WO2020229281A1 - Verfahren zur analyse der verwendung einer arbeitsmaschine - Google Patents

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WO2020229281A1
WO2020229281A1 PCT/EP2020/062654 EP2020062654W WO2020229281A1 WO 2020229281 A1 WO2020229281 A1 WO 2020229281A1 EP 2020062654 W EP2020062654 W EP 2020062654W WO 2020229281 A1 WO2020229281 A1 WO 2020229281A1
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WO
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work machine
sensor data
machine
account
operator
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/062654
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English (en)
French (fr)
Inventor
Udo Schulz
Heiko KLEINEDER
Joshua-Niclas OERGELE
Andreas Fladee
Filip Rosenstein
Andrew Allen
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/24—Safety devices, e.g. for preventing overload
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • E02F9/2033—Limiting the movement of frames or implements, e.g. to avoid collision between implements and the cabin
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/267—Diagnosing or detecting failure of vehicles
    • E02F9/268—Diagnosing or detecting failure of vehicles with failure correction follow-up actions

Definitions

  • the present invention relates to a method for analyzing the use of a work machine on the basis of sensor data and / or operating patterns.
  • the invention also relates to a computer program that executes each step of the method when it runs on a computing device, as well as a machine-readable storage medium that stores the computer program.
  • the invention relates to an electronic control device which is set up to carry out the method according to the invention.
  • improper use include e.g. B. Working at the limit of the workload or beyond, damage to the work machine, etc., unplanned use includes exceeding the activity time but also use for a completely different purpose, i.e. misuse. A lender normally has no way of doing such an improper one
  • each operator When operating the respective working machine, each operator proceeds according to his own operating pattern in order to operate the operating elements.
  • this person-related operating pattern is primarily shaped by his personal characteristics and preferences.
  • an excavator bucket of an excavator can be controlled differently when lifting bulk material by moving the excavator bucket first in one direction and then in the other, in another case moving the excavator bucket in the reverse order and in still another case moving the excavator bucket is moved simultaneously in both directions.
  • a method is proposed for analyzing the use of a work machine on the basis of sensor data and / or operating patterns. Construction machines that have at least one
  • Work machine viewed by an operator.
  • the analysis of the use accordingly shows one or more of the parameters time, location, manner, load, kinematic data, physical data, conditions, external influences, etc. with which the operator used the machine.
  • the actual sensor data is compared with reference sensor data that is typical for the use.
  • the reference sensor data are determined depending on the work situation and the planned use of the work machine and represent the desired sensor values at which the work machine and / or the at least one tool is to be controlled.
  • the reference sensor data are selected in such a way that they represent the work machine and / or tools of the work machine when it is working properly and according to plan.
  • the choice of reference sensor data can be made on the basis of empirical data, measurements, etc. and prepared by the manufacturer.
  • Examples of this are a maximum workload for the at least one tool, a maximum angle of inclination of the work machine and / or suitable movement sequences or trajectories. If at least one value of the actual sensor data deviates from the corresponding value of the reference sensor data by at least one limit, this indicates improper use and / or
  • the barrier can be viewed as a limit value for a range of values around the reference sensor data for which the use of the working machine is still acceptable.
  • the barriers can e.g. B. by a manufacturer, by a rental company or by laws, regulations and the like.
  • an actual operating pattern according to which the operator operates operating elements of the working machine, can be used during the
  • the reference operating patterns are taught in depending on the work situation and the planned use of the machine.
  • the reference operating patterns are selected in such a way that they represent the work machine and / or tools of the work machine when it is working properly and according to plan. Does the actual operating pattern deviate from a reference operating pattern, which is the typical pattern for optimal use of the
  • Working machine represents to at least one barrier, so it indicates improper use and / or unplanned use of the
  • the barriers can e.g. B. by a manufacturer, by a rental company or by laws, regulations and the like.
  • Improper use is considered to be use that does not occur within the specifications and limits of the work machine. Improper use includes e.g. B. working at the limit of the workload or beyond, damage to the work machine, etc.
  • Unscheduled use is considered to be a use that differs from a pre-made plan.
  • An abuse, d. H. use for a completely different purpose can also be regarded as unplanned use. This is particularly the case when the work machine is loaned out to the operator by a rental company and the operator uses it in a manner that is compatible with the
  • the sensor data are inertial
  • IMU inertial measurement unit
  • the inertial measuring unit is usually already present in the machine and usually already provides sensor data for other assistance functions that are suitable for the method described here.
  • the inertial measurement unit comprises
  • the sensor data from other sensors can be detected.
  • sensors such as. B. cameras, radar, lidar, etc.
  • an inertial navigation system (INS, inertial navigation system) of the work machine can be used to analyze the use.
  • This uses the inertial measuring unit. From the sensor data of the
  • the movement of the machine is calculated by integration and the position is determined.
  • An activity time of the work machine can be taken into account. To determine the activity time, the time can be checked by an internal clock of the work machine
  • Work machine for example an electronic clock in an electronic control unit, can be determined and then on the basis of the sensor data and / or the operating pattern it can be determined whether the work machine was active or inactive during this time.
  • the activity time indicates how long the
  • Control information and / or signals for the control of actuators an operating mode in which the machine is during the activity time can be recorded.
  • Is z. B. only moves the undercarriage of the work machine, the work machine is in a driving mode. Takes place while the Motor does not move the work machine or the tools, so the work machine is in an idle state. If at least one tool is moved and / or the load point of a drive of the work machine is higher than when idling, then work processes are carried out and the work machine is in a work mode. Now the activity time in
  • the working mode can be compared with the previously planned working time and an excess can be determined.
  • a position of the work machine can be considered.
  • the inertial navigation system already described or another localization, positioning or another localization, positioning or
  • Navigation system especially for global localization, e.g. B. GNSS can be used.
  • B. GNSS can be used.
  • an unplanned use in particular an abuse, can be concluded.
  • the area around the position can be determined by means of map information and it can be determined whether the work machine z. B. works in built-up or undeveloped areas or on bodies of water, to name just a few examples. From this it can be concluded that it has been used improperly.
  • a trajectory of the work machine and / or of the at least one tool can be taken into account.
  • the type of movement can be taken into account. In other words, the movement becomes the
  • Trajectory of the excavator shovel more precisely the lowest point of the trajectory for a cutting edge of the excavator shovel during the removal and loading of material in combination with the width of the excavator shovel, on which the three-dimensional shape of an excavation, for example, can be inferred.
  • 3D Surface models can be extrapolated into 3D surfaces, which in turn allow semantic recognition of the pit using trained classifiers.
  • the quality of the work processes can be assessed with the aid of the 3D surface model. For example, it can be assessed how flat a surface and / or how sharp or straight an edge is formed.
  • correction processes can also be recognized on the basis of the trajectory.
  • the excavation of the pit too deep and subsequent refilling can be detected. This allows further
  • the excavated or moved volume can be determined.
