Welche Herausforderungen galt es zu lösen und welcher konkrete Nutzen ergab sich?
Straßenbaustellen zeichnen sich durch eine hohe Dynamik und Komplexität von Produkt, Produktionsprozess und Umwelt aus. An der Leistungserstellung ist eine Vielzahl rechtlich und wirtschaftlich selbständiger Akteure beteiligt. Gleichzeitig gibt es dabei nur einen sehr geringen Automatisierungsgrad mit inflexiblen, zentralen Steuerungs- und Reportingsystemen. Derzeit fehlen in der Regel eine automatisierte Erhebung, logistische Verknüpfung und anwenderbezogene Aufbereitung vorhandener Daten sowie deren in-time-Rückgabe in den Bauprozess. Die mangelnde Vernetzung von Maschinen, Umgebungsdaten und Baustellenleitsystemen ist eine wesentliche Ursache für Verzögerungen auf Straßenbaustellen. Das will das Projekt SmartSite ändern: Für das Projekt wurden zunächst relevante Daten automatisiert erhoben, vernetzt, mit Kontext angereichert und verfügbar gemacht. Besonders in der Bauprozess- und Baumaschinensteuerung zeigten sich dadurch bisher ungenutzte Potenziale. Die entwickelte real time-Steuerung unterstützt die Bauindustrie dabei, den Straßenbau kosten- und zeiteffizient sowie qualitativ hochwertig durchzuführen.
Wie lässt sich der Industrie 4.0-Lösungsansatz beschreiben?
Aufbauend auf der Vernetzungslösung SiteLINK® der Topcon Deutschland Positioning GmbH wurden in Forschungsprojekten Cloud-basierte Lösungen geschaffen, um zentrale Planungs- sowie aktuelle Ist-Daten zu speichern. Die Universität Hohenheim entwickelte daran anknüpfend dezentrale Lösungen für eine umfassende Logistik- und Bauproduktionssteuerung. So werden erstmals relevante Daten automatisiert erhoben, visualisiert und für die Steuerung der Leistungserstellung nutzbar – über alle Lieferstufen hinweg.
Was konnte erreicht werden?
Die Verbindung von digitalen Soll-Modellen aus der Bauplanung mit den aktuellen Ist-Daten aus der Bauausführung sorgt dafür, dass der Projektfortschritt überwacht und Abweichungen rechtzeitig erkannt werden können. Das reale Baugeschehen kann dadurch immer in Form eines digitalen Abbilds nachvollzogen und vorauskalkuliert werden. Die Prozessautomation übernimmt außerdem die Zuteilung von Transportkapazitäten und Arbeitsaufträgen und unterstützt damit die Bauleiterinnen und Bauleiter: Entscheidungen über die Produktionsgeschwindigkeit beim Asphaltbaut mit Blick auf den zu erwarteten Materialfluss können einfacher getroffen werden. Über die reine Unterstützung hinaus werden bereits erste Schritte in Richtung einer automatisieren Bauausführung unternommen.
„Wir arbeiten an einer verbesserten und automatisierten Kommunikation aller Baustellenpartner. Im ersten Schritt analysieren wir exakt den Weg des Materials bis zur Baustelle und alle damit verbundenen Herausforderungen wie verkehrsbedingte Verzögerungen oder Stillstände. Damit alle Abläufe auf der Baustelle reibungslos funktionieren, muss der Materialfluss stimmen. Dies ist eine logistische Herausforderung, die wir mit intelligenter, vernetzter IT unterstützen. Auf diese erste Logistikoptimierung folgt eine Optimierung der Produktionsgeschwindigkeiten. Hier konnten wir in ersten Studien bereits einen wesentlichen Vorteil unseres Ansatzes gegenüber traditionellen Verfahren aufzeigen“, so Marcus Müller, Projektleiter der Universität Hohenheim.
Mit welchen Maßnahmen wurde die Lösung erreicht?
Die beteiligten Systeme aller Partner wurden mittels servicebasierter Schnittstellen gekoppelt. Das erlaubt einen abgestimmten und lieferkettenweiten Datenaustausch in digitaler Form. Alle am Baugeschehen beteiligten Akteure sind somit immer mit den für sie relevanten Informationen versorgt. Zusätzliche, baustellenexterne Datenquellen wie Wetter- und Verkehrsdienste wurden ebenfalls an das System angebunden. Insgesamt ist eine Datenbasis entstanden, auf der intelligente Algorithmen aufsetzen können, die selbststeuernd oder unterstützend in die Bauprozesse eingreifen.
Was können andere davon lernen?
Ein zentraler Erfolgsfaktor ist es, alle am späteren Leistungserstellungsprozess beteiligten Akteure bereits frühzeitig mit in den Entwicklungsprozess einzubeziehen. Gerade in Branchen wie der Bauindustrie, in denen die Leistung von vielen rechtlich und wirtschaftlich selbstständigen Unternehmen erbracht wird, ist die Abstimmung der Datenbedarfe, Datenformate und Schnittstellen von besonderer Bedeutung.