Masterarbeit im Studiengang Ingenieurinformatik an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Konzepte zur Optimierung des Betriebshofmanagements mit pervasiven Assistenzsystemen Verfasser Benedikt Bahl Matrikel.: 187773 Betreuer: Dr.-Ing. Lars Schnieder Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. Institut für Verkehrssystemtechnik Lilienthalplatz 7, 38108 Braunschweig Prof. Dr. Frank Ortmeier Otto-von-Guericke Universität Fakultät für Informatik AG Software Engineering Universitätsplatz 2, 39106, Magdeburg Magdeburg, den 18.12.2015
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Masterarbeit
im Studiengang Ingenieurinformatik
an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Konzepte zur Optimierung des Betriebshofmanagements mit pervasiven
Assistenzsystemen
Verfasser
Benedikt Bahl
Matrikel.: 187773 Betreuer:
Dr.-Ing. Lars Schnieder Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. Institut für Verkehrssystemtechnik Lilienthalplatz 7, 38108 Braunschweig
Prof. Dr. Frank Ortmeier Otto-von-Guericke Universität Fakultät für Informatik AG Software Engineering Universitätsplatz 2, 39106, Magdeburg
Magdeburg, den 18.12.2015
Zusammenfassung
Die technische Instandhaltung von Fahrzeugen des ÖPNV ist eine wichtige Basis zum Aufrechterhalten des Dienstleistungsanspruches an ein Verkehrsunternehmen. Dabei werden aufgrund neuer Technologien – wie alternative Antriebssysteme – Wartungen und Reparaturen immer komplexer. Pervasive Assistenzsysteme, im speziellen Head-Mounted-Displays, welche Informationen direkt in das Blickfeld des Trägers einblenden können, bieten sich an, betriebliche Prozesse zu unterstützen.
In dieser Arbeit werden Konzepte vorgestellt, die das technische Personal in Betriebshöfen bei ihrer Arbeit unterstützen können. Mithilfe eines Prototyps werden diese Konzepte in einem Feldversuch erprobt und auf ihre Tauglichkeit geprüft. Die Auswertung findet in Form einer qualitativen Analyse eines Beobachtungs- sowie eines Gesprächsprotokolls statt.
Eidesstattliche Erklärung
Hiermit erkläre ich an Eides Statt, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig verfasst und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe.
Die Arbeit wurde bisher weder in einem anderen Prüfungsverfahren vorgelegt, noch anderweitig veröffentlicht. Des Weiteren erkläre ich mich damit einverstanden, dass die Arbeit mit Hilfe eines Plagiatserkennungsdienstes auf enthaltene Plagiate überprüft wird.
Abbildung 1: Prinzip der Trilateration ....................................................................................... 8
Abbildung 2: Freiheitsgrade eines Körpers .............................................................................. 11
Abbildung 3: Auswahl der IH-Strategie für ein Bauteil nach VDV 8802 ............................... 13
Abbildung 4: Schematische Darstellung eines Busbetriebshofs für 100 Fahrzeuge nach VDV 822 .................................................................................................................... 15
Abbildung 5: Arbeitsumfang bei der Instandhaltung von Linienbussen in Anlehnung an VDV-8802 .................................................................................................................. 16
Abbildung 6: Intervalle der gesetzlichen Untersuchungen nach §29 StVZO, Anlage VIII ..... 18
Abbildung 7: Gesetz der Nähe ................................................................................................. 21
Abbildung 8: Gesetz der Geschlossenheit ............................................................................... 21
Abbildung 9: Gesetz der Auffälligkeit ..................................................................................... 21
Abbildung 10: Gesetz der Ähnlichkeit..................................................................................... 21
Abbildung 11: Gesetz der Fortsetzung ..................................................................................... 21
Abbildung 12: Gesetz der Verbundenheit ................................................................................ 21
Abbildung 13: DepotAssistant Hauptmenü mit textuellen Buttons ......................................... 22
Abbildung 14: DepotAssistant Hauptmenü mit grafischen Buttons ........................................ 23
Abbildung 15: Beispielhafte Darstellung kontextsensitiver Informationen im HMD. ............ 28
Abbildung 16: Anmeldung eines Anwenders im Prototyp mittels QR-Code .......................... 31
Abbildung 17: Beispielhafte Darstellung einer kontextfreien Information im HMD .............. 32
Abbildung 18: Prüfpunkte einer SP im Prototyp (normale Ansicht) ....................................... 35
Abbildung 19: Prüfpunkte einer SP im Prototyp (kompakte Ansicht) ..................................... 36
Abbildung 20: Skizze der üstra-Werkstatt für Fahrzeugprüfungen ......................................... 37
IX
Diagrammverzeichnis
Diagramm 1: Verfügbarkeit von Systemen im Betriebshof ...................................................... 24
Diagramm 2: Planung und Vergabe von Aufgaben im Betriebshofmanagement. .................... 25
Diagramm 3: Einsatz von Assistenzgeräten im Betriebshof .................................................... 26
Diagramm 4: Schematischer Ablauf der Sicherheitsprüfung ................................................... 34
X
Abkürzungsverzeichnis
AR Augmented Reality BMS Betriebshofmanagementsystem FFM Fahrfertigmachen HMD Head-Mounted-Display HU Hauptuntersuchung IBIS Integriertes Bordinformationssystem IH Instandhaltung ITCS Intermodal Transport Control System NFC Near Field Communication OBD On-Board-Diagnose SP Sicherheitsprüfung VDV Verband deutscher Verkehrsunternehmen VU Verkehrsunternehmen
Einführung
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Einführung 1.
1.1. Motivation
Wachsende Ballungsräume und zunehmende Verstädterung sind Erscheinungen der heutigen Gesellschaft [1]. Damit einher geht ein Anstieg des innerstädtischen Verkehrsaufkommens, wobei der größte Anteil auf den motorisierten Individualverkehr (MIV) entfällt [2, p. 144]. Als Konsequenz müssen bei der Städtebauplanung entsprechende Infrastrukturen berücksichtigt werden, darunter zählen Parkplätze, Straßen und Signalanlagen. All diese Aspekte tragen jedoch nicht zu einer ansprechenden Gestaltung eines Stadtbildes bei. Hinzu kommt die stärkere Umweltbelastung durch den MIV. Durch einen PKW werden 139 Gramm Treibhausgase pro Personenkilometer emittiert, im ÖPNV liegt dieser Wert hingegen bei 74 g/Pkm1. Doch bereits in den letzten Jahren ist ein anteilsmäßiger Anstieg des öffentlichen Verkehrs (ÖV) und des nichtmotorisierten Individualverkehrs zu erkennen [4, p. 3].
Aufgabe des ÖPNVs ist es daher, sich als Alternative zum MIV zu profilieren. Dazu muss dieser so ansprechend gestaltet werden, dass er von der Bevölkerung als konkurrenzfähiges Angebot zum eigenen Auto wahrgenommen wird. Wichtige Qualitätsmerkmale sind im ÖPNV die zeitliche Verfügbarkeit, die räumliche Abdeckung, der Komfort und die unkomplizierte Nutzung des Verkehrsmittels, wie zum Beispiel der Ticketverkauf im Fahrzeug [5, p. 30].
Zu diesem Zweck wurden in den vergangenen Jahren Systeme entwickelt, die einen reibungslosen Ablauf im Fahrbetrieb ermöglichen sollen. Für Fahrgäste stehen mittlerweile verschiedene Kundeninformationssysteme zur Verfügung, die über Abfahrtzeiten, Anschlüsse und Verspätungen informieren [6, p. 9]. Darüber hinaus existieren Vorgänge, die dem Kunden weitgehend verborgen bleiben, wie die Fahrzeugdisposition und das so genannte Fahrfertigmachen (FFM). Hinzu kommen Reparaturen, Reinigung der Fahrzeuge, sowie Hauptuntersuchungen und Sicherheitsüberprüfungen. Dies sind Prozesse, die im Betriebshof eines Verkehrsunternehmens (VU) angesiedelt sind, zusammengefasst werden sie als Instandhaltung (IH) bezeichnet [7, p. 5]. Der reibungslose Ablauf dieser Prozesse ermöglicht einen ebenfalls reibungslosen Fahrbetrieb.
Durch neue Anforderungen wird die IH jedoch zunehmend komplexer. Verantwortlich hierfür sind unter anderem technische Neuerungen an Fahrzeugen, wie alternative Antriebsformen und gesetzliche Vorgaben [8, p. 4]. Zusätzlich erhöht sich der wirtschaftliche Druck auf VU, die ihren Haushalt entsprechend städtischer Vorgaben anpassen müssen [8, p. 2]. 1 Umweltbundesamt, Vergleich der Emissionen einzelner Verkehrsträger im Personenverkehr - Bezugsjahr 2012. Available: http://www.umweltbundesamt.de/themen/verkehr-laerm/emissionsdaten (2015, Aug. 26).
Einführung
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Mit modernen mobilen Systemen – Smartphones, Tablets, Wearables, Head-Mounted-Displays (HMD) – ist es möglich, Informationen an nahezu jedem Ort jederzeit verfügbar zu machen. Betriebshofmitarbeitern können so wichtige Informationen zur Wartung der Busse direkt am Arbeitsplatz angezeigt werden. Weiterhin können Mitarbeiter Aufgaben direkt quittieren oder zusätzliche Informationen oder Handlungsanweisungen hinterlegen. So können Abläufe optimiert werden, indem nur nötige Handlungen durchgeführt werden, anstatt einer statischen Sequenz zu folgen. Auch werden Wege eingespart, um Informationen abzurufen oder Rückmeldungen zu geben. Das Risiko, eine vorgeschriebene Untersuchung zu verpassen oder einen gemeldeten Mangel zu übersehen und somit das Risiko des potenziellen Ausfalls eines Fahrzeugs, wird vermindert.
1.2. Zielsetzung
In dieser Arbeit werden Konzepte zur pervasiven Assistenz in Betriebshöfen entwickelt. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei auf die technische Unterstützung von Instandhaltungsmaßnahmen und Wartungstätigkeiten an Fahrzeugen gelegt. Aber auch Assistenzpotenziale, die mit einer Vernetzung verschiedener Informationssysteme einhergehen, werden behandelt.
1.3. Aufbau der Arbeit
Die Arbeit gliedert sich in fünf Kapitel. In den Grundlagen (Kapitel 2) werden Stand der Technik sowie unterstützende Komponenten mobiler Assistenzsysteme und pervasiver Assistenz erläutert. Es wird veranschaulicht, wie ein Betriebshof aufgebaut ist und welche technischen Prozesse dort ablaufen. Auch die Informationsverarbeitung innerhalb eines Verkehrsunternehmens wird eingehend betrachtet.
Darauf aufbauend handelt Kapitel 3 von Potenzialen pervasiver Assistenz im Betriebshof. Ausgehend von klassischen Betriebsprozessen, die anhand von Interviews und Befragungen ermittelt wurden, werden im zweiten Teil des Kapitels Potenziale zur Effizienzsteigerung der Prozesse mithilfe einer Datenbrille abgeleitet.
In Kapitel 4 werden ein Prototyp, sowie ein Anwendungsszenario, in dem der Prototyp zum Einsatz kommt, vorgestellt. In einem Feldversuch wird in Zusammenarbeit mit Werksmitarbeitern der Nutzen eines solchen Assistenzsystems erprobt. Ausgewertet werden die so gewonnenen Daten mit einer qualitativen Informationsanalyse.
Das Kapitel 5 beinhaltet eine kritische Auseinandersetzung mit den zuvor gewonnenen Ergebnissen und eine Einschätzung, wie diese in Zukunft nutzbar gemacht werden können.
Grundlagen
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Grundlagen 2.
Um zu verstehen, welchen Nutzen pervasive Assistenzsysteme haben und wie sie in einem Betriebshof eingesetzt werden können, müssen Grundlagen aus verschiedenen Bereichen bekannt sein. Im ersten Abschnitt des Kapitels wird daher kurz beschreiben, was eine Dienstleistung auszeichnet und wie diese mit technischen Hilfsmitteln unterstützt werden kann. Im zweiten Abschnitt werden mobile Assistenzgeräte, insbesondere Head-Mounted-Displays, vorgestellt.
Die Abschnitte 2.3 bis 2.6 beschäftigen sich mit kabellosen Datenübertragungsverfahren, Ortung und Orientierung. Die Datenübertragung ist notwendig, um mobile Geräte mit nötigen Informationen zu versorgen und einen Rückfluss der vom Anwender eingegebenen Daten zu ermöglichen. Ortung und Orientierung spielen wichtige Rollen bei den in Abschnitt 3.2 vorgestellten Assistenzkonzepten.
In Abschnitt 2.7 werden Instandhaltungsstrategien im Allgemeinen und im Kontext des Betriebshofmanagements behandelt. Die anschließenden Abschnitte thematisieren weitere Bereiche des Betriebshofmanagements.
Der Verband deutscher Verkehrsunternehmen (VDV) definiert in Schriften und Mitteilungen Standards zum Betriebshofmanagement, Softwareschnittstellen und weiteren Belangen im ÖV. Dem VDV gehören etwa 600 Unternehmen an, sodass diese Definitionen eine große Reichweite in Deutschland haben [9, p. 88]. Der prinzipielle Aufbau eines Betriebshofs wird in Abschnitt 2.8 gezeigt. In Abschnitt 2.9 wird ein Blick auf die Instandhaltungsmaßnahmen und Wartungstätigkeiten, die in einem Betriebshof stattfinden, erläutert. Anschließend wird gezeigt, mit welcher Technik ein Betriebshof und zugehörige Systeme kommunikationstechnisch vernetzt werden können.
Zuletzt ist in den Grundlagen ein kleiner Exkurs in den Bereich Visualisierung von Informationen enthalten. Dies ist nur ein sehr kurzer Abriss mehrerer Forschungsfelder, wie der Psychologie und des Designs.