  • the result of the work process in particular the 3D surfaces and / or the volume, can be compared with comparison data, e.g. B. from a BIM (Building Information Jodelling) can be compared to determine any deviations.
  • BIM Building Information Jodelling
  • the most distant points of the trajectory of the work machine and / or of the at least one tool can be determined in order to infer the range of motion of the work machine and / or of the at least one tool from them.
  • 3D surfaces can be extrapolated from the most distant points on the trajectory during the removal and charging of material. In the case of an excavator shovel, a cut off and
  • Absorption of material for example, derived from the movement of the shovel and the applied power of the drives and actuators.
  • Kinematic data of the motion sequence as well as other measured and calculated physical quantities can be taken into account. From this data, it is possible to deduce the forces and moments, the work performed and the power and the energy used by the machine and / or the at least one tool. From the
  • the related consideration between the trajectory, the type of motion sequence and acceleration data and the associated kinematic and physical data listed above can be based on the Completed work and service in the sense of a work or service order to be carried out. It can e.g. B. on the type and nature of a material to be processed. In the case of the
  • a lender of the work machine can derive from the criteria mentioned whether a work machine was loaned that was not designed for the work carried out, for example because it is dimensioned too small or is not designed or suitable for the work carried out.
  • a collision of the work machine and / or of the at least one tool with an object in the vicinity can be taken into account.
  • a collision is determined by the impact of the working machine and / or the at least one tool by means of corresponding sensors, above all by the inertial measuring unit already described.
  • Different types of collisions are taken into account: On the one hand, the machine and / or the at least one tool is actively moved and hits the object in the process. Second, the work machine and / or the at least one tool is not moved and the movement of the object strikes the work machine and / or the at least one tool.
  • the location of the can be determined by means of three-dimensional acceleration vectors, which are preferably recorded by means of the inertial measuring unit
  • the plastic deformation can in particular by the inertial measuring unit can be detected, especially if an inertial sensor is arranged on each movable module of the work machine and the tool.
  • a kinematic model can also be included.
  • it can be provided to determine the time and / or the position of the collision (see above) and to store it for evaluation.
  • the operating pattern can be determined before, during and / or after the collision (see above) and saved for evaluation.
  • An unusual movement of the working machine can be taken into account. Movements that are not carried out by the working machine in its intended use or that cannot be carried out by the working machine alone are to be regarded as unusual movements. Examples of such unusual movements are the tilting, falling and rolling over of the machine. Furthermore can also
  • Catapult-like movements and consequential vibrations are recognized, which occur especially when parts of the work machine, in particular tools, jam with materials, work objects or obstacles in the area and then suddenly loosen. This also enables accidents to be recognized and, if necessary, analyzed.
  • Sensor data particularly preferably the inertial measuring unit, taking into account the type of work machine and its tools, as well as the kinematics, are preferably used in order to determine the unusual movement. From the sensor data it can be seen whether the work machine has overturned, slipped or rolled over, but also whether the work machine was operated at a tilting angle that is critical for overturning. If such an accident occurs, so can
  • an emergency communication system can be provided with which an automatic emergency call can be made if an accident as described above has occurred.
  • help can be planned and effectively managed using the data described above. This can save lives, especially in the event of personal injury.
  • the location of the accident and, if necessary, information about the terrain and the surroundings can be passed on via the position of the machine.
  • the type of work machine and the three-dimensional position of the work machine and if necessary the tools can be transmitted so that accordingly
  • dimensioned recovery equipment is provided in good time. Information can also be transmitted to the operator. Will the unusual
  • Airbags can be deployed, seat belt tensioners tightened and roll bars / protective bars activated. Apart from this, it is possible to use the trajectory (see above) of the machine and, if applicable, the tools and the range of motion (determined by the furthest
  • the operator's experience can be recognized from the operating pattern by using known pattern recognition.
  • An inexperienced operator moves a tool, in particular an excavator shovel on an arm, usually successively in different directions, whereas an experienced operator moves the tool in several directions at the same time.
  • the distinction can also be made on the basis of the precision, the working speed and other criteria.
  • the trajectory of the machine and / or of the at least one is preferred
  • Tool derived from the experience of the operator can be recognized by the way in which he does the work.
  • an inexperienced operator can be recognized by the fact that he is overdriving the machine and / or the at least one tool, for example by guiding the tool into the mechanical stops. This makes it possible to see whether an operator without the required experience or even without qualifications is controlling the machine. This is of particular interest to the lender, especially in the event that the work machine has been loaned out. This can determine whether, instead of a planned experienced operator, an inexperienced operator is not permitted
  • an inexperienced operator can be trained by pointing out the improper use and possibly the unplanned use Usage is made aware. If the inexperienced operator overrides the machine and / or the at least one tool, a warning is output. In addition, it can be provided that the inexperienced operator has to complete a training program before he can use the
  • the slow and gentle operation of the at least one tool can be part of such a training program.
  • a gentle movement process of a lifting platform with slow raising and lowering can be practiced. It can be checked whether the operator operates the corresponding operating element, for example a lever, gently enough.
  • Training program can be restricted. If the training program has been completed successfully, all functions or only functions are enabled according to the experience of the operator.
  • the training program can e.g. B. be described in a manual or shown on a display and configured so that it can be readjusted step by step.
  • the computer program is set up to carry out each step of the method, in particular if it is carried out on a computing device or control device. It enables the implementation of the method in a conventional electronic control unit without having to make structural changes to it. For this it is on the machine-readable
  • the electronic control device is obtained, which is set up to carry out the method for analyzing the use of the work machine.
  • a service person or, in particular, the rental company can use the actual sensor data and / or the actual operating pattern and possibly also the
  • Read out reference sensor data and / or the reference operating pattern can be done directly from the electronic control unit or from a cloud to which the control unit sends the data. Improper use and / or unplanned use can directly affect the electronic control device are recognized or by evaluation on an external computer unit.
  • FIG. 1 shows a machine, the use of which by means of the
  • Figure 2 shows a flow chart of an embodiment of the
  • Figure 1 shows a work machine in the form of an excavator 1 with a
  • the excavator 1 has an electronic control unit 4 with which the excavator 1, the excavator shovel 2 and the arm 3 are controlled.
  • An adjusting element 21 is provided for deflecting the excavator shovel 2 and two adjusting elements 31, 32 are provided for deflecting the arm 3.
  • the adjusting elements 21, 31, 32 can be extended or contracted, whereby the arm 3 and the excavator shovel 2 is brought into the desired position and a
  • the adjusting elements 21, 31, 32 have
  • the excavator 1 has an inertial measuring unit 5 with several inertial sensors 51, whose
  • Acceleration sensors and rotation rate sensors can be designed.
  • the inertial measuring unit 5 forwards the currently detected sensor signals (actual sensor signals) to the electronic control unit 4.
