Introducing new Technologies to mobile Machines
STW treibt als Innovationsführer die Weiterentwicklung mobiler Maschinen voran. Mobile Maschinen werden immer smarter und effizienter – um die künftigen Ansprüche der Agrar-, Bau-, Forst- und Kommunalindustrie bedienen zu können, braucht es Maschinen, die möglichst selbständig und mit maximaler Effizienz agieren.
Um diesem Bedarf gerecht zu werden, betreiben wir bei STW aktives Innovationsscouting und prüfen Technologien führender Industrien auf ihr Potenzial für den Einsatz in mobilen Maschinen. STW-Kunden profitieren in der Folge von einem optimierten Entwicklungsprozess innovativer Produkte, die maximale Performance mit Spitzentechnologien verbinden. Somit können Maschinenhersteller potenzielle Wettbewerbsvorteile wie beispielsweise bessere Assistenzsysteme, größeren Komfort, mehr Prozesseffizienz kombiniert mit einer schnellen Time-to-Market für ihre Maschinen realisieren und so ihrem Markt gewinnbringend zur Verfügung stellen.
Der zunehmenden Komplexität der E/E-Architektur und der großen Menge an Datenströmen hochautomatisierter Maschinen begegnet STW mit der Transformation von Lösungen und Standards aus branchenfernen Bereichen, beispielsweise der Einführung umfassenderer und schnellerer Datenübertragungsstandards – kabelgebunden wie auch kabellos.
STW forscht an diesen Enabler-Technologien, die aus unserer Sicht für die Entwicklung hochautomatisierter Fahrzeuge essenziell sind.
Automation Frameworks
Die steigende Komplexität im Bereich der Maschinensteuerung verlangt nach innovativen Lösungen. Besonders die Entwicklung hochautomatisierter Maschinen setzt aktuell eine große Investition im Bereich der Software voraus.
Damit der notwendige Aufwand für die Entwicklung hochautomatisierter Fahrzeuge reduziert werden kann, werden Software Frameworks eingesetzt. Durch hilfreiche Funktionen bei der Visualisierung der Umfeldsensorik im Bezug zur Arbeitsmaschine sowie zusätzlichen Tools bei der Umsetzung und Simulation der Anwendung, wird der Entwicklungsprozess unterstützt und die time-to-market dadurch deutlich verkürzt. Zusätzliche, konfigurierbare Softwarepakete runden die Funktionen der Frameworks ab, wodurch besonders die Entwicklung neuer Case Studies mit einem reduzierten Aufwand realisiert werden können.
Wir beraten und unterstützen Maschinenhersteller im Hinblick auf den Nutzen, die Einsetzbarkeit sowie der Unterstützung bei der Entwicklung hochautomatisierter Anwendungen mithilfe von STW Komponenten im Zusammenspiel mit ECO-System Partnerkomponenten.
Connectivity & Onboard Communication
Ein zentraler Aspekt der wachsenden Komplexität mobiler Maschinen ist die Kommunikation. Auf Fahrzeugen der Zukunft werden nahezu alle Komponenten digital miteinander kommunizieren. Zudem wird die Maschine im ständigen Austausch mit externen Steuer- und Monitoring-Systemen stehen, etwa Leitständen oder Cloudplattformen. Hier braucht es effiziente und leistungsstarke Datenverarbeitungs- und -übertragungslösungen.
Kommunikation auf der Maschine
Damit mobile Maschinen immer automatisierter arbeiten und fahren können, braucht es performante Umfeldsensorik. Diese erzeugt – insbesondere kamerabasiert – enorme Datenmengen, für die aktuelle Kommunikationsstandards wie CAN nicht ausgelegt sind. IP-basierte Kommunikation kann hier die Lösung sein. Über verschiedene Protokoll-Stacks wird es möglich zeitkritische und sicherheitsgerichtete Daten über einen Ethernet-Bus zu übertragen. Diese zeitsensitive Kommunikation ist etwa bei Bremsassistenzsystemen oder zur Kollisionsvermeidung im autonomen Fahrbetrieb der Maschine notwendig.
Abhängig von der Anwendung können die Anforderungen an das Kommunikationsnetzwerk auf der Maschine stark variieren. Die passende Auswahl der Protokoll-Stacks spielt für das optimale Verhältnis aus Performance und Kosten eine essentielle Rolle.
STW sieht die im Diagramm abgebildeten Komponenten als potentiell wegweisende Zukunftstechnologien für die kabelgebundene Kommunikation auf der mobilen Arbeitsmaschine (angelehnt an das OSI Schichtenmodell).