Da in dieser Arbeit ein Assistenzsystem zur Unterstützung eines Betriebsprozesses im Busdepot erprobt werden soll, wird auch in den Grundlagen an einigen Stellen ein technologischer Zusammenhang zu Prozessen und Systemen des ÖV hergestellt.
Die Dienstleistung wird als eine immaterielle Handlung gegenüber einem Kunden definiert. Sie kann extern, also von einem Drittunternehmen, oder intern, von einer Abteilung im eigenen Betrieb, durchgeführt werden. S. Haller schreibt, dass die Unterscheidung zwischen
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Sachgut und Dienstleistung graduell verläuft, was bedeutet, dass eine klare Abgrenzung nicht ohne weiteres möglich ist [10].
Mit der Zeit ist die Dienstleistung ein wichtiger wirtschaftlicher Faktor geworden, da Produkte und Zusammenhänge immer komplexer werden. Zur Unterstützung werden deshalb verschiedenste Assistenzsysteme entwickelt und genutzt. Darunter zählen Qualitätsmanagementsysteme, die Tätigkeiten protokollieren und auswerten, oder Kommunikationsplattformen für Web- und Telefonkonferenzen. Speziell im technischen Bereich existieren Computerized Maintenance Management Systeme (CMMS), auch Instandhaltungsplanungs- und steuerungssysteme (IPS) genannt, die unter anderem Betriebsanleitungen von Maschinen, Montage- und Wartungsanleitungen zu einzelnen Komponenten digital verfügbar machen, Maßnahmen planen und dokumentieren. Zu nennen sind in diesem Zusammenhang exemplarisch die Forschungsprojekte PIPE und EMOTEC [11, 12].
PIPE steht für „Prozessorientierte Integration von Produktentwicklung und Servicedokumentation zur Unterstützung des technischen Kundendienstes“. Ziel von PIPE ist es, die Produktentwicklung und Generierung servicerelevanter Dokumentationen frühzeitig miteinander zu verbinden, sodass ein hybrides Produkt entsteht. Mit dem Produkt sollten Serviceinformationen ausgeliefert werden, die den gesamten Produktlebenszyklus abdecken. Zur Erhöhung der Verfügbarkeit sollten alle Informationen mobil vom technischen Kundendienst abrufbar sein [12, p. 4].
EMOTEC bedeutet „Empower Mobile Technical Customer Services“ und stellt eine Wissensplattform dar, die Kundendienstinformationen bereithält und fallspezifische Daten ermittelt. Kundendienstmitarbeiter sollen Anfragen an das EMOTEC-System stellen können, die von diesem ausgewertet und beantwortet werden. Rückkopplungen zu allen Bereichen, die ein Produkt durchläuft, ermöglichen den Wissenszuwachs des Systems [13, pp. 10–13].
Ausgestattet mit Mobilen Servicegeräten können Kundendienstmitarbeiter Protokolldateien von Maschinen auslesen und interpretieren. Durch die Interaktion mit zuvor genannten Wissensmanagementsystemen werden die Mitarbeiter bei Wartungs- und Reparaturtätigkeiten unterstützt [14, pp. 6–7].
2.2. Mobile Assistenzgeräte
Mittlerweile werden neben zweckgebundenen Spezialgeräten auch klassische Endanwendergeräte wie Smartphones oder Tablets im technischen Kundendienst genutzt. Diese Geräte haben den Vorteil, dass sie flexibler einsetzbar sind. Sie verfügen in der Regel über eine einfache, intuitive Handhabung und sind mit unterschiedlichen Kommunikationsschnittstellen ausgestattet [14, 15].
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Einen Sonderfall stellen Head-Mounted-Displays (HMD) dar. Diese werden vom Anwender auf dem Kopf in Form einer Brille oder eines Helms getragen. Dadurch ist es möglich, freihändig zu arbeiten und dennoch nötige digitale Informationen im Blickfeld zu haben [16, p. 36]. Bei HMDs wird zwischen zwei grundsätzlichen Prinzipien unterschieden, der Virtual Reality (VR) und der Augmented Reality (AR). VR-Systeme sind für die Durchführung von Tätigkeiten in Betriebshöfen ungeeignet, da sie nur eine sehr begrenzte Interaktion mit der realen Umwelt zulassen. Deshalb konzentriert sich diese Arbeit auf AR-Brillen. Eine AR-Brille kombiniert die Virtualität mit der realen Umgebung, indem Informationen direkt in das Blickfeld des Trägers eingeblendet werden. Besonders kompakte HMD besitzen einen einzelnen Bildschirm oder Projektor, der Informationen vor einem Auge darstellt (siehe z.B. Google Glass). Binokulare VR-Brillen haben die besondere Fähigkeit, Informationen kongruent überlagert in das reale Bild einzublenden [17, 18].
Pervasiv, vom Lat. „pervadere“, durchdringen, bedeutet so viel wie „durchdringend“; weitere Synonyme sind „um sich greifend“ oder „weit verbreitet“ [19, p. 10].
Das pervasive Computing (PvC) vereint Hard- und Softwaretechnologien zu intelligenten, durchdringenden Informations- und Kommunikationssystemen. Ein solches System soll den Anwender unterstützen, indem Informationen automatisch und mitunter kontextsensitiv dort zur Verfügung gestellt werden, wo sie benötigt werden. Oft stehen diese Informationen nicht im Fokus, sondern unterstützen den Anwender bei einer anderen Tätigkeit. Neben der Informationsübermittlung muss es dem Anwender möglich sein, das System zu steuern beziehungsweise mit ihm zu kommunizieren. Für Geräte, die PvC ermöglichen sollen, werden daher folgende Eigenschaften definiert:
• Miniaturisierung o kleine, mobile Komponenten
• Einbettung o in Gegenstände des alltägliche Lebens
• Vernetzung o kabellose Maschine-zu-Maschine Kommunikation, die teilweise ad-hoc
aufgebaut werden kann • Allgegenwart
o steht dem Nutzer überall zur Verfügung, teilweise unbemerkt • Kontextsensitivität
o logische Verknüpfung mit dem aktuellen Anwender-Umfeld, z.B. durch den Einsatz von Sensoren
Nicht alle Eigenschaften müssen erfüllt sein, um Teil eines pervasiven Assistenzsystems zu sein. So können daran auch große, stationäre Geräte beteiligt sein, beispielsweise ein
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intelligenter Kühlschrank, der meldet, welche Artikel bald nachgekauft werden müssen [20, pp. 8–9].
Pervasive Assistenzsysteme finden vielerorts im alltäglichen Leben Anwendung. Ein Beispiel hierfür sind E-Mails, die nicht nur vom Firmenrechner aus, sondern auch von einem Smartphone oder Tablet verwaltet werden. Ebenfalls Termine und Aufgaben liegen – zentral auf einem Server gespeichert – synchronisiert auf verschiedenen Geräten vor. Das heißt, ein Anwender kann aktuelle Informationen unabhängig von seinem Aufenthaltsort beziehen. Benachrichtigungen über eingehende Nachrichten oder neue Termine werden dem Anwender umgehend auf verbundenen Geräten angezeigt.
Speziell im technischen Kundendienst werden Diagnosegeräte genutzt, um Statusinformationen von Maschinen zu erhalten. Die so gewonnenen Informationen dienen Wartungszwecken (z.B. Emissionsdaten) oder der Fehlerermittlung. Nüttgens et al. beschreiben in [14] wie solche Geräte, unter Nutzung eines zentralen Informationsservers, einem Techniker wichtige Informationen zur Reparatur liefern können. I. Rügge führt in [15] verschiedene Hardwarelösungen mobiler Assistenzsysteme, sowie Anwendungsfälle auf, die als Komponenten einer PvC-Umgebung eingesetzt werden können.
Darüber hinaus werden Systeme erforscht, die mithilfe von Augmented Reality direkt Handlungsanweisungen in das Sichtfeld des Anwenders einblenden. Verfahren, die auf Augmented Reality setzen, werden in verschiedenen Bereichen wie der Chirurgie [21], der Produktentwicklung [22] oder in der Logistik [23] erprobt. Die besonderen Vorteile von HMDs bestehen darin, dass sie dem Träger automatisch folgen und dieser die Hände für die eigentliche Arbeit frei hat.
2.4. Datenübertragungsverfahren
Damit die verschiedenen Akteure ihre Informationen untereinander austauschen können, müssen sie miteinander vernetzt sein. Kabelgebundene Kommunikation kommt bei mobilen Systemen nur sehr begrenzt infrage, weshalb der Fokus auf kabellose Datenübertragung gelegt wird.
Ein bewährtes System der innerbetrieblichen Kommunikation ist der digitale Betriebs- und Bündelfunk. Ein weit verbreiteter Standard ist Terrestrial Trunked Radio (TETRA), mit dem verschlüsselte Daten- und Sprachübertragungen verlässlich realisiert werden können. TETRA bietet jedoch nur eine Übertragungsrate von bis zu 28,8 kbit/s, abhängig von der Anzahl genutzter Kanäle [24, p. 143]. Eine höhere Übertragungsrate bietet die Weiterentwicklung TETRA Enhanced Data Service (TEDS).
Mobilfunk ist ein Kommunikationsweg, der weit verbreitet und gut ausgebaut ist. Mit neuen Standards werden immer höhere Datenraten erzielt, die auch die Übertragung großer
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Datenpakete, wie Videodateien, ermöglichen. Zum Mobilfunk gehören derzeit die Standards GSM (2G), UMTS (3G) und LTE (4G) [25, pp. 1 ff].
Im lokalen Betrieb eignet sich ein Wireless Lokal Area Network (WLAN). Ein WLAN kann individuell eingerichtet werden und verursacht nur geringe Betriebskosten. Die Übertragungsraten sind sehr hoch, wodurch ein Austausch sehr großer Datenpakete sichergestellt ist. In der Regel wird WLAN im Rahmen von Infrastrukturnetzwerken, in denen sich die Endgeräte an Access Points verbinden, genutzt. Möglich ist aber auch der Aufbau von Ad-hoc-Netzen zwischen mehreren Endgeräten [25, pp. 297 ff]. Ein sehr ähnliches System wie WLAN ist Bluetooth, das ebenfalls im 2,4 GHz ISM (Industrial Scientific and Medical) Band sendet. Im Vordergrund steht hier jedoch der Aufbau von Ad-hoc-Netzen, insbesondere die Direktverbindung zwischen zwei Geräten [25, pp. 355 ff].
Für die Kommunikation auf kurzer Distanz, zum Beispiel zur Identifikation eines Objekts oder einer Position, eignen sich Radio-Frequency Identification (RFID) Tags. Dies sind meist passive Transponder, die durch ein Lesegerät induktiv mit Strom versorgt werden und daraufhin Daten senden oder empfangen können. Aktive RFID Tags können selbst Daten sammeln, indem sie auf Sensoren, die im Tag verbaut sind, zugreifen (z. B. Temperatur, Lage, Ort). RFID Tags sind – abhängig vom Funktionsumfang – sehr günstig und kompakt, was einen flexiblen Einsatz ermöglicht [26]. Eine Sonderform des RFID stellt die Near Field Communication (NFC) dar. Sie implementiert eine besonders sichere Form der RFID-Funkkommunikation, die nur über sehr kurze Distanzen stattfindet. Dadurch wird bereits eine physische Übertragungssicherheit gewährleistet. Moderne Mobilgeräte sind häufig mit NFC-Lesegeräten ausgestattet [14, p. 133]. Per NFC-Kommunikation kann das Pairing – das Koppeln – zweier Geräte ohne weitere manuelle Authentifizierung durchgeführt werden. Die weitere Datenkommunikation kann anschließend über andere Kanäle, wie Bluetooth, erfolgen [27, pp. 18 f].
2.5. Ortungsverfahren
Positionsdaten sind wichtige Informationen für verschiedene Anwendungen. Mit dem Soll-Ist-Vergleich einer Position kann beispielsweise die Verspätung eines Fahrzeugs bestimmt werden [28]. Auf dem Betriebshof wird ermittelt, wo sich ein Fahrzeug befindet. Welches Ortungsverfahren dabei eingesetzt wird, hängt von der benötigten Genauigkeit der Positionsdaten, sowie von den örtlichen Gegebenheiten ab. Generell kann durch eine genaue Ortung die Position einer Person in Bezug auf das zu bearbeitende Objekt hergestellt werden, woraus sich weitere Schlüsse ziehen lassen, zum Beispiel welcher Reifen bei einer Wartung im Moment untersucht wird [29, p. 86].
Zur Ortung gibt es unterschiedliche Verfahren:
• Laufzeitmessung - Time of Arrival (TOA)
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• Laufzeitdifferenz – Time Difference of Arrival (TDOA) • Zellenreichweite eines Senders – Cell of Origin (COO) • Signalstärke – Received Signal Strength Indicator (RSSI) • Eingangswinkel eines Signals – Angle of Arrival (AOA) • Odometrie
TDOA und TOA basieren auf Distanzmessung. Durch Trilateration der Entfernungen zu Landmarken kann die Position eines Zielobjekts ermittelt werden. In Abbildung 1 werden drei Landmarken durch schwarze Punkte dargestellt. Als blauer Punkt in der Mitte ist das Zielobjekt zu erkennen, dessen Position ermittelt werden soll. Als gestrichelte Kreise sind die Abstände gekennzeichnet, die das Zielobjekt zu den einzelnen Landmarken hat. Es existiert nur ein Punkt, in dem sich alle drei Kreise schneiden [30] [31].