  • an inertial navigation system 55 is provided which can access the inertial measuring unit 5 and with which the position of the excavator 1 can be determined
  • An operator 6 controls the excavator 1, the uppercarriage 11, the undercarriage 12, the excavator shovel 2 and the arm 3 via operating elements 65 (here only one operating element is shown as an example in the form of a lever) according to an operating pattern in order to carry out the planned work process. More precisely, the operating elements 65 emit signals to the electronic control device 4 when the operator 6 activates them.
  • the electronic control device 4 controls, among other things, the actuating elements 21, 31, 32 such that the excavator 1, the
  • a pit 7 is to be excavated.
  • the operator 6 controls the excavator shovel 2 in such a way that its cutting edge moves along the trajectory 8 shown.
  • the movement trajectory 7 can be recorded by means of the inertial measuring unit 5.
  • an object 9 is shown which represents an obstacle and with which there is a risk of a collision.
  • Figure 2 shows a flow chart of an embodiment of the
  • a plan 100 for the use of the working machine 1 is already worked out in advance, the work steps to be carried out, the expected time required, the place of use, the qualifications of the operator 6 and other points relevant to the use being defined here.
  • a BIM Building Information Modeling
  • a BIM Building Information Modeling
  • Work machine 1 is loaned to the operator 6, the terms for the use of the work machine 1 are set out in a contract between a
  • Reference sensor data S ref and a reference operating pattern BM ref are then defined from the plan 100 with the above-mentioned points, which represent an appropriate and planned use of the work machine 1, as well as associated
  • the reference sensor data S ref are provided for the sensors available in the respective work machine 1, in particular for the inertial measuring unit 5.
  • the reference operating pattern BM ref is by means of known pattern recognition for the optimal use of the
  • the reference sensor data S ref , the reference operating pattern BM ref and the associated barriers can be provided by the manufacturer of the working machine 1 or by the rental company be established, with laws, ordinances and the like in
  • the reference sensor data S ref , the reference operating pattern BM ref and the associated barriers are stored directly on the electronic control device 4
  • the actual sensor data S tat and the actual operating pattern BM tat of the operator 6 are recorded 101.
  • the actual operating pattern BM tat is recorded by means of a known pattern recognition.
  • At least one value of the actual sensor data S tat deviates from the corresponding value of the reference sensor data S ref by at least one corresponding limit (see above), which is used here as a limit value for a
  • the range of values around the respective reference sensor data S ref is to be considered, If the actual operating pattern BM tat differs by at least one limit from the reference operating pattern BM ref, an incorrect use and / or unplanned use of the Working machine 1 closed 103.
  • An inexperienced operator can be trained on the basis of improper use and / or unplanned use.
  • a training program can be provided that the inexperienced operator must complete before he is allowed to control the work machine 1 and / or the at least one tool 2 during work.

Landscapes

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  • Structural Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse einer Verwendung einer Arbeitsmaschine (1) anhand von Sensordaten und/oder Bedienmuster. Zur Analyse der Verwendung der Arbeitsmaschine (1) werden während der Verwendung der Arbeitsmaschine (1) erfasste tatsächliche Sensordaten (Stat) und/oder tatsächliche Bedienmuster (BMtat) mit für die Verwendung typischen Referenz-Sensordaten (Sref) und/oder Referenz-Bedienmustern (BMref) verglichen. Bei Abweichung der tatsächlichen Sensordaten (Stat) und/oder tatsächlichen Bedienmuster (BMtat) von den Referenz-Sensordaten (Sref) und/oder Referenz-Bedienmuster (BMref) um zumindest eine Schranke wird auf eine unsachgemäße Verwendung und/oder unplanmäßige Verwendung geschlossen (103).

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Analyse der Verwendung einer Arbeitsmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse der Verwendung einer Arbeitsmaschine anhand von Sensordaten und/oder Bedienmuster. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Stand der Technik
Heutzutage kommt es oft zu unsachgemäßem oder unplanmäßigem Gebrauch oder sogar zu Missbrauch von Arbeitsmaschinen, wie z. B. Baumaschinen, insbesondere durch unerfahrene Bediener. Besonders oft ist dies der Fall, wenn die Arbeitsmaschinen durch einen Verleiher an den Bediener ausgeliehen werden. Sei es aus mangelnder Erfahrung bzw. mangelndem Wissen oder mit Absicht, verwenden die Bediener die Arbeitsmaschinen oft nicht innerhalb der Spezifikationen und Grenzen der Arbeitsmaschine (unsachgemäß) oder nicht wie im Vorhinein geplant und (vertraglich) vereinbart (unplanmäßig). Zur
unsachgemäßen Verwendung zählen z. B. das Arbeiten an der Grenze der Arbeitslast oder darüber hinaus, eine Beschädigung der Arbeitsmaschine usw., zur unplanmäßigen Verwendung zählt eine Überschreitung der Aktivitätszeit aber auch eine Verwendung für einen ganz anderen Zweck, also der Missbrauch. Ein Verleiher hat im Normalfall keine Möglichkeit solch eine unsachgemäße
Verwendung und/oder unplanmäßige Verwendung zu kontrollieren.
Beim Bedienen der jeweiligen Arbeitsmaschine geht jeder Bediener nach seinem eigenen Bedienmuster vor, um die Bedienelemente zu betätigen. Dieses personenbezogene Bedienmuster ist neben der Erfahrung des Bedieners vor allem durch seine persönliche Ausprägung und Präferenz geprägt. Als Beispiel kann eine Baggerschaufel eines Baggers beim Aufheben von Schüttgut unterschiedlich gesteuert werden, indem in einem Fall die Baggerschaufel zuerst in eine Richtung und dann in die andere bewegt wird, in einem anderen Fall die Baggerschaufel in umgekehrter Reihenfolge bewegt wird und in noch einem anderen Fall die Baggerschaufel gleichzeitig in beide Richtungen bewegt wird.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zur Analyse der Verwendung einer Arbeitsmaschine anhand von Sensordaten und/oder Bedienmuster vorgeschlagen. Als Beispiele für Arbeitsmaschinen sind Baumaschinen anzusehen, die zumindest ein
Werkzeug aufweisen. Als Verwendung wird hier der Gebrauch der
Arbeitsmaschine durch einen Bediener angesehen. Die Analyse der Verwendung zeigt demnach eine oder mehrere der Parameter Zeit, Ort, Art und Weise, Last, kinematische Daten, physikalische Daten, Bedingungen, äußere Einflüsse etc., mit denen der Bediener die Arbeitsmaschine in Gebrauch hatte.