Kommunikation mit externen Systemen
Durch Erweiterungen der verfügbaren Netz- und WLAN-Standards, wie z.B. 5G NextGen, können die Möglichkeiten mobiler Maschinen deutlich erweitert werden. Die Kombination von niedriger Latenz und erweiterter Übertragungsgeschwindigkeit ermöglicht die Implementierung bisher nicht realisierbarer Funktionalitäten. Durch den Einsatz von V2X Standards (C-V2X, 802.11p) können Maschinen mit anderen Maschinen, der Infrastruktur, Cloud Services und dem Menschen verbunden werden.
Perception
Je komplexer die Applikation der Maschine, umso schwieriger wird es für den Maschinenführer, alle relevanten Bereiche rund um sein Fahrzeug im Blick zu behalten. Sensor- und Kamerasysteme unterstützen dabei hochautomatisierte Prozesse, um Fahrzeuge sicher und effizient zu gestalten. Die Notwendigkeit für eine Umfeldüberwachung und -analyse potenziert sich bei vollautonomen Prozessen und Fahrzeugen nochmals.
Wir untersuchen mit einem eigenen Prüfstand die Möglichkeiten und Kombinationen verschiedener Umgebungssensoren, von RGB und NIR Kameras über Wärmebild-, Stereo und Time-of-Flight-Kameras bis hin zu LIDAR- und FMCW-Radar-Sensoren.
Als Hersteller umfassender Automatisierungs- und Vernetzungsprodukte analysieren wir nicht nur die Sensorik, sondern die komplette Prozesskette der Datenverarbeitung. Von der Sensorik über die Auswahl der geeigneten Schnittstellen bis zur Entwicklung und Implementierung von Algorithmen zur Erkennung und Einstufung von Objekten und Hindernissen. Aus diesen Erkenntnissen leiten wir die Anforderungen für unsere künftige Hardware-Entwicklung ab, um die bestmöglichen Produkte für die Implementierung von aufwändiger Umfelderkennung in hochautomatisierten mobilen Maschinen anbieten zu können.
Artificial Intelligence
In autonomen Fahrzeugen und der mobilen Robotik aber auch für Operator Assistenzsysteme wird die Künstliche Intelligenz eine entscheidende Rolle für den Markterfolg der verschiedenen Konzepte übernehmen. Selbstfahrende und arbeitende Maschinen müssen zuverlässig Objekte in ihrer Umgebung erkennen, sowie relevante Informationen identifizieren und verarbeiten können. Handlungshinweise für den Operator oder die autonome Entscheidung müssen abgeleitet werden. Künstliche Intelligenz oder genauer gesagt spezifisch trainierte Neuronale Netze können diese Fähigkeiten abbilden und auf diese Weise echten Mehrwert für den Operator oder die Hochautomatisierung liefern.
Gemeinsam mit Experten aus dem STW ECO-System bieten wir partnerschaftliche Unterstützung bei der Integration solcher AI-gestützter Systeme auf Maschinen und Fahrzeugen an. Basierend auf unserer großen Erfahrung in der Entwicklung von Hard- und Software für die Hochautomatisierung, stellen wir einen Workflow bereit, der die Entwicklung und Implementierung dieser hochkomplexen, individuellen Systeme beschleunigt und vereinfacht. Folgende AI Frameworks und Computer Vision Libraries unterstützen wir bereits heute:
- TensorFlow
- Caffe
- PyTorch
- OpenCV
- YOLO
Automatisierte Leitstandsysteme
Auf dem Weg zu vollautonomen mobilen Arbeitsmaschinen können Leitstand-geführte Systeme ein valider Zwischenschritt sein. Automatisierte Routenzüge oder Schwarmrobotik, die von einem Leitstand gesteuert und kontrolliert werden, sind etwa in der Intralogistik oder der Prozessindustrie nicht mehr weg zu denken.
Schwarm-Konzepte werden seit Jahren auch in der Landwirtschaft erforscht und entwickelt. In der Kommunaltechnik haben mobile Kompaktroboter für die Grünflächenpflege oder den Winterdienst großes Potenzial. Auch an dieser Stelle lassen sich Leitstände sinnvoll nutzen. Ähnliche Konzepte lassen sich für die Bau- und Forstwirtschaft realisieren.
Mit unserem Know-how aus der Praxis und aus Entwicklungsprojekten mit führenden Forschungsstellen unterstützen wir die Hersteller mobiler Maschinen bei der Integration ihrer Arbeitsmaschinen in Leitstandsysteme.
