Ultra-Wideband-Technologie für den Einsatz im Schwermaschinenbau

Neumann, Kai; Preuße, Axel; Nienhaus, Karl

doi:HT019263810

Ultra-Wideband-Technologie für den Einsatz im Schwermaschinenbau = Ultra-wideband technology for the heavy machinery industry

Neumann, Kai^RWTH*

2017

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Dipl.-Ing. Kai W. Neumann

Ausgabe1. Auflage

ImpressumStolberg : Verlag R. Zillekens 2017

Umfangviii, 150 Seiten : Illustrationen, Diagramme

ReiheAachener Schriften zur Rohstoff- und Entsorungstechnik des Instituts für Maschinentechnik der Rohstoffindustrie ; 91

Dissertation, RWTH Aachen University, 2016

Druckausgabe: 2017. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Nienhaus, Karl (Thesis advisor) ; Preuße, Axel (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2016-12-09

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2017-00784
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/682289/files/682289.pdf
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/682289/files/682289.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Ultra-Wideband (frei) ; UWB (frei) ; Automatisierung (frei) ; Positionsschätzung (frei) ; Indoor-Localization (frei) ; Funkbasierte Positionsbestimmung (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die immer weiter steigenden Anforderungen an die Automatisierung stellen auch im Schwermaschinenbau immer neue Fragen an die Sensortechnik. Bedingt durch die immer leistungsfähigeren Computersysteme und deren proportional steigende Fähigkeit, Daten zu verarbeiten und zu aggregieren, ist die Automatisierung der Betriebsmittel im Bergbau seit den 1990er Jahren das Fernziel.Angelehnt an die Entwicklung der führenden Industrienationen in Richtung Industrie 4.0 haben auch der Bergbau und die Schwerindustrie das Potential dieser Vision entdeckt. Die Digitalisierung der Mine ist für viele Unternehmen im Bergbau das große Thema der Zukunft.Diese Digitalisierung ist offensichtlich vielschichtig, wie man an den vielen unterschiedlichen und unabhängigen Prozessen in einer modernen Mine erkennen kann: angefangen bei der Gewinnung, dem Transport und der Analyse des Materials, der Aufbereitung, der Qualitätssicherung, der Verladung und parallel zu allem dem wiederholten Ablegen und Aufnehmen von Material. Dabei ist die Erfassung der Umgebung der zu automatisierenden Maschinen ein Kernpunkt für die Automatisierung von mobilen Betriebsmitteln. Dies führt unweigerlich zu der Frage der Positionsbestimmung. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neuartiges Positionsbestimmungssystem vorgestellt, welches auf der UWB-Technologie basiert. Die Vorteile eines solchen Systems vermögen viele Probleme der zurzeit existierenden Systeme zu lösen.Die Grundlagen der funkbasierten Positionsbestimmung, welche zum Verständnis der Positionsbestimmung notwendig sind, werden erläutert. Anschließend wird der aktuelle Stand der Technik aufgezeigt und Vor- und Nachteile der entsprechenden Systeme diskutiert. Darüber hinaus wird auch der Stand der Forschung beschrieben. Nach dieser Grundlagenanalyse wird die UWB-Funktechnologie erklärt und die geleistete Entwicklungsarbeit für das neue Positionsbestimmungssystem vorgestellt. Testmessungen, mit welchen die Leistungsfähigkeit des Systems getestet wird, werden dargestellt und beschrieben bevor auf geleistete Feldinstallationen in realen Applikationen eingegangen wird. Dabei wird Aufschluss über die möglichen Einsatzszenarien des entwickelten Systems gegeben. Anschließend werden Fragestellungen der (Prozess-)Sicherheit erörtert und aufgezeigt, wo das neue System in diesem Kontext einen Mehrwert darstellen kann. Ebenso wird ein Überblick über die Zulassung von UWB-Systemen in Deutschland, der EU und den USA gegeben. Dieser Überblick dient vor allem der Identifizierung von notwendigen Voraussetzungen, um das Positionsbestimmungssystem vermarkten zu können. Die Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick auf kommende Entwicklungen ab.

The rising demands for automation systems continuously pose new challenges on the sensor systems. Due to the increasing capabilities of computer systems and their proportionally rising ability to process and aggregate data, the automation of manufacturing equipment is the long term goal since the 1990’s.Based on the developments of the industrial nations regarding Industry 4.0, the mining and heavy machinery industry have realized the potential of this vision. The digitization of the mine is the big subject of the future for many companies.This digitization is obviously multilayered, as one can immediately see from the many different and independent tasks in a modern mine: beginning with the winning, the transport and analysis of the material, the processing, the quality control, the loading and in parallel to all these tasks the repeated stacking and reclaiming of material. However, a central aspect of this automation is the knowledge of the surroundings of the machines to be automated. This inevitably leads to the task of mobile machinery positioning.In this thesis, a new positioning system, based on the UWB-Technology, is presented. The advantages of such a system can overcome several drawbacks of existing positioning systems in the industry.The basics of radio-based positioning, which are necessary for the understanding of positioning systems, are explained. The current state of the art of positioning systems is outlined and advantages and disadvantages are discussed. Furthermore, the state of art in research is outlined. After this, the basics of the UWB-Technology are explained and the development of the new positioning system is described. Several test measurements are shown in which the performance of the system is being tested and relevant installations of the system in real applications are described. Possible use-cases of the developed system are created. Improvements regarding (process) safety are described in which the new system can deliver an added value. Furthermore, an overview over the approval process of such a radio system in Germany, the EU and the USA is given, in order to help with the commercialization of this system. The thesis ends with a summary and an outlook on upcoming future developments.

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