Während der Verwendung der Arbeitsmaschine werden tatsächliche
Sensordaten von Sensoren der Arbeitsmaschine und/oder von einem Werkzeug der Arbeitsmaschine und/oder von an der Infrastruktur angeordneten Sensoren und/oder von Sensoren von anderen Arbeitsmaschinen, Fahrzeugen und Ähnlichem erfasst. Die tatsächlichen Sensordaten werden mit Referenz- Sensordaten verglichen, die für die Verwendung typisch sind. Die Referenz- Sensordaten werden abhängig von der Arbeitssituation und der geplanten Verwendung der Arbeitsmaschine festgelegt und stellen die gewünschten Sensorwerte dar, bei denen die Arbeitsmaschine und/oder das zumindest eine Werkzeug gesteuert werden soll. Die Referenz-Sensordaten werden so gewählt, dass sie die Arbeitsmaschine und/oder Werkzeuge der Arbeitsmaschine repräsentieren, wenn diese sachgemäß und plangemäß arbeitet. Die Wahl der Referenz-Sensordaten kann anhand von empirischen Daten, Messungen usw. erfolgen und vom Hersteller vorbereitet werden. Beispiele hierfür sind eine maximale Arbeitslast für das zumindest eine Werkzeug, einen maximalen Neigungswinkel der Arbeitsmaschine und/oder geeignete Bewegungsabläufe bzw. Trajektorien. Weicht zumindest ein Wert der tatsächlichen Sensordaten von dem entsprechenden Wert der Referenz-Sensordaten um zumindest eine Schranke ab, so wird auf eine unsachgemäße Verwendung und/oder
unplanmäßige Verwendung der Arbeitsmaschine geschlossen. Für den Fall von Sensordaten kann die Schranke als Grenzwert für einen Wertebereich um die Referenz-Sensordaten herum angesehen werden, für den der Gebrauch der Arbeitsmaschine noch akzeptabel ist. Die Schranken können z. B. von einem Hersteller, von einem Verleiher oder durch Gesetze, Verordnungen und dergleichen festgelegt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann ein tatsächliches Bedienmuster, gemäß dem der Bediener Bedienelemente der Arbeitsmaschine bedient, während der
Verwendung der Arbeitsmaschine erfasst werden. Hierfür können die bereits genannten Sensordaten und/oder Signale der Bedienelemente verwendet werden und eine an sich bekannte Mustererkennung durchgeführt werden. Die Referenz-Bedienmuster werden abhängig von der Arbeitssituation und der geplanten Verwendung der Arbeitsmaschine eingelernt. Die Referenz- Bedienmuster werden so gewählt, dass sie die Arbeitsmaschine und/oder Werkzeuge der Arbeitsmaschine repräsentieren, wenn diese sachgemäß und plangemäß arbeitet. Weicht das tatsächliche Bedienmuster von einem Referenz- Bedienmuster, welches typische Muster für den optimalen Gebrauch der
Arbeitsmaschine darstellt, um zumindest eine Schranke ab, so wird auf eine unsachgemäße Verwendung und/oder unplanmäßige Verwendung der
Arbeitsmaschine geschlossen. Die Schranke wird so gewählt, dass
Bedienmuster, die vom Referenz-Bedienmuster abweichen, noch innerhalb der Schranke liegen, wenn sie für den Gebrauch der Arbeitsmaschinen akzeptabel sind. Die Schranken können z. B. von einem Hersteller, von einem Verleiher oder durch Gesetze, Verordnungen und dergleichen festgelegt werden.
Als unsachgemäße Verwendung wird eine Verwendung angesehen, die nicht innerhalb der Spezifikationen und Grenzen der Arbeitsmaschine erfolgt. Zur unsachgemäßen Verwendung zählen z. B. das Arbeiten an der Grenze der Arbeitslast oder darüber hinaus, eine Beschädigung der Arbeitsmaschine usw.
Als unplanmäßige Verwendung wird eine Verwendung angesehen, die sich von einem im Vorhinein gefertigten Plan unterscheidet. Ein Missbrauch, d. h. eine Verwendung für einen ganz anderen Zweck kann auch als unplanmäßige Verwendung angesehen werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Arbeitsmaschine von einem Verleiher an den Bediener verliehen wird und der Bediener diese in einer Art und Weise verwendet, die über einen mit dem
Verleiher geschlossenen Vertrag hinausgeht oder diesen verletzt. ln besonders vorteilhafter Weise werden die Sensordaten von inertialen
Sensoren einer inertialen Messeinheit (IMU, internal measurement unit) der Arbeitsmaschine erfasst. Die inertiale Messeinheit ist meist bereits in der Arbeitsmaschine vorhanden und stellt meist für andere Assistenzfunktionen bereits Sensordaten bereit, die für das hier beschriebene Verfahren geeignet sind. Typischerweise umfasst die inertiale Messeinheit
Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren.
Zudem können die Sensordaten von weiteren Sensoren, wie z. B. Kameras, Radar, Lidar usw. erfasst werden.
Optional kann ein inertiales Navigationssystem (INS, inertial navigation System) der Arbeitsmaschine zur Analyse der Verwendung verwendet werden. Dieses greift auf die inertiale Messeinheit zurück. Aus den Sensordaten der
Beschleunigungssensoren und der Drehratensensoren wird durch Integration die Bewegung der Arbeitsmaschine berechnet und die Position bestimmt.
Im Folgenden werden Kriterien aufgezeigt, die für die Analyse der Verwendung in Betracht gezogen werden können. Es können einzelne aber auch mehrere Kriterien gleichzeitig und weitere Kriterien, die hier nicht aufgelistet sind, berücksichtigt werden:
Es kann eine Aktivitätszeit der Arbeitsmaschine in Betracht gezogen werden. Um die Aktivitätszeit zu ermitteln, kann die Zeit durch eine interne Uhr der
Arbeitsmaschine, beispielsweise eine elektronische Uhr in einem elektronischen Steuergerät, ermittelt werden und dann anhand der Sensordaten und/oder des Betriebsmusters kann bestimmt werden, ob die Arbeitsmaschine in dieser Zeit aktiv oder inaktiv war. Die Aktivitätszeit gibt also an, wie lange die
Arbeitsmaschine tatsächlich in Betrieb war. Durch Vergleich der Aktivitätszeit mit einer zuvor geplanten Arbeitszeit, z. B. einer festgelegten Zahl von
Betriebsstunden, kann eine Überschreitung festgestellt werden und auf eine unplanmäßige Verwendung der Arbeitsmaschine geschlossen werden. Anhand der Sensordaten und/oder der Bedienmuster, vor allem der
Steuerungsinformationen und/oder Signale für die Steuerung von Aktoren kann ein Betriebsmodus, in dem sich die Maschine während der Aktivitätszeit befindet, erfasst werden. Wird z. B. nur der Unterwagen der Arbeitsmaschine bewegt, so befindet sich die Arbeitsmaschine in einem Fahrmodus. Erfolgt bei laufendem Motor keine Bewegung der Arbeitsmaschine oder der Werkzeuge, so befindet sich die Arbeitsmaschine in einem Leerlauf. Wird zumindest ein Werkzeug bewegt und/oder ist der Lastpunkt eines Antriebs der Arbeitsmaschine höher als im Leerlauf, so werden Arbeitsvorgänge ausgeführt und die Arbeitsmaschine befindet sich in einem Arbeitsmodus. Nun kann die Aktivitätszeit im
Arbeitsmodus mit der zuvor geplanten Arbeitszeit verglichen werden und eine Überschreitung festgestellt werden.
