuerung und Autonomie und liefert innovative Technologien, die Fachleute unterstützen und den Fortschritt der Branche vorantreiben. Mit einer globalen Präsenz in über 140 Ländern und einem Team von mehr als 2.200 Fachkräften gilt CHC Navigation als führendes Unternehmen in der Geodatenbranche und darüber hinaus. Weitere Informationen zu CHC Navigation [300627.SZ] finden Sie unter: https://navigation.chcnav.com/about/overview