Sicherheitsrisiken reduzieren Innenraum-Ortungssystem für dynamische Umgebungen

Eine Lokalisierungstechnologie wie GPS gibt es für den Indoor-Bereich nicht. Dies macht die Ortung beispielsweise beim Schiffbau sehr schwierig. Am KIT wurde nun ein Ortungssystem für dynamische Innenraum-Umgebungen entwickelt. Interessant ist dies auch für den Flugzeugbau oder den Tiefbau.

Anders als in der Automobilindustrie mit ihren fixen Produktionsstraßen wird beim Schiffbau nach dem »Blockbau-Prinzip« gearbeitet. Das bedeutet: Aus kleinen Teilen entstehen immer größere Einheiten. Diese sind teilweise schon begehbar, werden mit Kabeln und Rohren ausgestattet und werden schließlich zu Sektionen zusammengefügt. Zehn Sektionen bilden wiederum einen Block, der weiter ausgerüstet und schließlich in die Werfthalle transportiert wird. Ein Kreuzfahrtschiff zum Beispiel besteht aus 90 solchen Blöcke.
 
Da die Lokalisierung von Personen und die zeitnahe Weitergabe sicherheitsrelevanter Informationen in einer solchen Situation sehr schwierig ist, geschehen die Erfassung und Weitergabe von Sicherheitsmängeln und -risiken, zum Beispiel fehlende Geländer, freiliegende Kabel oder leicht entflammbare Bauabfälle wie Farben und Konservierungsstoffe manuell. Beispielsweise laufen Routengänger das Schiff ab und erfassen kritische Zustände wie brennbare Materialien in der Nähe von Heißarbeiten auf Papierformularen. Am Ende ihres Kontrollgangs geben sie diese Informationen beim Vorgesetzten ab, der wiederum die notwendigen Maßnahmen einleitet.

Das KIT hat nun gemeinsam mit seinen Partnern Meyer-Werft und Vomatec Innovations im Rahmen des Projekts SchiV 3.0  ein neues Ortungssystem entwickelt, mit dem sich Personen nun auch in einer dynamischen Umgebung innerhalb einer Halle verorten können.

„Das Innovationspotenzial ist riesig, wenn man Abläufe mit Hilfe digitaler Technologien regelt“, sagt Frank Hartmann vom Institut für Technik in der Informationsverarbeitung des KIT. Im Rahmen seiner Promotion hat er das Lokalisierungssystem entwickelt. Dieses ermöglicht nicht nur die schnellere Behebung von Sicherheitsrisiken und die Steigerung von Arbeitssicherheit, sondern hilft auch dabei, die Logistik – also den vorausschauenden Transport von Baumaterial an den Einbauort im Inneren des entstehenden Schiffes – zu optimieren und den Baufortschritt – also die Abnahme von Gewerken – zeitnah zu dokumentieren.

Hybrider Systemansatz

Das System verfolgt einen hybriden Ansatz: Zusammen mit der notwenigen Infrastruktur der Baustelle, wie etwa der Stromversorgung, werden Antennen für ein Nahbereichs-Funkkommunikationssystem verlegt. Aus der Messung des Abstandes zu mehreren Antennen lässt sich mittels Trilateration die Position bestimmen. Ist der Funkkontakt zu den Antennen im verwinkelten, stählernen Schiffsbauch zu schwach, wird die Position mit Hilfe der Bewegungs- und Beschleunigungssensoren eines mobilen Endgeräts und Koppelnavigation geschätzt. »So erreichen wir eine ausreichende Positionsgenauigkeit bei vertretbarem Installationsaufwand«, erklärt Hartmann die Kosten-Nutzen-Abwägung.


Auf der Meyer-Werft in Papenburg wurde das vollständig digital laufende System erprobt: Sicherheitsmitarbeiter fotografieren in den Schiffsteilen Mängel, Risiken oder Baufortschritt und erfassen sie mittels einer vom Kooperationspartner Vomatec entwickelten mobilen App als Arbeitsprozess (z.B. »Abfall beseitigen«) auf einem Smartphone. Das System erfasst gleichzeitig die Positionsinformationen und verkoppelt sie mit dem erforderlichen Arbeitsprozess. Beide Informationspakete werden in Echtzeit per Mobilfunk oder WLAN übertragen, als »Vorfall« auf einem Server hochgeladen und können sofort weiter bearbeitet werden.


In einem klar definierten Bereich von rund 1200 Quadratmetern eines im Bau befindlichen Kreuzfahrtschiffes hat Hartmann mit dem System-Prototypen auf der Meyer-Werft bereits verschiedene Anwendungsszenarien durchgespielt. Über den Schiffbau hinaus sind der Tiefbau oder Flugzeugbau weitere denkbare Anwendungsfelder für ein solches System.


Das von 2013 bis 2016 gelaufene Projekt SchiV 3.0 wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und dem Projektträger Jülich gefördert.