Es kann eine Position der Arbeitsmaschine in Betracht gezogen werden. Um die Position zu bestimmen, kann vorzugsweise das bereits beschriebene inertiale Navigationssystem oder ein anderes Lokalisations-, Ortungs- oder
Navigationssystem, insbesondere zur globalen Lokalisation, z. B. GNSS, verwendet werden. Durch Vergleich der tatsächlichen Position mit dem geplanten Einsatzort, kann auf eine unplanmäßige Verwendung, insbesondere auf einen Missbrauch geschlossen werden. Außerdem kann mittels Karteninformationen die Umgebung der Position ermittelt werden und festgestellt werden, ob die Arbeitsmaschine z. B. in bebautem oder unbebautem Gebiet oder an Gewässern arbeitet, um nur wenige Beispiele zu nennen. Daraus kann dann auf eine unsachgemäße Verwendung geschlossen werden.
Es kann eine Trajektorie der Arbeitsmaschine und/oder des zumindest einen Werkzeugs berücksichtigt werden. Zudem kann die Art des Bewegungsablaufs berücksichtigt werden. Mit anderen Worten wird die Bewegung der
Arbeitsmaschine und/oder des zumindest einen Werkzeugs berücksichtigt. Allein aus der Trajektorie bzw. Bewegung des zumindest einen Werkzeugs kann erkannt werden, welche Arbeiten ausgeführt wurden. Im Falle eines Baggers als Beispiel, kann aus der relativen Bewegung der Baggerschaufel zum Unterwagen auf ein Aufladen oder ein Abladen der Schaufel bzw. auf ein Abtragen oder ein Aufträgen von Material in der Umgebung geschlossen werden. Werden die Trajektorie bzw. die Bewegung des zumindest einen Werkzeugs über den gesamten Arbeitsvorgang aufgenommen, lässt sich das Ergebnis des
Arbeitsvorgangs modellieren. Hierfür können z. B. 3D- Flächenmodelle verwendet werden. Im Fall des obengenannten Beispiels, kann aus der gesamten
Trajektorie der Baggerschaufel, genauer des tiefsten Punkts der Trajektorie für eine Schneidkante der Baggerschaufel während des Abtragens und Aufladens von Material in Kombination mit der Breite der Baggerschaufel, auf die dreidimensionale Form z.B. einer Baugrube geschlossen werden. Mittels des 3D- Flächenmodells lassen sich 3D-Flächen extrapolieren, die wiederum über trainierte Klassifikatoren eine semantische Erkennung der Grube zulassen. Zudem kann mit Hilfe des 3D- Flächenmodells die Qualität der Arbeitsvorgänge einschätzen. Z. B. kann beurteilt werden, wie eben eine Fläche und/oder wie scharf bzw. geradlinig eine Kante ausgeformt ist.
Darüber hinaus lassen sich anhand der Trajektorie auch Korrekturvorgänge erkennen. Im Fall des Baggers kann ein zu tiefes Ausheben der Grube und ein nachträgliches Wiederbefüllen erkannt werden. Dadurch können weitere
Maßnahmen, wie z. B. ein Verdichten des Grubengrundes, erkannt und wenn notwendig eingeleitet werden. Des Weiteren lassen sich anhand der Trajektorie und der benötigten Zeit - die aus der bereits beschriebenen Aktivitätszeit gewonnen werden kann - die erbrachte Arbeitsleistung und die Arbeitseffizienz ermitteln. Für das Beispiel des Baggers kann aus der Trajektorie der
Baggerschaufel, insbesondere des tiefsten Punkts der Schneidkante, in
Kombination mit der Breite der Baggerschaufel das ausgehobene bzw. bewegte Volumen ermittelt werden. Das Ergebnis des Arbeitsvorgangs, insbesondere die 3D-Flächen und/oder das Volumen, können mit Vergleichsdaten, z. B. aus einem BIM (Building Information J odelling) verglichen werden, um Abweichungen festzustellen. Darüber hinaus können die am weitesten auseinanderliegenden Punkte der Trajektorie der Arbeitsmaschine und/oder des zumindest einen Werkzeugs ermittelt werden, um aus diesen auf den Bewegungsraum der Arbeitsmaschine und/oder des zumindest einen Werkzeugs zu schließen. Hierzu können 3D-Flächen aus den am weitesten auseinanderliegenden Punkten der Trajektorie während des Abtragens und des Aufladens von Material extrapoliert werden. Im Falle einer Baggerschaufel lässt sich ein Abschneiden und
Aufnehmen von Material beispielsweise aus der Bewegung der Schaufel und der aufgebrachten Leistung der Antriebe und Stellelemente ableiten.
Es können kinematische Daten des Bewegungsablaufs sowie weitere gemessene und berechnete physikalische Größen berücksichtigt werden. Aus diesen Daten kann auf wirkende Kräfte und Momente, verrichtete Arbeit und Leistung sowie dafür aufgewendete Energie der Arbeitsmaschine und/oder des zumindest einen Werkzeugs geschlossen werden. Aus der
zusammenhängenden Betrachtung zwischen der Trajektorie, der Art des Bewegungsablaufs und Beschleunigungsdaten sowie den zugehörigen oben aufgeführten kinematischen und physikalischen Daten lässt sich auf die verrichtete Arbeit und Leistung im Sinne eines auszuführenden Arbeits- bzw. Leistungsauftrages schließen. Es kann z. B. auf die Art und die Beschaffenheit eines zu bearbeitenden Materials geschlossen werden. Im Falle des
obengenannten Beispiels ist es relevant ob der Bagger lockeren Sand, steinigen oder verfestigten Boden oder einen festen Stein aufnimmt und bewegt. Im Vergleich zu den zulässigen physikalischen Werten, die spezifisch für die Arbeitsmaschine und/oder das Werkzeug bestimmt werden, kann auf eine Auslastung und Belastung und damit einen Verschleiß der Arbeitsmaschine geschlossen werden. Hierfür können Alterungs- und Verschleißmodelle, die spezifisch für die Arbeitsmaschine und/oder das Werkzeug bestimmt werden, verwendet und auf einen Verschleiß des zumindest einen Werkzeugs
geschlossen werden. Als Beispiel ist hier die Schneidkante der Baggerschaufel zu nennen. Unzulässige Belastungen bzw. Überlastungen lassen sich ebenfalls erkennen.
Ein Verleiher der Arbeitsmaschine kann aus den genannten Kriterien ableiten, ob eine Arbeitsmaschine verliehen wurde, die nicht für die ausgeführte Arbeit konzipiert ist, beispielsweise da sie zu klein dimensioniert ist oder für die ausgeführten Arbeiten nicht konstruiert bzw. geeignet ist.