Abbildung 1: Prinzip der Trilateration [30, p. 19]
Die Anzahl der Landmarken hängt vom Raum ab, der betrachtet werden soll. Im eindimensionalen Raum werden zwei, im zweidimensionalen Raum drei und im dreidimensionalen Raum vier Landmarken zur Bestimmung benötigt [32, p. 352]. Schon durch eine einzelne Landmarke ist eine ungefähre Positionsbestimmung möglich. Abhängig von der Reichweite zwischen Sender und Empfänger kann festgestellt werden, ob sich das Zielobjekt innerhalb eines Bereichs (einer Funkzelle) befindet (COO) – in diesem Fall wird auch von Detektion gesprochen [31]. Zusätzlich zur Information, dass sich ein Zielobjekt in Reichweite eines Senders befindet, lässt sich mithilfe der Signalstärke die ungefähre Entfernung zwischen Zielobjekt und Sender berechnen (RSSI) [30, p. 27].
Bei der Messung des Eingangswinkels eines Signals ist für eine genaue Positionsbestimmung im zweidimensionalen Raum lediglich eine zweite Sendestation nötig. Dieses Verfahren bedient sich der Triangulation. Da die Entfernung zu den Stationen nicht durch die Signallaufzeit bestimmt wird, entfällt der Zwang einer genauen Zeitsynchronisation (AOA) [33].
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Die Odometrie ist ein internes Orientierungsverfahren, bei dem die Bewegungen des Objekts direkt genutzt werden, um die neue Position in Bezug zur ursprünglichen Position zu bestimmen. Odometriewerte können aus Rotationen von Rädern oder auch durch Schrittweiten bestimmt werden [34, pp. 42–43]. Für eine absolute Positionsbestimmung eignet sich die Odometrie nur, wenn wenigstens einmal eine absolute Position des Objekts – zum Beispiel durch ein globales Satellitennavigationssystem – bestimmt werden konnte. Weiterhin ist die Odometrie fehleranfällig, da sie durch Schlupf der Reifen, falsche initiale Messungen (z. B. falscher Raddurchmesser) oder Verschleiß beeinträchtigt werden kann [34, p. 76].
2.5.1. Landmarken
Landmarken lassen sich in zwei Kategorien einteilen:
• natürlich oder künstlich • aktiv oder passiv
Natürliche Landmarken sind Objekte, die nicht zum Zweck der Lokalisierung aufgebaut wurden, jedoch durch ihre Eigenschaften (z. B. Farbe, Form) als Landmarken genutzt werden können [34, p. 90]. Künstliche Landmarken hingegen werden gezielt zum Zweck der Positionsbestimmung aufgebaut [34, p. 90]. Eine aktive Landmarke sendet ihrerseits ein Signal aus (z. B. Licht, Ultraschall), wohingegen eine passive Landmarke lediglich Signale reflektiert [34, p. 95].
2.5.2. Globale Navigationssatellitensysteme
Globale Navigationssatellitensysteme (GNSS) ermöglichen die exakte Ortung von Objekten. Satelliten senden ihre genaue Position und die exakte Uhrzeit. Es handelt sich somit um aktive, künstliche Landmarken. Prinzipiell kann ein Empfänger aus den Informationen von drei Satelliten die Laufzeit der Signale und damit die eigene Position bestimmen. So werden zwar zwei mögliche Positionen errechnet, jedoch liegt eine davon sehr weit entfernt von der Erde und kann daher ausgeschlossen werden. In der Praxis wird das Signal eines vierten Satelliten benötigt, um die Uhrzeit im Empfänger exakt einzustellen [35, p. 5] [35, p. 154].
Bekannte Implementationen dieses Systems sind das Global Positioning System (GPS, Vereinigte Staaten von Amerika), das Global Navigation Satellite System (GLONASS, Russland) und Galileo (Europa, im Aufbau befindlich). Die Systeme sind weltweit verfügbar und für den Nutzer günstig im Betrieb, da lediglich die Empfangseinheit erworben werden muss. Im Freien ist eine Ortung auf wenige Meter möglich. Mit kommerziellen Lizenzen ist eine Genauigkeit von wenigen Zentimetern möglich. Schwachstellen hat das System an Orten, die von den Satelliten nicht erreicht werden, wie z.B. Häuserschluchten oder Innenräume von Gebäuden [35].
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2.5.3. Lokale Ortung
Nicht überall können oder sollen globale Ortungssysteme eingesetzt werden. Oftmals ist innerhalb von Gebäuden der Satellitenempfang nicht möglich. Ein anderer Grund für die Installation eines lokalen Systems kann sein, sich nicht von einem externen Betreiber abhängig machen zu wollen. Gegebenenfalls sind die Satelliteninformationen auch zu umfangreich, wenn zum Beispiel lediglich eine Durchfahrtskontrolle benötigt wird.
Typischer Weise wird in solchen Fällen auf eine Bakenortung zurückgegriffen, welche auf der Nutzung künstlicher Landmarken basiert. Diese kann mit ganz unterschiedlichen Verfahren realisiert werden. Zu den auf Funk basierenden Systemen gehören W-LAN, RFID, Bluetooth oder auch das Mobilfunknetz. Andere Systeme senden Licht in unterschiedlichen Frequenzbereichen aus (z. B. Infrarotlicht) [30].
2.6. Räumliche Orientierung
Neben der Ortung ist die Orientierung ein wichtiger Indikator zur Identifikation von Tätigkeiten und Objekten. Insbesondere spielt sie eine wichtige Rolle bei der Nutzung von Virtual Reality und Augmented Reality (siehe Abschnitt 2.2). Sensoren geben dabei Informationen über die Ausrichtung des Geräts, das zur Anzeige genutzt wird, insbesondere bei HMD entspricht dies in der Regel der Blickrichtung des Trägers. Aus Orientierung und Position eines Objekts ergibt sich dessen Pose [17, p. 34].
Im dreidimensionalen Raum existieren sechs Freiheitsgrade (Abbildung 2), sie werden auch Degree of Freedom (DoF) genannt. Diese Freiheitsgrade setzen sich zusammen aus drei Translationen (left - right, forward - back, up - down) und drei Rotationen (roll, pitch, yaw). Damit können alle Bewegungen, die ein freies Objekt im dreidimensionalen Raum ausführen kann, beschrieben werden. Die Zahl der Freiheitsgrade, die ein Objekt hat, kann durch Bindung an ein anderes Objekt reduziert werden [36].
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Abbildung 2: Freiheitsgrade eines Körpers2
2.7. Instandhaltungsstrategien
Der VDV definiert vier IH-Strategien (2.7.1 bis 2.7.4), die regeln, wann welche Tätigkeit an einem Bauteil durchgeführt werden muss. Im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit soll unter Berücksichtigung des nötigen Sicherheitsniveaus und der Verfügbarkeit eine optimale Lösung gefunden werden [37, pp. 7–8]. In der Literatur sind weitere Instandhaltungsstrategien bekannt (2.7.5, 2.7.6).
2.7.1. Ausfallorientierte Strategie
Der Betrieb erfolgt bis zum Ausfall der Komponente; durch unerwarteten Ausfall und Austausch können höhere Kosten entstehen. Kann bei Teilen kein konkreter Verschleiß nachgewiesen werden oder ist eine Redundanz gegeben (z. B. Entwerter), so kann diese Strategie genutzt werden. Handelt es sich jedoch um sicherheitsrelevante oder funktionserhaltende Komponenten, muss eine andere Strategie gewählt werden [37, p. 8].
2.7.2. Vorbeugende Strategie
Feste Intervalle definieren den Austausch eines Teils; dies kann allgemein nach Zeit oder expliziter Laufleistung eines Fahrzeuges geschehen. Teile werden – basierend auf Erfahrungen – vorbeugend ausgetauscht, bevor es zu einem Versagen kommt. Die Ausfallrate wird zwar insgesamt reduziert, jedoch wird der Abnutzungsvorrat im Einzelnen nicht voll ausgeschöpft [37, p. 9].
2.7.3. Zustandsabhängige bzw. inspektive Strategie
Teile werden aufgrund von Erfahrung und Inspektion nach Bedarf ausgetauscht. Dies ist die kostengünstigste Strategie, bedarf jedoch einer sehr detaillierten Dokumentation [37, p. 10].
2 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:6DOF_en.jpg (abgerufen am 10.11.2015)
Die kombinierte Strategie verbindet einzelne Strategien miteinander und soll so maximale Zuverlässigkeit bei optimalen Kosten erzielen. Je nach Teil wird individuell entschieden, welche Strategie angewendet wird. In Abbildung 3 ist die Wahl einer IH-Strategie für ein Bauteil nach bestimmten Kriterien dargestellt [37, p. 10].
2.7.5. Zuverlässigkeitsorientierte Strategie
Bei dieser Strategie wird dasselbe Konzept wie bei der kombinierten Strategie verfolgt. Abhängig von den Eigenschaften einer Komponente wird für sie eine bestimmte Instandhaltungsstrategie angewendet, jedoch unterscheidet sich das konkrete Vorgehen zur Entscheidungsfindung von der zuvor genannten Strategie [38, pp. 43 ff].
2.7.6. Risikobasierte Strategie
Bei dieser Strategie werden Komponenten entsprechend ihres Ausfallrisikos priorisiert. Höher priorisierte Komponenten werden häufiger einer Inspektion unterzogen als niedrig priorisierte. Sie kann als Erweiterung der vorbeugenden Strategie betrachtet werden [39, p. 741].
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Abbildung 3: Auswahl der IH-Strategie für ein Bauteil nach VDV 8802 [37]
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2.8. Aufbau eines Betriebshofs
Der Betriebshof ist die technisch organisatorische Zentrale eines Verkehrsunternehmens. Die VDV Schrift 822 definiert die Funktion eines Betriebshofs folgendermaßen:
„Betriebshöfe dienen - abgestuft in Bezug auf das Leistungsvolumen - der Erfüllung von betrieblichen und technischen Anforderungen:
Zu den betrieblichen Anforderungen gehören der Personal- und Fahrzeugeinsatz. Dazu zählen das gesicherte Abstellen von Omnibussen, die Durchführung von Vorbereitungs- und Abschlußarbeiten sowie die Personal- und Fahrzeugverwaltung. Allgemeine Verwaltung und kundenorientierte Betriebsteile sind nicht Gegenstand der Betrachtung.“ [7, p. 5]
Je nach Größe eines Verkehrsunternehmens ist es möglich, mehr als einen Betriebshof zu unterhalten. Dabei kann es sich beispielsweise einen Busbetriebshof und einen Bahnbetriebshof handeln, da grundlegend unterschiedliche Anforderungen an die jeweilig nötige Infrastruktur gestellt werden. In einem modern ausgestatteten Verkehrsunternehmen sind die Betriebshöfe miteinander digital vernetzt, im optimalen Fall geht die gesamte Organisation und Steuerung von einem Betriebshof aus [40, p. 47] [37].
Im Folgenden wird exemplarisch der Aufbau eines Busbetriebshofs, wie er in VDV Schrift 822 definiert ist, beschrieben (Abbildung 4). Nach Möglichkeit hat ein Betriebshof, neben der regulären Ein- und Ausfahrt (17), eine zusätzliche Not-Ein/-Ausfahrt (18). Diese dient dazu, den Fahrbetrieb bei Blockade der regulären Ein- und Ausfahrt weiterhin zu gewährleisten. Es findet ein Fahrzeugumlauf auf dem Gelände statt, sodass alle Stationen erreicht werden können, ohne aufwändig rangieren zu müssen. Privatfahrzeuge der Mitarbeiter werden in einem eigenen Bereich (16) abgestellt, um den Betriebsablauf nicht zu stören. Ferner befindet sich am Eingang das Betriebsdienstgebäude (14); dort sind Einsatzdisposition, Verwaltungs-, Schulungs- und Sozialräume, sowie eine Kantine angesiedelt.
Ein Stauraum (12) dient als Puffer für einfahrende Fahrzeuge, an denen IH-Maßnahmen durchgeführt werden. Es kann unterschiedliche Spuren für FFM und Werkstatt-Tätigkeiten geben. Im Anschluss befinden sich Räume für die Versorgung mit Betriebsstoffen (1, 8), Reinigungsanlagen (2, 3, 4) sowie Werkstätten (5, 6, 7, 9, 10). IH-Maßnahmen werden im Abschnitt 2.9 näher erläutert.
Zuletzt befindet sich auf dem Betriebshof eine Abstellanlage (13), die ebenfalls in unterschiedlichen Formen ausgeprägt sein kann. Es gibt verschiedene Abstellarten, sie werden abhängig vom verfügbaren Platz und der Dispositionsstrategie gewählt. In der Blockaufstellung werden Fahrzeuge in Reihe direkt hintereinander aufgestellt, das Wegfahren ist nur für das jeweils erste Fahrtzeug einer Reihe möglich. Von Vorteil sind der sehr geringe
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Platzbedarf sowie die Möglichkeit, unterschiedlich lange Fahrzeuge hintereinander abstellen zu können. Alternativ ist die Schrägaufstellung in Einzelreihen denkbar. Der Platzbedarf ist etwa 70% größer [7, p. 29] als in der Blockaufstellung und es müssen unterschiedlich lange Fahrzeuge getrennt voneinander abgestellt werden. Jedoch ist der direkte Zugriff auf jedes einzelne Fahrzeug möglich.
Abbildung 4: Schematische Darstellung eines Busbetriebshofs für 100 Fahrzeuge nach VDV 822 [7, p. 25]
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2.9. Instandhaltungsmaßnahmen im Betriebshof
Zu den Instandhaltungsmaßnahmen zählen sowohl technische als auch administrative Aufgaben. Administrative Aufgaben sind die Beschaffung von Fahrzeugen, das Erstellen von IH-Plänen, sowie vorbereitende Maßnahmen zur Durchführung der IH selbst. Die technischen Aufgaben beinhalten die FFM – mit Reinigung und Betriebsmittelversorgung – Reparaturen unterschiedlicher Art sowie Wartungs- und Verbesserungsarbeiten. In Abbildung 5 sind die Tätigkeiten der IH nach Kategorien aufgeführt [37, p. 4]. Reinigung und Versorgung bilden die grundsätzlichen Komponenten des Fahrfertigmachens. Als zusätzliche Instandhaltung werden ungeplante Tätigkeiten an Fahrzeugen bezeichnet. Die technische Instandhaltung beinhaltet geplante Tätigkeiten am Fahrzeug. Zu berücksichtigen ist jedoch, dass die zusätzliche Instandhaltung auch immer Bestandteil der FFM oder der technischen Instandhaltung sein kann, wenn es um kleine Reparaturen geht, die zwischendrin erledigt werden können.
Abbildung 5: Arbeitsumfang bei der Instandhaltung von Linienbussen in Anlehnung an VDV-8802 [37, p. 3]
Grundlagen
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Ziel der IH ist es, technische Sicherheit und Verfügbarkeit zu gewährleisten und somit Ausfälle von Fahrzeugen zu minimieren. Nicht nur betriebliche Vorgaben, sondern auch gesetzliche Richtlinien müssen eingehalten werden. So wird vom Gesetzgeber vorgegeben, wie oft Hauptuntersuchungen (HU) und Sicherheitsprüfungen (SP) durchgeführt werden müssen. Diese und weitere Überprüfungen werden in der Straßenverkehrs-Zulassungs-Ordnung (StVZO) definiert [37, p. 13].
In VDV Mitteilung 8802 werden die folgenden Ziele aufgelistet [37, p. 7]:
„Hauptziele der Instandhaltung:
• Maximierung der Betriebs- und Verkehrssicherheit • Minimierung der Kosten
Unterziele:
• Verbesserung des technischen Zustands der Fahrzeuge • Reduzierung von technischen Störungen und deren
Folgekosten • Optimierung des IH-Aufwands • Optimierung von Personal- und Material-Aufwand • Erhöhung der Fahrzeugverfügbarkeit • Erhöhung des Arbeits- und Gesundheitsschutzes • Einhaltung des Umweltschutzes • Fahrgastzufriedenheit • Erhaltung des Erscheinungsbildes usw.“
Nicht unüblich ist es, dass einzelne Tätigkeiten fremdvergeben werden. Hierbei kann es sich um Tätigkeiten handeln, die durch Drittunternehmen auf dem Betriebshof durchgeführt werden (z. B. Fahrzeuginnenreinigung) oder durch Dritte in externen Werkstätten ausgeführt werden (z. B. Lackierarbeiten). Entscheidend für die Frage, durch wen eine Tätigkeit durchgeführt wird, ist die Instandhaltungstiefe des Betriebshofs und der Spezialisierungsgrad der Tätigkeit. Weiterhin muss Rücksicht auf das regionale Marktangebot genommen werden, um kontinuierliche Qualität zu gewährleisten [8, p. 11].
2.9.1. Fahrfertigmachen
Zum Fahrfertigmachen gehören die Reinigung und die Versorgung. Diese Tätigkeiten werden in der Regel täglich durchgeführt oder zumindest auf notwendige Maßnahmen überprüft.
Fahrzeuge werden täglich oder in Abhängigkeit des Tankfüllstands mit Treibstoff versorgt. Hierbei muss berücksichtigt werden, dass es mittlerweile sehr unterschiedliche Antriebsarten gibt. Neben dieselbetriebenen Verbrennungsmotoren werden mittlerweile auch Hybridfahrzeuge eingesetzt, die mit Gas oder Strom betrieben werden. Für die Steuerung von
Grundlagen
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Türen und Neigetechnik der Fahrzeuge müssen diese mit Druckluft versorgt werden. Der Ölstand ist regelmäßig zu prüfen und im Bedarfsfall zu korrigieren. Auch Reifen müssen auf den korrekten Luftdruck überprüft werden. Weitere zu prüfende Betriebsstoffe sind Kühlwasser und Scheibenwischwasser.
Für die Außenwäsche gibt es auf dem Betriebshof spezielle Waschanlagen. In der Regel müssen die Außenspiegel für den Prozess abmontiert werden, weswegen eine tägliche Wäsche nicht wirtschaftlich ist. Die Innenraumreinigung kann täglich in einem Umfang nach Bedarf durchgeführt werden.
Abhängig vom Aufbau der Betriebshallen können Tätigkeiten parallel durchgeführt werden (z. B. Betriebsmittelversorgung und Innenraumreinigung).
2.9.2. Geplante Untersuchungen und Prüfungen
HU und SP sind vom Gesetzgeber vorgeschriebene Untersuchungen, die in regelmäßigen Intervallen durchgeführt werden müssen. Abbildung 6 zeigt, wie groß diese Intervalle sind. Die HU findet grundsätzlich jährlich statt. Die SP wird erstmals nach eineinhalb Jahren durchgeführt, dann nach einem weiteren Jahr. Ab dem dritten Betriebsjahr findet die SP dreimal jährlich statt [37, p. 13].
Abbildung 6: Intervalle der gesetzlichen Untersuchungen nach §29 StVZO, Anlage VIII [37, p. 22]
Neben diesen gesetzlich vorgeschriebenen Untersuchungen gibt es weitere Prüfungen, wie eine Vor-Winter-Wartung, durch die ein Fahrzeug für die Winterzeit gerüstet werden soll. Grundsätzlich laufen Untersuchungen nach einem Protokoll ab, in dem das Ergebnis und eine mögliche Bemerkung zu jedem Punkt von der ausführenden Person dokumentiert werden.
2.9.3. Werkstatttätigkeiten
Werkstatttätigkeiten können in geplante und ungeplante Aufgabe unterteilt werden. Geplante Tätigkeiten sind präventive Maßnahmen zur Aufrechterhaltung oder Verbesserung der Funktionsfähigkeit. Darunter zählen der Teiletausch nach einer IH-Strategie, gesetzliche Untersuchungen und Einbau neuer Systeme. Auch Untersuchungen und Prüfungen können als geplante Tätigkeiten, die nach einem Prüfprotokoll durchgeführt werden, betrachtet werden (siehe Abschnitt 2.9.2). Ungeplante Tätigkeiten sind Reparaturen nach Schadensmeldungen, ausgelöst durch Vandalismus oder einen Teiledefekt [37, p. 6].
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2.10. Informationstechnik im Betriebshof
Zur Unterstützung aller Tätigkeiten im Betriebshof werden bereits diverse Hard- und Softwarelösungen eingesetzt. Teilweise werden sie zum Informationsgewinn oder zur Automatisierung von Prozessen eingesetzt. Der VDV beschreibt in seinen Schriften Systeme, die im Folgenden vorgestellt werden.
2.10.1. Intermodal Transport Control System
Das Intermodal Transport Control System (ITCS), das auch als Rechnergestütztes Betriebsleitsystem (RBL) bekannt ist, stellt den zentralen Kommunikationsknoten dar. Der Begriff RBL wurde im Jahr 2005 durch ITCS abgelöst.
Alle im Verbund vorhandenen Systeme melden sich am ITCS an, um entweder Informationen zu übermitteln oder abzurufen. Durch dieses zentrale Glied ist eine allgemeine Schnittstellendefinition möglich, über die alle Komponenten ihre Daten miteinander austauschen können. Sämtliche Daten stehen dem ITCS auf einem zentralen Server zur Verfügung. Durch eine automatische Auswertung von Ist- und Solldaten kann auf die aktuelle Betriebssituation reagiert werden. Das ITCS verwaltet den Zugriff auf Informationen wie
• Statische Fahrgastinformationen im Fahrzeug oder an Haltestellen • Soll-Ist-Abgleich des Fahrbetriebs • Fahrzeug-Statusinformationen • Dynamische Fahrgastinformationen in Abhängigkeit von der Betriebssituation • Allgemeiner Datenaustausch in textueller Form
[41] [42]
2.10.2. Integriertes Bordinformationssystem
Das integrierte Bordinformationssystem (IBIS) kommt zur Informationssteuerung in Fahrzeugen zum Einsatz. Die Bedienung funktioniert über einen Bordcomputer in der Fahrerkabine. Nach der Anmeldung eines Fahrzeugs am ITCS tauschen, je nach Implementation, verschiedene Dienste ihre Informationen miteinander aus [28, p. 8] [28, p. 6], dies sind:
• Statusinformationen des Fahrzeugs (z. B. Tür-Status, GPS-Position) • Fahrwegsteuerung, LSA-/Weichensteuerung • Fahrgastinformationen, wie Anzeigen und Ansagen • Ticketverkauf und –prüfung, Tarifinformationen • Fahrbetriebsinformationen, wie Fahrplandaten, Soll-Ist-Vergleich • Log-Daten, Störungsmeldungen • Fahrerkommunikation
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Die Datenübertragung erfolgt Internet-Protokoll-basiert, da die Menge an Datenpaketen mit der Zeit immer größer wurde und die Übertragung per analogem Funk weder zeitgemäß noch zu bewältigen ist [28, p. 6].
2.10.3. On-Board-Diagnose
Moderne Fahrzeuge besitzen eine On-Board-Diagnose (OBD), die mithilfe diverser Sensoren die Funktionsträger des Fahrzeugs überwacht, protokolliert und Störungen meldet. Die so gewonnenen Daten werden über das IBIS an das ITCS des Verkehrsunternehmens gesendet und können dort zur statistischen Auswertung verwendet werden. Fehler oder Betriebsstörungen werden dem Werkstattpersonal gemeldet und können daher schnell und zielgerichtet behoben werden. Bei schwerwiegenden Mängeln kann der Fahrer direkt über das IBIS gewarnt werden, um einen möglichen Totalausfall oder einen Unfall zu vermeiden [37, p. 28].
2.10.4. Betriebshofmanagementsystem
Das Betriebshofmanagementsystem (BMS) ist ein zentrales Steuerelement eines Betriebshofs. Es wertet Informationen, die es über das ITCS erhält, aus und trifft auf Grund der Datenlage Entscheidungen, die wieder an die entsprechenden Stellen zurückgegeben werden. Zu den Aufgaben des BMS gehören
• Disposition von Fahrzeugen und Personal • Überwachung der Betriebszustände von Fahrzeugen • Fahrzeugidentifikation, Standortermittlung und Stellplatzzuordnung • Erfassen von Werkstatttätigkeiten und Erinnern an zyklische Aufgaben
2.11. Visualisierung von Informationen
Die Art und Weise der Darstellung digitaler Daten trägt maßgeblich zum Nutzen von Informationen bei. Erst wenn die Daten in den richtigen Kontext gebracht werden können, ergibt sich ein Mehrwert. In erster Linie ist mit Kontext der Sinnzusammenhang der Informationen gemeint, aber auch der räumliche Kontext ist wichtiger Bestandteil. Informationen, die tätigkeitsbegleitend eingeblendet werden, sollten nicht das Zentrum der Aufmerksamkeit bilden, sondern lediglich im vorhandenen Kontext ergänzend eingesetzt werden, wie es oftmals bei HMDs der Fall ist. Wichtig ist es daher, Informationen in angemessenem Umfang so darzustellen, dass sie den eigentlichen Fokus nicht verdecken und dem Zweck entsprechend aufgearbeitet sind [43, pp. 70–71, 43, pp. 47–48].
2.11.1. Gestaltgesetze
Wie Informationen ansprechend dargestellt werden können zeigen die Gestaltgesetze, die Teil der Gestaltpsychologie sind. Diese wurden bereits zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts von Max Wertheimer formuliert und später von Palmer ergänzt [44].
Grundlagen
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Abbildung 7: Gesetz der Nähe [45]
Beisammen liegende Elemente werden als Einheit betrachtet. Dies gilt zum Beispiel für Auswahlgruppen oder Textabschnitte.
Abbildung 8: Gesetz der Geschlossenheit [45]
Der Würfel, der nur durch seine Ecken dargestellt ist, wird erkannt, weil fehlende Kanten im Gehirn zu einer geschlossenen Struktur ergänzt werden.
Abbildung 9: Gesetz der Auffälligkeit [45]
Objekte mit einer anderen Form oder Farbe treten aus der Masse heraus und sind besser zu erkennen.
Abbildung 10: Gesetz der Ähnlichkeit [45]
Ähnliche Objekte werden aufgrund ihrer Farbe, Form, Größe, Ausrichtung oder Textur gruppiert.
Abbildung 11: Gesetz der Fortsetzung3
Instinktiv wird durch das Folgen der Linien Punkt 1 mit Punkt 4 und Punkt 2 mit Punkt 3 verbunden. Das liegt daran, dass ein möglichst sanfter Übergang gewählt wird.
Abbildung 12: Gesetz der Verbundenheit [45]
Andere Gesetzmäßigkeiten außer Acht lassend, erzeugt die Verbundenheit eine besonders starke Form der Gruppenbildung.
3 http://www.webmasterpro.de/design/article/gestaltgesetze-der-wahrnehmung.html (abgerufen am 12.11.2015)
In Abbildung 7 bis Abbildung 12 ist eine Auswahl von Gestaltgesetzen beschrieben, wobei die Bezeichnungen in der Literatur gelegentlich abweichen. Außerdem zu nennen sind das Gesetz der gemeinsamen Region, das Gesetz der Gleichzeitigkeit sowie das Gesetz des gemeinsamen Schicksals. Das Berücksichtigen von Gestaltgesetzen beeinflusst in hohem Maße die Interpretation und das Erfassen von visuellen Informationen.