Es kann eine Kollision der Arbeitsmaschine und/oder des zumindest einen Werkzeugs mit einem Objekt in der Umgebung berücksichtigt werden. Eine Kollision wird durch stoßhaftes Auftreffen/Einwirken der Arbeitsmaschine und/oder des zumindest einen Werkzeugs durch entsprechende Sensoren, vor allem durch die bereits beschriebene inertiale Messeinheit festgestellt. Es werden unterschiedliche Arten von Kollisionen berücksichtigt: Zum einen wird die Arbeitsmaschine und/oder das zumindest eine Werkzeug aktiv bewegt und stößt dabei auf das Objekt. Zum zweiten wird die Arbeitsmaschine und/oder das zumindest eine Werkzeug nicht bewegt und das Objekt stößt in seiner Bewegung gegen die Arbeitsmaschine und/oder das zumindest eine Werkzeug. Mittels dreidimensionalen Beschleunigungsvektoren, die vorzugsweise mittels der inertialen Messeinheit erfasst werden, lässt sich der Ort des
Auftreffens/Einwirken genau bestimmen. Übersteigen die Beschleunigungswerte applizierte Grenzwerte, so kann auf eine Beschädigung der Arbeitsmaschine und/oder des zumindest einen Werkzeugs geschlossen werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine plastische Verformung erkannt werden, um auf die
Beschädigung zu schließen. Die plastische Verformung kann insbesondere durch die inertiale Messeinheit erkannt werden, vor allem, wenn an jedem beweglichen Modul der Arbeitsmaschine und des Werkzeugs ein inertialer Sensor angeordnet ist. Zudem kann ein kinematisches Modell miteinbezogen werden. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, den Zeitpunkt und/oder die Position der Kollision zu ermitteln (siehe oben) und zur Auswertung abzuspeichern. Außerdem kann das Bedienmuster vor, während und/oder nach der Kollision ermittelt (siehe oben) und zur Auswertung abgespeichert werden.
Es kann eine ungewöhnliche Bewegung der Arbeitsmaschine berücksichtigt werden. Als ungewöhnliche Bewegung sind hier Bewegungen anzusehen, die von der Arbeitsmaschine in ihrem vorgesehenen Gebrauch nicht ausgeführt werden oder die von der Arbeitsmaschine allein nicht ausführbar sind. Als Beispiele für solche ungewöhnlichen Bewegungen sind Kippen, Umfallen und Überschlagen der Arbeitsmaschine zu nennen. Ferner können auch
katapultartige Bewegungen und Folgeschwingungen erkannt werden, die besonders dann auftreten, wenn Teile der Arbeitsmaschine, insbesondere Werkzeuge, mit Materialien, Arbeitsgegenständen oder Hindernissen in der Umgebung verklemmen und sich dann plötzlich lösen. Dadurch können auch Unfälle erkannt und ggf. analysiert werden. Es werden bevorzugt Sensordaten, besonders bevorzugt der inertialen Messeinheit, unter Einbezug der Art der Arbeitsmaschine und deren Werkzeuge sowie die Kinematik verwendet, um die ungewöhnliche Bewegung festzustellen. Aus den Sensordaten lässt sich erkennen, ob die Arbeitsmaschine umgekippt, weggerutscht oder überrollt ist, aber auch ob die Arbeitsmaschine an einem Kippwinkel betrieben wurde, der für ein Umkippen kritisch ist. Ereignet sich ein solcher Unfall, so können
erforderliche technische Überprüfungen und Wartungen in Auftrag gegeben werden. War der Bediener während des Unfalls in der Arbeitsmaschine, so können Personenschäden gemeldet werden.
Zusätzlich kann ein Notruf- Kommunikationssystem (eCall) vorgesehen sein, mit der ein automatischer Notruf abgesetzt werden kann, wenn sich ein oben beschriebener Unfall ereignet hat. Neben dem Vorteil, dass automatisch Hilfe angefordert werden kann, kann die Hilfe mittels den oben beschriebenen Daten geplant und effektiv geführt werden. Vor allem bei Personenschäden kann dies Leben retten. So kann über die Position der Arbeitsmaschine der Unfallort und bei Bedarf Gelände- und Umgebungsinformationen weitergegeben werden. Die Art der Arbeitsmaschine und die dreidimensionale Lage der Arbeitsmaschine und ggf. der Werkzeuge können übermittelt werden, sodass entsprechend
dimensioniertes Bergungsgerät rechtzeitig bereitgestellt wird. Zudem können Informationen zum Bediener übermittelt werden. Wird die ungewöhnliche
Bewegung bereits erkannt, bevor der Unfall passiert ist, können
Sicherheitsmaßnahmen aktiviert werden, um den Bediener zu schützen. Als Beispiele können Airbags ausgelöst werden, Gurtstraffer angezogen werden und Überrollbügel/Schutzbügel aktiviert werden. Abgesehen davon kann aus der Trajektorie (siehe oben) der Arbeitsmaschine und ggf. der Werkzeuge und anhand des Bewegungsraums (ermittelt durch die am weitesten
auseinanderliegenden Punkte der Trajektorie, siehe oben), der Unfallhergang rekonstruiert werden.
Es kann ein erfahrener Bediener von einem unerfahrenen Bediener
unterschieden werden und die Erfahrung des Bedieners berücksichtigt werden. Die Erfahrung des Bedieners kann aus dem Bedienmuster erkannt werden, indem an sich bekannte Mustererkennungen verwendet werden. Ein
unerfahrener Bediener bewegt ein Werkzeug, insbesondere eine Baggerschaufel an einem Arm, meist aufeinanderfolgend in unterschiedliche Richtungen, wohingegen ein erfahrener Bediener das Werkzeug gleichzeitig in mehrere Richtungen bewegt. Auch kann die Unterscheidung anhand der Präzision, der Arbeitsgeschwindigkeit und weiterer Kriterien getroffen werden. Bevorzugt wird aus der Trajektorie der Arbeitsmaschine und/oder des zumindest einen
Werkzeugs die Erfahrung des Bedieners abgeleitet. Alternativ kann die Erfahrung des Bedieners durch die Art und Weise, in der er die Arbeit ausführt, erkannt werden. Zudem kann ein unerfahrener Bediener daran erkannt werden, dass er die Arbeitsmaschine und/oder das zumindest eine Werkzeug übersteuert, beispielsweise indem er das Werkzeug in die mechanischen Anschläge führt. Dadurch lässt sich erkennen, ob ein Bediener ohne geforderte Erfahrung oder sogar ohne Qualifikation die Arbeitsmaschine steuert. Dies ist insbesondere für den Fall, dass die Arbeitsmaschine verliehen wurde, für den Verleiher von besonderem Interesse. Dieser kann feststellen, ob anstelle eines geplanten erfahrenen Bedieners ein nicht zulässiger unerfahrener Bediener die
Arbeitsmaschine bedient. Zudem kann er den erhöhten Verschleiß, den ein unerfahrener Bediener mit sich bringt, finanziell ahnden.