2.11.2. Icons
Visuelle Hilfsmittel wie Icons vereinfachen die Darstellung von Menüs, da sie schneller wahrgenommen werden können und weniger Platz benötigen als Texte oder Schriftzüge. Wichtig ist jedoch, dass jedes Icon im jeweiligen Kontext nicht interpretierbar ist, sondern eindeutig vermittelt, was es ausdrücken soll beziehungsweise was sich hinter ihm verbirgt [45, p. 150]. Kontrovers ist die Überlegung, ob ein Icon unabhängig von der Sprache universell verstanden wird. Einerseits ist bei Grafiken seltener ein Sprachverständnis nötig, jedoch existieren kulturelle Unterschiede, die verschiedene Interpretationen zulassen können [43, p. 314, 45, p. 167]. In Abbildung 13 und Abbildung 14 werden Beispiele für textuelle und grafische Buttons des Hauptmenüs des Prototyps dieser Arbeit gezeigt.
Abbildung 13: DepotAssistant Hauptmenü mit textuellen Buttons
Grundlagen
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Abbildung 14: DepotAssistant Hauptmenü mit grafischen Buttons4
2.11.3. Gesichtsfeld & Fokus
Da das Gesichtsfeld des Menschen relativ klein ist, wechselt der Fokus häufig, um möglichst viele Eindrücke aus der Umgebung zu erfassen. Daraus folgt, dass es nicht möglich ist, zu einem Zeitpunkt alles wahrzunehmen, was im Blickfeld erscheint [45, p. 133]. Ereignisse, wie beispielsweise der Eingang einer Benachrichtigung, die eine Verlagerung des Fokus mit sich ziehen, sind daher häufig störend, da sie eine Ablenkung von der eigentlichen Tätigkeit hervorrufen. Dieser Umstand kommt insbesondere bei HMDs zu tragen, da diese nicht eingesteckt oder weggelegt werden, sondern sich immer im Blickfeld des Anwenders befinden. Durch den gezielten Einsatz von in Abschnitt 2.11.1 genannten Gestaltgesetzen kann einer Ablenkung vom Wesentlichen entgegengewirkt werden, indem auf geeignete Gruppierung oder Hervorhebungen durch Farbe und Form geachtet wird.
4 Die Icons wurden von Freepik erstellt: www.flaticon.com
Klassischer Dienstleistungsprozess und Potenziale pervasiver Assistenz
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Klassischer Dienstleistungsprozess und Potenziale pervasiver 3.Assistenz
In Kapitel 2 wurde dargestellt, welche Abläufe in Betriebshöfen stattfinden und welche Systeme es zur Überwachung und Unterstützung dieser Abläufe gibt. Der Idealfall, wie er in Schriften des VDV erklärt wird, existiert jedoch in kaum einem Betrieb, wie persönliche Gespräche und eine Befragung zur Nutzung von Assistenzsystemen in Betriebshöfen ergeben haben. Im ersten Teil dieses Kapitels werden daher klassische Dienstleistungsprozesse im Betriebshof näher betrachtet.
Im zweiten Teil werden Annahmen und Voraussetzungen getroffen, die für einen effizienten Betrieb mobiler Assistenzsysteme notwendig sind. Mit Blick auf die drei Kernbereiche der Instandhaltung werden daraufhin Konzepte zum Einsatz pervasiver Assistenzsysteme entwickelt.
3.1. Klassischer Dienstleistungsprozesse im Betriebshof
In Kapitel 2 wurde bereits beschrieben, welche Tätigkeiten (Abschnitt 2.9) im Betriebshof ausgeführt werden und welche Informationstechniken (Abschnitt 2.10) grundsätzlich zum Einsatz kommen. Interviews sowie eine Befragung, gerichtet an 67 VU, haben gezeigt, dass VDV-Schriften und -Mitteilungen lediglich in Teilen umgesetzt werden.
An der Befragung haben 18 VU teilgenommen, wovon 10 Datensätze zur weiteren Auswertung nutzbar waren, was einer Rücklaufquote von 15% entspricht. Aufgrund der geringen absoluten Zahl an verwertbaren Rückläufern können durch die Befragung nur sehr grundsätzliche Aussagen getroffen werden. Befragung und Interviews werden im Folgenden gemeinsam ausgewertet.
Diagramm 1: Verfügbarkeit von Systemen im Betriebshof
0
2
4
6
8
10
12
ITCS BMS IBIS OBD lokaleOrtung
Wartung
nicht beantwortet
nein
teilweise
ja
Klassischer Dienstleistungsprozess und Potenziale pervasiver Assistenz
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Wie in Diagramm 1 zu erkennen ist, ist die technische Ausstattung von Betriebshöfen gemischt. So nutzen rund 80% der VU bereits ein ITCS, 60% der VU setzen ein BMS ein. IBIS und OBD werden nur noch von etwa 50% der VU genutzt. Viele VU haben angegeben, mehrere Betriebshöfe zu unterhalten, diese sind nur teilweise mit lokaler Ortung ausgestattet. Wartungstätigkeiten werden jedoch von allen VU in eigenen Werkstätten durchgeführt und nicht an Externe ausgelagert.
Neben der Verfügbarkeit von Systemen wurde auch nach der Art, wie Aufgaben geplant und vergeben werden, gefragt. Die Befragten sollten angeben, wie über Aufgaben des FFMs, Wartungstätigkeiten und Reparaturen sowie die Abstellposition eines Fahrzeugs informiert wird. Diagramm 2 gibt eine kumulierte Übersicht der Ergebnisse wieder.
Diagramm 2: Planung und Vergabe von Aufgaben im Betriebshofmanagement.
Es zeigt sich, dass die Aufgabenplanung überwiegend mündlich oder handschriftlich erfolgt. An zweiter Stelle steht die Anzeige im BMS über stationäre Computer. Diese Erkenntnis deckt sich auch mit Antworten auf die Fragen nach der Verfügbarkeit von Assistenzsystemen.
Diagramm 3 zeigt weiterhin, dass Computer als Assistenzgeräte im Betriebshof häufig genutzt werden, andere Geräte jedoch selten oder gar nicht zum Einsatz kommen.
2% 2%
5%
14%
17%
21%
39%
Aufgabenplanung
Parkposition (z.B. Einfahrlinie)
Anzeige im Fahrzeug
Anzeigen auf Betriebsgelände
Wird nicht informiert
Analog (z.B. Fahrtenbuch)
Anzeige im BMS (Computer)
Mündlich
Klassischer Dienstleistungsprozess und Potenziale pervasiver Assistenz
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Diagramm 3: Einsatz von Assistenzgeräten im Betriebshof
Während persönlicher Interviews hat sich ebenfalls gezeigt, dass eine Vernetzung von Informationen in vielen Fällen nicht stattfindet. Messwerte von Analysegeräten müssen häufig manuell übertragen werden, was neben zusätzlicher Arbeit auch zu Fehlern bei der Eingabe führen kann. Informationen zu Fahrzeugen können nur in zentralen Computern von Betriebshöfen eingesehen werden.
3.2. Potenziale neuer Ansätze
Im vorigen Abschnitt wurde festgestellt, dass pervasive Assistenzsysteme bisher nicht zum Einsatz kommen. Dabei ist das Aufgabenspektrum sehr vielfältig und die meisten Tätigkeiten erfordern einen bidirektionalen Informationsaustausch. Ziel neuer Konzepte muss es sein, den Arbeitsablauf zu vereinfachen, indem Werker direkt bei ihrer Arbeit unterstützt werden. Dabei kann auf bereits bestehende Prinzipien zur Auswertung und Wiedergabe von Informationen zurückgegriffen werden.
Zum Einsatz von Assistenzsystemen müssen jedoch bestimmte Voraussetzungen erfüllt sein, diese werden im Folgenden erläutert.
3.2.1. Annahmen & Voraussetzungen
Eine wichtige Grundlage für den Einsatz pervasiver Systeme ist die Verfügbarkeit von Statusinformationen über die Fahrzeuge und geplanten Tätigkeiten im Betriebshof. Daher kommen für den Einsatz dieser Systeme insbesondere höher technisierte Betriebshöfe infrage, die eine gut ausgebaute Dateninfrastruktur bieten; eine sukzessive Aufrüstung der Systeme ist möglich. Es ergeben sich Voraussetzungen, die ein Betriebshof erfüllen muss, um die in dieser Arbeit beschriebenen Konzepte vollumfänglich nutzen zu können.
0123456789
Einsatz von Assistenzgeräten
nicht beantwortet
nein
ja
Klassischer Dienstleistungsprozess und Potenziale pervasiver Assistenz
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Dateninfrastruktur: Das VU muss mit einem ITCS ausgestattet sein, das als Schnittstelle für den Datenaustausch weiterer Systeme dient. An das ITCS muss ein BMS angeschlossen sein, das die Verwaltung von Personal, Fahrzeugen und Aufgaben durchführt. Fahrzeuge tauschen über das IBIS Informationen mit dem BMS aus. Die OBD in Fahrzeugen liefert Statusinformationen.
Hardware: In allen Bereichen des Betriebshofs ist kabellose Datenkommunikation gegeben. Die Ortung von Fahrzeugen ist im gesamten FFM- und Werkstattbereich möglich.
Einschränkungen: In dieser Arbeit werden keine Anforderungen an die Assistenzsysteme, die Datensicherheit oder die Ergonomie gestellt; diese Aspekte müssen jedoch im Regelbetrieb berücksichtigt werden. Anforderungen an Assistenzsysteme können abhängig vom verlangten Service ganz unterschiedlich ausfallen. Die Akkulaufzeit, die für eine ganze Schicht ausreichend sein muss, um einem Wechsel und damit einer Unterbrechung vorzubeugen, ist dabei eine verhältnismäßig allgemeine Anforderung. Darüber hinaus müssen etwa Fragen der Sensorgenauigkeit oder Robustheit individuell geklärt werden.
3.2.2. Potenzialeinschätzung & Konzepte
Die drei Bereiche der Instandhaltung (Fahrfertigmachen, geplante Wartungstätigkeiten, ungeplante Werkstatttätigkeiten) bieten sehr unterschiedliche Potenziale für den Einsatz pervasiver Assistenzsysteme. So gehört das FFM zum Tagesgeschäft in einem Betriebshof, die Abläufe sind demnach bekannt und eingespielt. Ein erfahrener Werker muss hier nicht durch seine Aufgaben geführt werden. Optimierungspotenziale bieten sich an, wenn durch Einsatz von Assistenzsystemen von routinemäßigem FFM zu situativem FFM übergegangen wird. Das heißt, es werden nur Tätigkeiten ausgeführt, die für die nächste Ausfahrt relevant sind.
Anders verhält es sich bei Wartungstätigkeiten. Hierbei handelt es sich prinzipiell auch um Tätigkeiten, die immer demselben Ablauf folgen, jedoch gehören sie nicht zwingend zum Tagesgeschäft, was bedeutet, dass die Intervalle zwischen zwei Wartungen ganz unterschiedlich ausfallen können (vgl. Abschnitt 2.9.2). Weiterhin kommt es mitunter auf die IH-Strategie an, ob und wann ein Bauteil überprüft, beziehungsweise ausgetauscht werden muss (vgl. Abschnitt 2.7). Entsprechende Meldungen durch ein Assistenzsystem ermöglichen eine genauere Koordination der einzelnen Tätigkeiten.
Ungeplante Werkstatttätigkeiten, wie Reparaturen, bilden einen Sonderfall, da ihr Umfang strategisch nicht abschätzbar ist. Es kann also möglich sein einen Mangel während des FFMs oder einer Wartung beseitigen zu können. Daher durchdringt dieser Bereich auch die beiden anderen Bereiche. Denkbar ist aber auch, dass der Schaden so umfangreich ist, dass das Fahrzeug zeitweise stillgelegt und eine Reparatur eingeplant werden muss. Ein mobiles
Klassischer Dienstleistungsprozess und Potenziale pervasiver Assistenz
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Assistenzgerät kann daher ein hilfreiches Instrument zum Melden und Abrufen von Mängeln sein.
Im Folgenden werden die genannten Grundgedanken detailliert beschrieben und es werden entsprechend der Anforderungen geeignete Konzepte aufgezeigt. Daran anschließend werden technische Anforderungen an Assistenzsysteme besprochen, die sich aus dem Umgang mit diesen ergeben.
3.2.2.1. Fahrfertigmachen
Das FFM ist die am häufigsten alltäglich durchgeführte technische Tätigkeit im Betriebshof, daher sind Einsparungspotenziale hier besonders wirksam. Durch effizienten Einsatz kann der Bedarf an Betriebsmitteln reduziert werden. Werden nur nötige Tätigkeiten durchgeführt, reduziert sich die Arbeitszeit an jedem einzelnen Fahrzeug. Durch das umgehende Beheben von Mängeln kann größeren Schäden vorgebeugt und die Betriebssicherheit erhöht werden.
Mithilfe der immer weiter verbreiteten Einbettung von Sensoren in einzelne Bauteile ist es möglich das FFM situationsabhängig durchzuführen. Dabei erhält der Werker alle zur Verfügung stehenden Informationen auf sein Assistenzgerät eingeblendet. Abhängig von den Soll-Werten, die durch das BMS ermittelt werden können, werden die Informationen entsprechend aufbereitet zur Verfügung gestellt. In Abbildung 15 werden beispielhaft KM-Stand, Tankfüllstand und Ad-Blue-Füllstand oben links angezeigt. Kongruent überlagert werden die Daten der Reifendrucksensoren angezeigt. Durch die rote Markierung von Werten, die nicht dem Soll-Wert entsprechen, erkennt der Werker sofort, welche Tätigkeiten am Fahrzeug durchgeführt werden müssen.
Abbildung 15: Beispielhafte Darstellung kontextsensitiver Informationen im HMD.
Klassischer Dienstleistungsprozess und Potenziale pervasiver Assistenz
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Das Fahrzeug, an dem der Werker dabei tätig ist, kann durch Ortungstechnologie identifiziert werden oder wird durch Scannen eines Barcodes, des Kennzeichens oder das Auslesen eines NFC-Chips realisiert. Das reduziert die aktive Interaktion mit dem Assistenzgerät und ermöglicht es dem Werker ohne zusätzlichen Aufwand, die eigentlichen Aufgaben zu verfolgen.
3.2.2.2. Geplante Untersuchungen und Prüfungen
Die Durchführung einer Wartung hängt von mehreren Faktoren ab. So gibt es gesetzmäßige Intervalle, in denen HU oder SP durchgeführt werden müssen (siehe Abschnitt 2.9.2), hinzu kommen bauteilabhängige Wartungsintervalle unter Berücksichtigung der gewählten IH-Strategie. Des Weiteren sind einzelne Wartungsschritte abhängig vom Fahrzeugtyp und sogar vom spezifischen Modell durchzuführen. Aufgrund steigender Energiekosten und begrenzter fossiler Ressourcen geht auch bei VU der Trend hin zum intensiveren Einsatz von Hybridfahrzeugen unterschiedlichen Typs. Insbesondere bei Wartungen führt das dazu, dass für die unterschiedlichen Fahrzeuge zusätzliche Prüfschritte durchgeführt werden müssen. Ein Assistenzsystem ist in der Lage, in Abhängigkeit des zu prüfenden Fahrzeugs, das Prüfprotokoll entsprechend zu gestalten.
Ein Werker kann durch ein Assistenzgerät insofern unterstützt werden, als dass es ihm das Prüfprotokoll anzeigt, das ihn durch die gesamte Wartungstätigkeit führt und eine Protokollierungsschnittstelle bietet. In einer Einführung wird dem Werker mitgeteilt, welche Werkzeuge und Verbrauchsmaterialien, etwa zum Austausch von Filterelementen, bereitliegen müssen. Während der Durchführung können alle Prüfschritte vom Werker dokumentiert werden, Mess- und Sensordaten können vom System erfasst und visualisiert werden. Auch Mängel können somit umgehend ins Prüfprotokoll aufgenommen werden, unterstützt etwa durch Audio- und Videoaufzeichnung.
3.2.2.3. Werkstatttätigkeiten
Werkstattätigkeiten müssen immer dann durchgeführt werden, wenn Teile defekt oder abgenutzt sind, beschädigt wurden oder nach einer bestimmten Lebensdauer ersetzt werden müssen. Dabei sind die erforderlichen Tätigkeiten so vielfältig wie die Ursachen. Ein pervasives Assistenzsystem bietet in diesem Zusammenhang mehrere Unterstützungspotenziale.
Bevor ein Mangel beseitigt werden kann, muss dieser identifiziert und gemeldet werden. Dies geschieht teilweise automatisch, zum Beispiel durch die OBD. Aber auch im Fahrbetrieb können Mängel am Fahrzeug, z.B. durch das Fahrpersonal, identifiziert werden. Diese müssen ggf. manuell gemeldet werden. Zu diesem Zweck gibt es oftmals eine Eingabemaske im IBIS des Fahrzeugs. Auch beim FFM oder bei Wartungstätigkeiten können Mängel erkannt werden. Wird bereits ein Assistenzgerät während des FFMs oder Wartungen eingesetzt, bietet es sich an, festgestellte Mängel mit dessen Hilfe zu protokollieren.
Klassischer Dienstleistungsprozess und Potenziale pervasiver Assistenz
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Nachdem Mängel gemeldet wurden, können diese entsprechend des Reparaturaufwands kategorisiert werden. Kleine Mängel können vom Werker während des FFMs oder einer Wartung beseitigt werden. Das Assistenzsystem sorgt dafür, dass der Werker über den Mangel informiert wird und zeigt im Bedarfsfall nötiges Arbeitsmaterial an. Erst bei aufwändigen Reparaturen muss das Fahrzeug für einen Werkstatttermin eingeplant werden.
Zur weiteren Unterstützung kann sich der Werker Betriebshandbücher und Reparaturanleitungen auf dem Assistenzgerät anzeigen lassen. Zu Verfügung stehende Technologien wurden in Abschnitt 2.1 vorgestellt.
3.2.2.4. Anforderungen an ein Assistenzsystem
Während aller anfallenden Tätigkeiten im Betriebshof darf der Werker von einem Assistenzsystem möglichst nicht behindert werden. Es gilt daher, einige Anforderungen zur Nutzung zu berücksichtigen.
Grundsätzlich sollte die Interaktion mit dem Assistenzgerät durch möglichst wenige Nutzereingaben realisierbar sein. Insbesondere die Steuerung von HMDs ist gewöhnungsbedürftig und teilweise umständlich. Native HMD-Steuerungen sind kleine Joysticks oder Touchpads am Brillenbügel oder per Kabel angeschlossene Touch-Controller. Diese Steuerungen haben alle gemein, dass mindestens eine Hand zur Bedienung eingesetzt werden muss. Bedienung ohne Nutzung der Hände lässt sich durch Sprache oder Kopfbewegungen realisieren. Kopfbewegungen können durch die Beschleunigungssensoren und Gyroskop in der Brille registriert und ausgewertet werden. Dabei müssen die Schwellwerte der Gesten so gewählt werden, dass die Bedienung weder durch zu geringe, noch zu starke Kopfbewegungen ausgelöst wird. Insbesondere im technischen Umfeld, bei dem Tätigkeiten in unterschiedlichsten Positionen durchgeführt werden, ist dieser Kompromiss schwer zu realisieren. Sprache wiederum muss relativ aufwändig analysiert werden und die Befehle müssen dem Anwender bekannt sein. Sie sind nicht so intuitiv wie Touch-Navigation oder Gestensteuerung. Durch den Abgleich mit Sprachmustern werden die unterschiedlichen Befehle erkannt. Der Abgleich mit Mustern kann durch Umgebungsgeräusche, wie sie oft in Werkstätten vorkommen, erschwert werden. Das Koppeln einer Smart-Watch als Controller für das HMD wäre eine Alternative, eine intuitive Touch-Steuerung für den Werker zu realisieren.
Die Kopplung mehrerer Geräte kann per Kamera oder NFC-Chip realisiert werden, wodurch eine schnelle Interaktion mit dem System erreicht wird. Ähnliche Verfahren können auch zur Identifikation von Fahrzeugen genutzt werden. Abbildung 16 zeigt exemplarisch, wie eine Nutzerauthentifizierung mittels QR-Code auf dem Mitarbeiterausweis aussehen könnte. Dem Anwender bleibt so die händische Eingabe seiner Daten erspart, die zumindest auf einem HMD sehr umständlich wäre.
Klassischer Dienstleistungsprozess und Potenziale pervasiver Assistenz
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Abbildung 16: Anmeldung eines Anwenders im Prototyp mittels QR-Code
Bei Tätigkeiten am Fahrzeug kann durch Ermitteln der Pose (siehe Abschnitt 2.6) des Werkers und unter Zuhilfenahme einer Bilderkennungssoftware die aktuelle Tätigkeit identifiziert werden. Das Assistenzgerät kann so automatisch die nötigen Informationen anzeigen oder zum nächsten Schritt springen, wenn eine Handlung als abgeschlossen identifiziert wurde. Eine händische Interaktion mit dem Gerät ist dann nicht mehr nötig.
Speziell bei HMD muss berücksichtigt werden, ob eine Funktion des Assistenzsystems im Zentrum der Aufmerksamkeit stehen soll, wie zum Beispiel das Hauptmenü oder Schichtpläne. Dann kann der vollständige Bildschirm zum Anzeigen genutzt werden und die Umwelt wird durch einen geeigneten Hintergrund ausgeblendet (vgl. Abbildung 17). Sollen hingegen kontextsensitive Informationen, etwa Anweisungen zu einer Werkstatttätigkeit, angezeigt werden, sollen diese das Sichtfeld des Anwenders nicht behindern. Informationen werden daher am Displayrand angezeigt oder werden nur auf explizites Verlangen des Anwenders sichtbar. Ein transparenter Displayhintergrund ermöglicht gute Sicht auf das reale Umfeld (vgl. Abbildung 15).
Ein gut vernetztes Assistenzgerät kann außerdem auf Umgebungseinflüsse reagieren. Wenn der Werker beispielsweise das Zündschloss eines Fahrzeugs betätigt und es auf seine Abstellposition bringen will, schaltet sich das HMD automatisch aus und die Informationen werden stattdessen automatisch im IBIS des Fahrzeugs angezeigt.
Klassischer Dienstleistungsprozess und Potenziale pervasiver Assistenz
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Abbildung 17: Beispielhafte Darstellung einer kontextfreien Information im HMD
3.3. Kapitelzusammenfassung
In diesem Kapitel wurde aufgezeigt, wie Betriebsprozesse in Betriebshöfen in der Realität ablaufen. Wie eine Befragung gezeigt hat, ist dabei besonders auffallend, dass Betriebshofmanagementsysteme selten eingesetzt werden. Ein Einsatz von mobilen Assistenzsystemen scheint nur in einzelnen Ausnahmefällen und mit wenig Erfolg erprobt worden zu sein. Dabei bieten pervasive Assistenzsysteme schon mit geringem Aufwand erhebliche Funktionspotenziale, wie es bereits im Abschnitt 2.3 erläutert wurde. Darauf aufbauend wurden im letzten Abschnitt dieses Kapitels verschiedene konkrete Potenziale erläutert, welche prinzipiell, mit Rücksichtnahme auf die zuvor getroffenen Annahmen und Voraussetzungen, anwendbar sind. Einige, bereits aus anderen Bereichen bekannte Konzepte wurden dabei aufgegriffen, die jedoch im Kontext der Betriebshofassistenz in dieser Form noch keine Berücksichtigung gefunden haben. Alle genannten Konzepte bieten dabei Möglichkeiten der Auslegung, der weiteren Spezialisierung und Anpassung.
Anwendungsfall im Betriebshof
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Anwendungsfall im Betriebshof 4.
Nachdem in Kapitel 3 Konzepte zur pervasiven Assistenz aufgezeigt wurden, werden diese teilweise in einem Feldversuch erprobt. Der dafür entwickelte Prototyp bildet dabei einen konkreten Anwendungsfall ab, der in Abschnitt 4.1 definiert wird. Im darauf folgenden Abschnitt wird erläutert, aus welchen Komponenten sich der Prototyp zusammensetzt und welche Einschränkungen dabei berücksichtigt werden müssen. Im Abschnitt 4.3 wird die Herangehensweise zur Durchführung und Auswertung des Feldversuchs näher beschrieben. Abschließend folgen die Beschreibung der Durchführung mit der üstra AG aus Hannover und die Auswertung des Feldversuchs.
4.1. Szenariodefinition
Das Szenario hat die Sicherheitsprüfung eines Solaris Linienbusses zur Grundlage, wie sie nach „SP-Prüfablauf Kraftomnibus“ durchgeführt werden soll. Diese Wartung wird bei der üstra in Hannover in der betriebseigenen Werkstatt durchgeführt, weshalb es sich anbietet, den Feldversuch gemeinsam mit üstra-Mitarbeitern stattfinden zu lassen.
Die Sicherheitsprüfung ist eine umfangreiche Untersuchung, die pro Fahrzeug rund zwei Stunden Arbeitszeit benötigt. Die Prüfung beginnt mit einer Probefahrt, bei der auf ungewöhnliche Geräusche und unnormales Fahrzeugverhalten geachtet wird. Die weiteren Tätigkeiten finden in der Werkstatt auf der Arbeitsgrube statt. Diese setzen sich zusammen aus Sichtprüfungen des Fahrzeugs von außen, Sichtprüfung der Lenkung, Vorderachse und der Hinterachse, sowie der Bremsanlage von unten und Funktionsprüfungen von Bremsanlagen, Licht und Hydraulik.
Im Prototyp wird nicht die vollständige SP abgebildet, sondern nur der Bereich „Sichtprüfung der Bremsanlage“. Dies ist für einen ersten Prototypen ausreichend, da sich alle Prüfaufgaben vom Prinzip her ähnlich sind und der Prototyp selbst keine reale Funktionalität aufweist.
In Diagramm 4 ist ein möglicher Ablauf der SP unter Zuhilfenahme eines Assistenzgeräts prinzipiell dargestellt. In den drei Spalten sind die beteiligten Akteure und ihre Aufgaben sowie Tätigkeiten aufgeführt. Die linke Spalte steht dabei stellvertretend für alle im Hintergrund aktiven Informationssysteme.
Anwendungsfall im Betriebshof
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Szenario - Sicherheitsprüfung
Moverio BT-200BMS/ITCS/CMMS Werker
Vorb
erei
tung
Im H
aupt
men
üM
ange
l bes
eitig
enNa
chbe
reitu
ngSP
dur
chfü
hren
SP fällig
Aufgabe für SP einplanen
Dienstbeginn
Anmeldung am Assistenzsystem
Login Dialog anzeigen
Prüfung der Nutzerdaten
Login korrekt Nein
Ja
Anzeigen des Hauptmenüs
Werker der Aufgabe zuweisen
Über neue Aufgabe benachrichtigen Wählt Aufgabenliste
Ja
Übersicht aller Aufgaben anzeigen
Wählt Benachrichtigung
Aufgabendetails anzeigen
Daten bereitstellen
Daten bereitstellen
Aufgabe beginnen
Einführung und Materialliste anzeigenDaten bereitstellen
Anzeige der Parkposition des Fahrzeugs auf der Karte
Diagramm 4: Schematischer Ablauf der Sicherheitsprüfung
Anwendungsfall im Betriebshof
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4.2. Prototypentwicklung
Im Fokus des Versuchs steht die prototypische Umsetzung zuvor genannter Konzepte, unter Verwendung eines HMD. Andere Assistenzgeräte kommen nicht zum Einsatz, da ihre Anwendung nicht sinnvoll erscheint, beziehungsweise die benötigte Hardware zum Zeitpunkt des Versuchs nicht verfügbar ist. In Abschnitt 3.2.1 wurde erklärt, dass die Anbindung an ein ITCS und ein BMS zur Datenkommunikation nötig ist, diese Voraussetzung kann im Feldversuch nicht erfüllt werden. Der Prototyp ist daher ein Programm, das eine realistische Anwendung lediglich simuliert. Auf die Umsetzung von AR-Funktionen, wie das Erkennen von Objekten, wurde bewusst verzichtet, da der Entwicklungsaufwand im Rahmen dieses Prototyps nicht im Verhältnis zum Nutzen während des Feldversuchs steht. Dass AR-Funktionen in mobilen Systemen möglich sind, wurde bereits an anderer Stelle nachgewiesen.