Auf der anderen Seite kann ein unerfahrener Bediener eingelernt werden, indem er auf die unsachgemäße Verwendung und ggf. auf die unplanmäßige Verwendung aufmerksam gemacht wird. Übersteuert der unerfahrene Bediener die Arbeitsmaschine und/oder das zumindest eine Werkzeug, so wird eine Warnung ausgegeben. Zudem kann vorgesehen sein, dass der unerfahrene Bediener zuvor ein Trainingsprogramm absolvieren muss, bevor er die
Arbeitsmaschine und/oder das zumindest eine Werkzeug im Arbeitseinsatz steuern darf. Bestandteil eines solchen Trainingsprogramms kann das langsame und schonende Bedienen des zumindest einen Werkzeugs sein. Als Beispiel kann ein sanfter Bewegungsvorgang einer Hebebühne mit langsamem Heben und Senken geübt werden. Dabei kann geprüft werden, ob der Bediener das entsprechende Bedienelement, beispielsweise einen Hebel sanft genug bedient. Außerdem kann der Bewegungsraum und die Geschwindigkeit in diesem
Trainingsprogramm eingeschränkt werden. Wenn das Trainingsprogramm erfolgreich absolviert wurde, werden alle Funktionen oder nur Funktionen entsprechend der Erfahrung des Bedieners freigegeben. Vorzugsweise kann das Trainingsprogramm z. B. in einem Handbuch beschrieben sein oder auf einem Display angezeigt werden und so konfiguriert sein, dass es Schritt für Schritt nachgesteuert werden kann.
Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät durchgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren
Speichermedium gespeichert.
Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches
elektronisches Steuergerät, wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, das Verfahren zur Analyse der Verwendung der Arbeitsmaschine auszuführen.
Eine Servicekraft oder im Speziellen der Verleiher kann die tatsächlichen Sensordaten und/oder das tatsächliche Bedienmuster und ggf. auch die
Referenz-Sensordaten und/oder das Referenz-Bedienmuster auslesen. Dies kann insbesondere direkt vom elektronischen Steuergerät oder aus einer Cloud, an die das Steuergerät die Daten sendet, geschehen. Die unsachgemäße Verwendung und/oder unplanmäßige Verwendung kann direkt auf dem elektronischen Steuergerät erkannt werden oder durch Auswertung an einer externen Rechnereinheit.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine Arbeitsmaschine, deren Verwendung mittels des
erfindungsgemäßen Verfahrens analysiert werden kann.
Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Arbeitsmaschine in Form eines Baggers 1 mit einem
Oberwagen 11 und einem Unterwagen 12, der als Werkzeug eine
Baggerschaufel 2 aufweist, die über einen Arm 3 mit dem Bagger 1 verbunden ist. Der Bagger 1 weist ein elektronisches Steuergerät 4 auf, mit dem der Bagger 1 , die Baggerschaufel 2 und der Arm 3 gesteuert werden. Zur Auslenkung der Baggerschaufel 2 ist ein Stellelement 21 vorgesehen und zur Auslenkung des Arms 3 sind zwei Stellelemente 31 , 32 vorgesehen. Die Stellelemente 21 , 31 , 32 können ausgefahren oder zusammengezogen werden, wodurch der Arm 3 und die Baggerschaufel 2 in die gewünschte Stellung gebracht wird und ein
Arbeitsvorgang ausgeführt wird. Die Stellelemente 21 , 31 , 32 weisen
mechanische Anschläge auf, die verhindern, dass die Stellelemente 21 , 31 , 32 zu weit ausgefahren werden oder ggf. zu weit zusammengezogen werden. Das Fahren der Stellelemente 21 , 31 , 32 in die mechanischen Anschläge führt zu einem höheren Verschleiß der Arbeitsmaschine. Zudem weist der Bagger 1 eine inertiale Messeinheit 5 mit mehreren inertialen Sensoren 51 auf, deren
Anordnung hier nur beispielhaft skizziert ist und die als
Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren ausgebildet sein können Die inertiale Messeinheit 5 gibt die aktuell erfassten Sensorsignale (tatsächliche Sensorsignale) an das elektronische Steuergerät 4 weiter. Zudem ist ein inertiales Navigationssystem 55 vorgesehen, das auf die inertiale Messeinheit 5 zugreifen kann und mit dem die Position des Baggers 1 ermittelt werden kann Ein Bediener 6 steuert den Bagger 1 , den Oberwagen 11 , den Unterwagen 12, die Baggerschaufel 2 und den Arm 3 über Bedienelemente 65 (hier ist lediglich ein Bedienelement beispielhaft in Form eines Hebels dargestellt) gemäß einem Bedienmuster um den geplanten Arbeitsvorgang auszuführen. Genauer geben die Bedienelemente 65, wenn der Bediener 6 diese aktiviert, Signale an das elektronische Steuergerät 4 aus. Das elektronische Steuergerät 4 steuert unter anderem die Stellelemente 21 , 31 , 32 derart, dass sich der Bagger 1 , die
Baggerschaufel 2 und der Arm 3 in die vom Bediener 6 vorgegebene Stellung bewegen. In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel soll eine Baugrube 7 ausgehoben werden. Hierfür steuert der Bediener 6 die Baggerschaufel 2 derart, dass deren Schneidkante sich entlang der gezeigten Trajektorie 8 bewegt. Mittels der inertialen Messeinheit 5 kann die Bewegungstrajektorie 7 erfasst werden. Zudem ist ein Objekt 9 dargestellt, das ein Hindernis darstellt und bei dem die Gefahr einer Kollision besteht.
Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens. Bereits im Vorfeld wird ein Plan 100 für die Verwendung der Arbeitsmaschine 1 ausgearbeitet, wobei hier bereits die auszuführenden Arbeitsschritte, die voraussichtlich benötigte Zeit, der Einsatzort, der Qualifikation des Bedieners 6 und weitere für die Verwendung relevante Punkte festgelegt werden. Zur Erstellung des Plans 100 kann ein BIM (Building Information Modeling) herangezogen werden. Für den Fall, dass die
Arbeitsmaschine 1 an den Bediener 6 verliehen wird, werden die Konditionen für die Verwendung der Arbeitsmaschine 1 in einem Vertrag zwischen einem
Verleiher und dem Bediener 6 festgehalten. Aus dem Plan 100 mit den obengenannten Punkten werden dann Referenz-Sensordaten Sref und ein Referenz-Bedienmuster BMref definiert, die eine sachgemäße und plangemäße Verwendung der Arbeitsmaschine 1 repräsentieren, sowie dazugehörige
Schranken festgelegt innerhalb derer die Verwendung der Arbeitsmaschine als akzeptabel gilt. Die Referenz-Sensordaten Sref werden für die bei der jeweiligen Arbeitsmaschine 1 zur Verfügung stehenden Sensoren, vor allem für die inertiale Messeinheit 5 bereitgestellt. Das Referenz-Bedienmuster BMref wird mittels an sich bekannter Mustererkennung für den optimalen Gebrauch der
Arbeitsmaschine 1 und/oder des Werkzeugs 2 erfasst. Die Referenz- Sensordaten Sref, das Referenz-Bedienmuster BMref sowie die dazugehörigen Schranken können vom Hersteller der Arbeitsmaschine 1 oder vom Verleiher festgelegt werden, wobei Gesetze, Verordnungen und dergleichen in
zutreffenden Fällen zu berücksichtigen sind. In einer ersten Variante werden die Referenz- Sensordaten Sref, das Referenz-Bedienmuster BMref sowie die dazugehörigen Schranken direkt auf dem elektronischen Steuergerät 4 gespeichert
Während des Arbeitsvorgangs erfolgt eine Erfassung 101 von tatsächlichen Sensordaten Stat und des tatsächlichen Bedienmusters BMtat des Bedieners 6. Hauptsächlich werden die Sensordaten der inertialen Messeinheit 5 sowie ggf. vom inertialen Navigationssystem 55 erfasst, es können aber auch weitere Daten von nicht in Figur 1 dargestellten Sensoren mit einfließen. Beispiele hierfür sind Kameras, Radarsysteme und Lidarsysteme. Das tatsächliche Bedienmuster BMtat wird mittels an sich bekannter Mustererkennung erfasst.
Es erfolgt ein Vergleich 102 zwischen den tatsächlichen Sensordaten Stat und den Die Referenz- Sensordaten Sref sowie zwischen dem tatsächlichen
Bedienmusters BMtat und dem Referenz-Bedienmuster BMref. Beim Vergleich 102 werden folgende Kriterien einzeln oder in Kombination berücksichtigt:
- Eine Aktivitätszeit, in der die Arbeitsmaschine aktiv verwendet wurde, wobei zwischen einem Fahrmodus, einem Arbeitsmodus und einem Leerlauf unterschieden werden kann;
- die Position der Arbeitsmaschine 1 ;
- die Trajektorie 7 und/oder die Art des Bewegungsablaufs für die
Arbeitsmaschine 1 und/oder für das Werkzeug 2;
- Kinematische Daten und physikalische Daten des Bewegungsablaufs der Arbeitsmaschine 1 und/oder des Werkzeugs 2;
- Eine Kollision der Arbeitsmaschine 1 und/oder des Werkzeugs 2 mit dem Objekt 9;
- ungewöhnliche Bewegungen, wie z. B Kippen, Umfallen und
Überschlagen der Arbeitsmaschine 1; und
- die Erfahrung des Bedieners 1, vor allem anhand des Bedienmusters.
Weicht zumindest ein Wert der tatsächlichen Sensordaten Stat von dem entsprechenden Wert der Referenz-Sensordaten Sref um zumindest eine entsprechende Schranke (siehe oben), die hier als Grenzwert für einen
Wertebereich um die jeweiligen Referenz-Sensordaten Sref herum anzusehen ist, ab, so wird auf eine unsachgemäße Verwendung und/oder unplanmäßige Verwendung der Arbeitsmaschine 1 geschlossen 103. Weicht das tatsächliche Bedienmuster BMtat vom Referenz-Bedienmuster BMref um zumindest eine Schranke ab, so wird gleichermaßen auf eine unsachgemäße Verwendung und/oder unplanmäßige Verwendung der Arbeitsmaschine 1 geschlossen 103.
Im anderen Fall, daher wenn sowohl die tatsächlichen Sensordaten Stat innerhalb des durch die Schranken vorgegebenen Wertebereichs um die Referenz- Sensordaten Sref liegen und das tatsächliche Bedienmuster BMtat innerhalb der Schranke dem Referenz-Bedienmuster BMref entspricht, so wird auf eine sachgemäße Verwendung gemäß dem ursprünglich ausgelegten Plan 100 geschlossen 104.
Auf Basis der unsachgemäßen Verwendung und/oder der unplanmäßigen Verwendung kann ein unerfahrener Bediener eingelernt werden. Zudem kann beim Start der Arbeitsmaschine 1 ein Trainingsprogramm vorgesehen sein, das der unerfahrene Bediener absolvieren muss, bevor er die Arbeitsmaschine 1 und/oder das zumindest eine Werkzeug 2 im Arbeitseinsatz steuern darf.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Analyse einer Verwendung einer Arbeitsmaschine (1) anhand von Sensordaten und/oder Bedienmuster, bei dem während der Verwendung der Arbeitsmaschine (1) erfasste tatsächliche Sensordaten (Stat) und/oder tatsächliche Bedienmuster (BMtat) zur Analyse der Verwendung der Arbeitsmaschine (1) mit für die Verwendung typischen Referenz-Sensordaten (Sref) und/oder Referenz-Bedienmustern (BMref) verglichen werden und bei Abweichung der tatsächlichen Sensordaten (Stat) und/oder tatsächlichen Bedienmuster (BMtat) von den Referenz- Sensordaten (Sref) und/oder Referenz-Bedienmuster (BMref) um zumindest eine Schranke auf eine unsachgemäße Verwendung und/oder unplanmäßige Verwendung geschlossen (103) wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
Sensordaten einer inertialen Messeinheit (5), insbesondere der
Arbeitsmaschine (1), zur Analyse der Verwendung erfasst werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein inertiales Navigationssystem (55) der Arbeitsmaschine (1) zur Analyse der Verwendung verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass bei der Analyse der Verwendung eine
Aktivitätszeit der Arbeitsmaschine (1) berücksichtigt wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass bei der Analyse der Verwendung eine Position der Arbeitsmaschine (1) berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass bei der Analyse der Verwendung eine Trajektorie (8) und/oder eine Art eines Bewegungsablaufs der Arbeitsmaschine (1) und/oder zumindest eines Werkzeugs (2) der Arbeitsmaschine (1) berücksichtigt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Analyse der Verwendung kinematische Daten und/oder physikalische Daten des Bewegungsablaufs berücksichtigt werden.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass bei der Analyse der Verwendung eine Kollision der Arbeitsmaschine (1) und/oder zumindest eines Werkzeugs (2) der Arbeitsmaschine (1) mit einem Objekt (9) in der Umgebung
berücksichtigt wird.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass bei der Analyse der Verwendung eine für die Arbeitsmaschine (1) ungewöhnliche Bewegung berücksichtigt wird.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass bei der Analyse der Verwendung ein erfahrener Bediener von einem unerfahrenen Bediener unterschieden wird und die Erfahrung des Bedieners (6) berücksichtigt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
unsachgemäße Verwendung und/oder unplanmäßige Verwendung zu Lernzwecken für den unerfahrenen Bediener verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer unsachgemäßen Verwendung und/oder unplanmäßigen Verwendung ein Warnsignal mittels einer Warneinheit der Arbeitsmaschine (1) abgegeben und/oder ein Betrieb der Arbeitsmaschine (1) eingeschränkt oder gestoppt wird.
13. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
14. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein
Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.
15. Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 eine Analyse der Verwendung der Arbeitsmaschine (1) durchzuführen.
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