Der Prototyp ist vollständig als Android Anwendung speziell für die Epson Moverio BT-200 entwickelt worden. Anwender bekommen einen Einblick vermittelt, wie die Darstellung und Steuerung eines HMDs gestaltet werden kann. Dabei kommen auch interne Sensoren und die Kamera der Brille zum Einsatz. Der Prototyp ermöglicht das Anmelden als Benutzer per QR-Code-Scanner. Nach erfolgreicher Anmeldung wird der Hauptbildschirm sichtbar, über den die verschiedenen Funktionen des Prototyps sowie ein Einstellungsmenü erreichbar sind. Im Aufgabenmenü kann nun der Werker eine fällige Sicherheitsprüfung aus der Liste wählen und die Bearbeitung beginnen. In der oberen Leiste der Abbildung 18 sind der aktuelle Prüfpunkt und der zugehörige Unterpunkt zu sehen. Diese können in Form einer Dropdown Liste ausgewählt werden. Mithilfe der Pfeile ist die manuelle Navigation zwischen den Unterpunkten möglich. Mit grafischen Buttons bestätigt der Werker die erfolgreiche Prüfung oder lehnt diese ab. Über den Button unten rechts kann das Mikrofon gestartet werden, um zum jeweiligen Unterpunkt einen Audiokommentar zu verfassen.
Abbildung 18: Prüfpunkte einer SP im Prototyp (normale Ansicht)
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Die Abbildung 19 zeigt die kompakte Ansicht der SP. Sie wird automatisch angezeigt, wenn der Controller über einen, in den Einstellungen wählbaren, Winkel nach unten gekippt wird. Dadurch wird angenommen, dass der Controller nicht vom Werker genutzt wird und sich beispielsweise in einer Tasche befindet. Durch die kompaktere Darstellung der Informationen ist der Bereich des Blickfelds, der durch die Projektion in der Brille überdeckt wird, kleiner und der Werker kann besser mit seinem realen Umfeld interagieren. Beim Aufnehmen des Controllers wird automatisch in die normale Ansicht zurück gewechselt.
Abbildung 19: Prüfpunkte einer SP im Prototyp (kompakte Ansicht)
4.3. Methodik
Während der Durchführung des Feldversuchs und zur Auswertung desselbigen kommen qualitative Methoden, wie sie aus der Sozialforschung bekannt sind, zum Einsatz. Insbesondere bei der Umsetzung von Konzepten zur Assistenz für Personen in ihrem Fachgebiet ist eine Expertenbefragung zur Gestaltung dieser Konzepte von erheblichem Nutzen. Eine qualitative Herangehensweise ermöglicht es, Expertenwissen mit einer prototypischen Anwendung zu kombinieren und nachfolgend auszuwerten und dabei auf die fachspezifischen Bedürfnisse der Anwender einzugehen. Klassische Gütekriterien der quantitativen Forschung hingegen lassen sich bei der Durchführung eines solchen Feldversuchs nicht anwenden, da keine standardisierten Daten extrahiert werden können [46].
Der Feldversuch selbst wird in Form einer offenen Beobachtung in Kombination mit einem problemzentrierten Experteninterview durchgeführt. Das bedeutet, der Werker wird bei seiner Tätigkeit mit und ohne Unterstützung durch das HMD beobachtet, währenddessen er Informationen und Instruktionen zur Bedienung und möglichen Darstellungsformen und Inhalten erhält. Dabei schildert er selbst sein Wissen und seine Erfahrungen und kommentiert
Anwendungsfall im Betriebshof
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seine Tätigkeiten [47]. Die darauffolgende Auswertung bedient sich der typologischen Analyse [48].
4.4. Durchführung
Die Durchführung des Feldversuchs fand mit dem für die SP verantwortlichen Werker im Busbetriebshof der üstra in Hannover statt. Vor Beginn der SP wurden die Funktionen des HMD erklärt und Potenziale mobiler Assistenzgeräte erläutert. Während der Prüfung wurde der Werker bei allen Tätigkeiten begleitet. Dabei wurden die Einsatzmöglichkeiten des HMDs an einzelnen Beispielen konkret dargestellt. Den Prüfabschnitt „Sichtprüfung unten, Bremsanlage“ hat der Werker mithilfe des HMD durchgeführt.
Im Folgenden werden die Beobachtungen und die Gesprächsinhalte während des Feldversuchs zusammengefasst. Das Gespräch baut dabei auf den Beobachtungen auf und muss mit dem Beobachtungsprotokoll im Zusammenhang betrachtet werden. Zum Zweck der Auswertung sind die nachfolgenden beiden Abschnitte mit Zeilennummern versehen. In Abbildung 20 ist eine Skizze der üstra-Werkstatt für Fahrzeugprüfungen zu sehen, diese dient dem besseren Verständnis des Beobachtungsprotokolls.
Danach folgt die Auswertung der Protokolle, um Erkenntnisse zur Nutzung eines Assistenzgerätes abzuleiten.
4.4.1. Beobachtungsprotokoll
Abbildung 20: Skizze der üstra-Werkstatt für Fahrzeugprüfungen
Begonnen hat die SP mit der Probefahrt. Der Werker hat den Kilometerstand notiert und diesen per Bildschirmeingabe mit dem IBIS synchronisiert. Bei der Probefahrt wurde auf ungewöhnliche Geräusche und Funktionstüchtigkeit der Bedienelemente im Bus geachtet. Die
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Probefahrt endete vor der Werkstatthalle, deren Tore durch Lichtschranken gesteuert werden. Mängel wurden bei der Probefahrt nicht festgestellt. 5
In der Werkstatt befindet sich eine lange Arbeitsgrube, die im vorderen Bereich flacher ist, als im hinteren, weshalb im vorderen Bereich gebückt unter dem Fahrzeug gearbeitet werden muss, wohingegen im hinteren Bereich aufrecht gearbeitet werden kann. Im vorderen Bereich hat die Sichtprüfung der Vorderachse und der Lenkung stattgefunden. Zu diesem Zweck stehen die Vorderräder auf im Boden eingelassenen, beweglichen Platten, die mithilfe einer 10 kabelgebundenen Fernbedienung von der Grube aus bewegt werden können, um unterschiedliche Kräfte, die auf der Achse lasten können, zu simulieren. Auch an der Vorderachse wurden keine sichtbaren Mängel festgestellt.
Danach wurde das Fahrzeug ein Stück zurück, mit den Vorderrädern auf den Bremsenprüfstand gefahren, der sich direkt vor den Prüfplatten für die Vorderachse befindet. 15 Für die Bremsenprüfung gibt es einen fest installierten Computer auf der linken Seite in der Halle. Die für die Prüfung nötigen Funktionen lassen sich mit einer Funk-Fernbedienung erreichen, sodass der Werker in der Führerkabine sitzen bleiben kann. Bei der Prüfung der Vorderradbremse ist das Fahrzeug relativ weit vom Computer entfernt, sodass die Fernbedienung nicht zu 100% funktioniert. Die Messwerte der Bremsenprüfung werden 20 zusätzlich auf einer großen Anzeige im vorderen oberen Teil der Halle dargestellt, damit der Werker immer einen guten Blick darauf hat. Zur Prüfung wurden Drucksensoren mit dafür vorgesehenen Anschlüsse am Fahrzeug verbunden. Diese übertragen ihre Messdaten per Funk an den Prüfcomputer. Nach der Vorderradbremse wurde die Hinterradbremse geprüft, zu diesem Zweck wurde das Fahrzeug vorgefahren. Im ersten Prüfdurchgang hat die 25 Vorderradbremse nicht die erforderlichen Werte erreicht, diese Information wurde auf der großen Anzeige gut erkennbar mit einem roten Hintergrund dargestellt. Die Hinterradbremse hat hingegen alle nötigen Werte sofort erreicht. Auch die Vorderradbremse konnte in einem zweiten Messdurchgang alle nötigen Werte erfüllen. Während der Prüfung ist dem Werker aufgefallen, dass die Armlehne des Fahrersitzes ausgebrochen ist. 30
Anschließend erfolgte eine Sichtprüfung des Fahrzeugs auf der rechten Seite von außen, wobei auch die Flanken der Reifen auf Abnutzung und die unterschiedlichen Türsensoren überprüft wurden. Dabei zeigte sich, dass die hinteren beiden Türen zu schnell schlossen.
Während der Sichtprüfung außen kam es zu einer Störung durch eine dritte Person, weshalb die Prüfung unterbrochen werden musste. Die Prüfung wurde bei der Untersuchung des 35 Motors wiederaufgenommen (dies ist kein Punkt der SP). Es wurde festgestellt, dass sich Öl auf den Schläuchen befand, was daher rührte, dass die Ölbehälter zuvor zu voll befüllt wurden, was zu einem Überlaufen führte. Anschließend wurde die SP regulär mit der Sichtprüfung der linken Fahrzeugseite fortgesetzt. Angekommen an der vorderen linken Seite des Fahrzeugs ergab sich die Gelegenheit, die Messgeräte der Bremsenprüfung zu entfernen 40
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und die Ergebnisse der Bremsprüfung vom Computerbildschirm zu notieren, um sie später in das Protokoll zu übertragen.
Als nächstes wurden die Lichter des Fahrzeugs überprüft, dabei wurde auch eine Höhenjustierung der Scheinwerfer vorgenommen.
Danach wurde die Sichtprüfung der Hinterachse von unten durchgeführt. Dafür werden die 45 Platten, die zur Prüfung der Vorderachse genutzt werden, nicht benötigt, das Vorfahren des Busses ist also nicht erfolgt. Zudem ist es im hinteren Teil der Arbeitsgrube möglich, aufrecht zu stehen. Es waren keine sichtbaren Mängel zu erkennen.
Nun folgte die Sichtprüfung der Bremsen von unten. Dafür wurde das HMD genutzt. Der Werker folgte dabei dem vorgegebenen Prüfablauf und musste während der einzelnen 50 Teilschritte immer wieder zwischen Vorderachse und Hinterachse hin und her laufen. Entgegen der Vorgabe im Prüfprotokoll befinden sich die Druckluftbehälter für Bremsen und weitere Hydraulik nicht unter dem Fahrzeug, sondern im Fahrgastraum unter Klappen an der Decke. Nachdem die übrigen Punkte der Bremsenprüfung unter dem Fahrzeug erledigt waren, ist der Werker in das Fahrzeug gegangen, um nach den Druckluftbehältern zu schauen. 55 Währenddessen hat er im Innenraum die Festigkeit der Sitze und Haltestangen kontrolliert. Dabei wurde festgestellt, dass die Schranke, die den Fahrgastraum von Fahrerraum trennt, leicht ausgeschlagen war und eine Haltestange im hinteren Busbereich locker war. Nach der erfolgreichen Kontrolle der Druckluftbehälter, hat der Werker die hinteren beiden Türen repariert, die zuvor nicht richtig schlossen. Danach war die Nutzung des HMD beendet. 60
Als letzter Schritt wurde die Prüfung des Vierkreisschutzventils vorgenommen, das die Druckluftkreisläufe der Bremsen und der weiteren Hydraulik im Fahrzeug, bei Beschädigung eines Kreislaufs, voneinander trennt. Bei diesem Schritt werden Drucksensoren an alle vier Kreisläufe angeschlossen. Nachdem der Betriebsdruck auf 10 Bar aufgebaut wurde, wird ein Kreislauf geöffnet. Zu prüfen ist, ob die übrigen drei Kreisläufe einen vorgegebenen 65 Mindestdruck beibehalten, während der Druck des vierten abfällt. Danach wird der Betriebsdruck wieder auf 10 Bar aufgefüllt und der Test mit allen weiteren Kreisläufen wiederholt.
Nach Beendigung aller Prüfungen wurden die Bremsmesswerte im Büro in ein Computerprogramm übertragen, das zusätzliche Informationen berechnete und diese mit 70 Schwellwerten abglich und daraufhin abschließend das Ergebnis der Bremsenprüfung zeigte. Auch der Kilometerstand wurde im Programm eingetragen sowie die Information, ob einer der SP-Prüfpunkte nicht bestanden wurde. Danach wurde das Protokoll gedruckt, unterschrieben und mit einem Siegel versehen. Kleine Mängel, wie die kaputte Armlehne, die wackelnde Haltestange, die ausgeschlagene Schranke und das ausgelaufene Öl wurden in 75 einem zusätzlichen Feld auf dem Protokoll vermerkt, führten jedoch nicht zum Misserfolg der Prüfung.
Anwendungsfall im Betriebshof
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4.4.2. Gesprächsprotokoll
Vor Beginn der SP wurde der Werker instruiert, wie das HMD benutzt wird, und welche Funktionen ein Assistenzsystem prinzipiell erfüllen kann. Dabei handelt es sich um die 80 Punkte, die In Kapitel 3 besprochen wurden.
Bei der Probefahrt erklärt der Werker, dass Kilometerzähler und Kilometerstand des IBIS voneinander abweichen. Das IBIS nutze den Tachometer lediglich als Taktgeber, um selbst einen Kilometerstand zu berechnen, der an das BMS weitergegeben wird. Verbindlich ist jedoch der Wert des Kilometerzählers, weshalb diese Werte synchronisiert werden müssen. 85
Während der Bremskraftprüfung erklärt der Werker, dass die vom Computer gesammelten Daten eigentlich automatisch an das Auswertungsprogramm im Büro übermittelt werden müssten. Dies funktioniere bisher jedoch nicht, weshalb eine manuelle Übertragung nötig sei. Ab 2017 sei die automatische Übertragung vom Gesetzgeber vorgeschrieben.
Bezüglich der ausgebrochenen Armlehne teilt der Werker mit, dass es möglich sei, dass der 90 Schaden bereits gemeldet wurde. Dafür müsse er jedoch zurück ins Büro gehen und dies prüfen. Eine Spracheingabe im Assistenzsystem, mit der der Mangel protokolliert werden könne und Sprache in Text umwandle, sei eine hilfreiche Unterstützung in solchen Fällen.
Dass im Motor Öl ausgelaufen ist, erklärt der Werker damit, dass jemand bei einer Kontrolle offenbar die Behälter über den Maximalfüllstand hinaus mit neuem Öl befüllt habe. 95
Bei der Sichtprüfung der Bremsen mithilfe des HMDs teilte der Werker mit, dass er ohne Datenbrille zuerst alle Punkte an der Vorderachse, danach alle Punkte an der Hinterachse überprüfen und nicht zwischen den Achsen hin und her laufen würde.
Bei der Prüfung des Fahrgastraums sagte der Werker, dass es einfach sei, den Mangel an der Schranke zu beschreiben, komplizierter sei es jedoch Mängel an Haltestangen oder Sitzen und 100 deren Positionen zu beschreiben.
Bei der abschließenden Protokollierung im Büro wiederholte der Werker, dass es hilfreich sei, wenn Messdaten, direkt automatisch übertragen und nicht manuell eingegeben werden müssten.
4.5. Auswertung
Zur Auswertung werden die Kerninformationen der Beobachtung und des Gesprächs extrahiert und in Zusammenhang mit den Konzepten gebracht. Dabei werden Beobachtung und Gespräch nicht getrennt voneinander betrachtet, sondern gemeinsam ausgewertet.
Grundsätzlich zeigt sich anhand des Beobachtungsprotokolls, dass die Reihenfolge der Prüfpunkte nicht nach Protokollvorgaben eingehalten wurde. Da hier von einem erfahrenen Werker ausgegangen werden kann, scheint es nicht daran zu liegen, dass er sich der
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Prüfpunkte nicht genau bewusst ist, sondern viel mehr, dass er die Reihenfolge an seine Bedürfnisse und die Umgebungssituation anpasst. Dies zeigt sich auch daran, dass er Vorderachse und Hinterachse nicht direkt nacheinander prüft, sondern die Prüfung der Hinterachse erst vornimmt, sobald das Fahrzeug über dem tiefen Bereich der Arbeitsgrube steht (vgl. Zeilen 6ff, 47ff). Daraus folgt, dass ein fest vorgegebener Prüfablauf in einem Assistenzgerät nicht zum Erfolg führen wird, da der Werker durch diese Konfiguration eher in seiner Arbeit eingeschränkt werden würde. Das lässt sich auch an der Nutzung des Prototypen bei der Bremsenprüfung erkennen, da hier der Werker immer zwischen den beiden Achsen hin und her laufen musste (vgl. Zeilen 50ff). Diesen Nachteil hat der Werker ebenfalls im Gespräch zu Protokoll gegeben (vgl. Zeilen 97ff). Daraus lässt sich schlussfolgern, dass ein adaptives Verhalten eines Assistenzsystems, in dem Tätigkeiten automatisch erkannt werden und darauf entsprechend reagiert wird, von hoher Wichtigkeit ist. Dieser Aspekt wurde in Abschnitt 3.2.2.2 zwar nicht angesprochen, jedoch prinzipiell bei den Anforderungen an ein Assistenzsystem in Abschnitt 3.2.2.4 erwähnt.
Während der gesamten Prüfung fiel auf, dass Informationen händisch übertragen werden mussten. Teilweise betraf das sogar Daten, deren automatisierte Synchronisation bereits vorgesehen ist (vgl. Zeilen 1ff, 40ff, 69ff, 82ff, 86ff). Neben der Möglichkeit, mithilfe eines mobilen Assistenzgeräts weitere Informationen umgehend digitalisiert bereitstellen zu können, zeigt sich hier ebenfalls ein Defizit in der Vernetzung des Betriebshofs, das im Rahmen der Einführung eines Assistenzsystems beseitigt werden muss. Dennoch wurde die Vorstellung, Mängel direkt in das System eingeben zu können, als durchweg positiv betrachtet (vgl. Zeilen 74ff, 90ff, 102ff). Auch bei der Wirkungsprüfung der Bremsen wäre es denkbar, die Funk-Fernbedienung, deren Empfänger bei größerer Entfernung schlecht reagiert (vgl. Zeilen 17ff), durch eine Steuerung per HMD oder IBIS zu ersetzen.
Ebenfalls wurde mehrfach deutlich, wie nützlich es ist, Informationen vor Ort auf einem Assistenzgerät zu erhalten (vgl. Zeilen 90ff, 99ff). Speziell bei der Meldung der lockeren Haltestange (vgl. Zeile 58), sei eine AR-Anwendung hilfreich, welche die genaue Position der Stange protokollieren kann und später bei der Reparatur diese wieder anzeigt, sodass ein anderer Werker nicht erneut alle Haltestangen kontrollieren muss.
De Prüfung des Vierkreisschutzventils am Ende der SP (vgl. Zeilen 61ff) hat viel Wartezeit in Anspruch genommen, da der Druck technikbedingt sehr langsam abgelassen wurde und immer wieder erneut Druck aufgebaut werden musste. Durch eine Analyse der Abläufe ist es möglich, die Prüfschritte zumindest teilweise zu synchronisieren und die Leerlaufzeit zu reduzieren. Dabei kann das Assistenzsystem im Vorfeld die geeigneten Zeiträume ermitteln, in denen das Vierkreisschutzventil gleichzeitig zu anderen Prüfschritten geprüft werden kann und während der Prüfung können die Messdaten in der Anzeige des Assistenzgeräts den Werker darüber informieren, wie weit die Prüfung fortgeschritten ist.
Anwendungsfall im Betriebshof
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4.6. Kapitelzusammenfassung
Zu Beginn des Kapitels wurde ein realistisches Szenario definiert, in dem der Prototyp eines Assistenzgerätes zum Einsatz kommen sollte. Das Szenario war eine Sicherheitsprüfung, wie sie regelmäßig in Verkehrsunternehmen durchgeführt wird. Anschließend wurde erklärt, wie der Prototyp in Form eines HMD aufgebaut ist und welche Komponenten er beinhaltet. Es wurde deutlich gemacht, dass es sich bei dem Prototyp um ein digitales Modell handelt, das dem Anwender ein möglichst realistisches Bild eines Assistenzgeräts liefern sollte.
Zur Durchführung und Auswertung des Feldversuchs wurde eine qualitative Analyse genutzt, die Methodik dazu ist im dritten Abschnitt erklärt worden. Sie bietet sich an, da es sich bei dem Feldversuch um die Zusammenarbeit mit Experten handelte und nur wenige, nicht quantitativ auswertbare, Daten entstanden. Aus demselben Grund ist die anschließende Durchführung in Form eines Ablaufprotokolls für den Leser aufbereitet worden. Aus Beobachtung und Gespräch lassen sich wichtige Details für die abschließende Auswertung des Feldversuchs gewinnen. Dieser zeigte, dass eine Nutzung von Assistenzgeräten in verschiedenen Bereichen eine deutliche Erleichterung darstellen kann.
Fazit
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Fazit 5.
In diesem Kapitel werden die zentralen Aussagen der Arbeit zusammengefasst. In Bewertung & Ausblick wird zudem auf Aspekte eingegangen, die in der Arbeit nicht betrachtet wurden oder Potenzial zur weiteren Forschung bieten.
5.1. Zusammenfassung
In der vorliegenden Arbeit wurde dargelegt, welche Anforderungen an ein modernes Verkehrsunternehmen im technischen Bereich gestellt werden, um eine hohe Servicequalität zu gewährleisten. Insbesondere in der Instandhaltung sind in den Bereichen Fahrfertigmachen, Untersuchungen und Prüfungen, sowie bei Reparaturen vielfältige Aufgaben zu erledigen, deren Durchführung mithilfe von Assistenzsystemen auf unterschiedliche Arten unterstützt werden kann.
Zu Beginn der Arbeit wurde sich mit dem Stand der Technik im Bereich der Dienstleistungsassistenz beschäftigt. Dazu zählen Systeme, die wichtige Informationen, wie Betriebs- und Wartungsanleitungen, zu Waren und Prozessen bereitstellen. Um diese Informationen an Ort und Stelle verfügbar zu machen, gibt es mobile Assistenzgeräte in ganz unterschiedlichen Ausprägungen; wichtig ist, dass sie dem Anwendungsfall entsprechend gestaltet sind. Ergänzt durch Technologien, die unter dem Begriff des pervasive Computings zusammengefasst werden können, entstehen Systeme, die den Anwender aktiv bei seiner Arbeit unterstützen.
Um die Anwendbarkeit solcher Systeme im Betriebshofmanagement diskutieren zu können, wird weiteres, fachspezifisches Grundlagenwissen benötigt. Im Fokus steht die technische Instandhaltung von Fahrzeugen, die sich aus den drei Bereichen Fahrfertigmachen, Untersuchungen und Prüfungen, sowie Werkstatttätigkeiten zusammensetzt. Instandhaltungsmaßnahmen sind notwendig, um die Betriebssicherheit und Fahrtüchtigkeit der Fahrzeuge zu gewährleisten. Zur Unterstützung der Instandhaltung existiert Informationstechnik; diese setzt sich aus Hard- und Softwarekomponenten zusammen, die die Arbeiten im Betriebshof dokumentieren und koordinieren.
Nach Interviews und einer Umfrage wurde festgestellt, dass Assistenzsysteme in Betriebshöfen nur in begrenztem Umfang zum Einsatz kommen, obwohl es vielfältige Einsatzmöglichkeiten gibt. Dies wurde zum Anlass genommen, Verfahren der Dienstleistungsassistenz, die zum Teil in anderen Bereichen erprobt oder bereits genutzt werden, auf Instandhaltungsmaßnahmen anzuwenden und daraus Konzepte zur pervasiven Assistenz im Betriebshofmanagement zu entwickeln. In den drei Bereichen wurden verschiedene Anwendungspotenziale deutlich. Dazu zählen situationsabhängige
Fazit
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Informationsübermittlung an den Anwender, Echtzeitrückmeldungen an das System sowie Abruf von Reparatur- und Wartungsinstruktionen.
Nachfolgend wurden die entwickelten Konzepte in einem Feldversuch prototypisch angewendet. Bei der Durchführung und der Auswertung kam ein qualitatives Verfahren zum Einsatz, welches typischerweise in der Sozialforschung genutzt wird. Durch die Auswertung von Beobachtungen und eines Gesprächsprotokolls konnten zuvor getätigte Annahmen bestätigt und weiter ergänzt werden.
5.2. Bewertung & Ausblick
Abschließend ist festzustellen, dass der Feldversuch gezeigt hat, dass Assistenzsysteme in verschiedenen Bereichen eine hilfreiche Unterstützung darstellen. Die Erkenntnisse aus Kapitel 4 decken sich mit den in Kapitel 3 vorgestellten Konzepten. Doch aufgrund der Gestaltung des Feldversuchs wurden vorrangig Aspekte der Wartung und Prüfung und im Bereich der Reparaturen betrachtet, das Fahrfertigmachen blieb außen vor. Daraus folgt, dass entwurfsbedingt nicht alle in Kapitel 3 genannten Aspekte auf ihre Plausibilität überprüft werden konnten. Auch Fragen der konkreten Form der Ausgestaltung, unter anderem welche Geräte zum Einsatz kommen, wie diese gesteuert werden und wie die Darstellung von Informationen erfolgt, müssen in weiteren Studien näher geklärt werden.
Des Weiteren wurde in der Arbeit deutlich, dass zwar ausführliche Konzeptionen zur Gestaltung vernetzter Betriebshöfe existieren, diese aber selten in der Realität in vollem Umfang umgesetzt werden. Diese Tatsache erschwert die Einführung von Assistenzsystemen, der Art, wie sie in dieser Arbeit vorgestellt wurden.
Auch wurden in der Arbeit weder der Datenschutz, noch die Betriebssicherheit näher betrachtet. Es muss überprüft werden, in wie weit der Einsatz pervasiver Assistenzsysteme zu Konflikten mit Datenschutzbestimmungen führen kann und mit welchen Mitteln sie sich vermeiden lassen. Dies betrifft ebenfalls die Informationssicherheit. Im Bereich der Betriebssicherheit ist noch zu klären, in welchem Umfang Assistenzgeräte etwa im Fahrbetrieb eingesetzt werden dürfen oder welche körperlichen Langzeitbelastungen von ihnen ausgehen können.
Letztendlich lässt sich diese Arbeit als Einstieg in die Thematik ansehen, der dazu einladen soll, pervasive Assistenzsysteme für das Betriebshofmanagement weiter zu erforschen. Unerlässlich ist es dabei, sich bei der Entwicklung an bereits bestehenden Grundlagen zu orientieren und firmennah ausgerichtet zu sein. Die Bereitschaft, ein solches System in den Regelbetrieb aufzunehmen, kann nur dadurch erreicht werden, eng mit dem Fachpersonal zusammenzuarbeiten und auf bestehende Sicherheitsstandards Rücksicht zu nehmen.
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