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Fritz Frutig

Forschungsanstalt WSL

Eidg. Forschungsanstalt WSL
Forstliche Produktionssysteme
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Artikel

Autor(en): Fritz Frutig, Oliver Thees, Renato Lemm
Redaktion: WSL, Schweiz
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Automatisierte Zeiterfassung bei der motormanuellen Holzhauerei

Praxistest mit einer Datenerfassungsbox auf der Motorsäge
Abb. 1 - Das Messgerät im Praxistest: Eine Datenerfassungsbox auf der Motorsäge registriert automatisch die Zeit für die motormanuelle Holzhauerei.
Foto: Fritz Frutig (WSL)
 

Zeitstudien mit manueller Datenaufnahme sind aufwendig und verursachen hohe Kosten. Darum hat die Forschungsanstalt WSL in Zusammenarbeit mit der Hochschule für Technik Rapperswil ein mobiles Messgerät zur automatisierten Zeiterfassung entwickelt. Es hat erste Tests gut bestanden.

Die Holzerntekosten betragen durchschnittlich rund 60% der Gesamtkosten eines Schweizer Forstbetriebes. Die Vorkalkulation der Holzerntekosten für verschiedene Arbeitsverfahren ist deshalb für einen Forstbetrieb wichtig. Dazu bedarf es zuverlässiger Kalkulationsgrundlagen. Wer diese exakt herleiten möchte, muss zuerst den Zeitbedarf für die Holzernte und dessen wichtigste Einflussfaktoren in der Praxis erfassen. Mittels händisch durchgeführter Zeitstudien lassen sich diese Daten jedoch nur mit einem grossen Arbeitsaufwand und entsprechend hohen Kosten erheben.

Hochmechanisierte Holzernteprozesse wie das Aufarbeiten mit Vollerntern machen es möglich, die für Produktivitätsmodelle benötigten Daten weitgehend über die Bordcomputersysteme zu erfassen. Bei motormanuellen Holzernteprozessen (Abb. 1) hingegen stellt sich die Frage, ob sich der Zeitbedarf mithilfe der heutigen Informationstechnologie ebenfalls automatisiert erheben liesse. Die motormanuelle Holzernte ist von besonderem Interesse, weil diese in der Schweiz – bedingt durch das schwierige Gelände und die eher kleinflächige Bewirtschaftungsstruktur – auch in Zukunft eine grosse Bedeutung haben wird.

Anforderungen an die Zeiterfassung

Das Konzept der automatisierten Arbeitszeiterfassung umfasst drei Teile:

  1. Erfassen der Baumdaten bei der Holzanzeichnung (Bezugsgrössen)
  2. Erfassen der Arbeitszeit des Motorsägenführers mit einer Datenerfassungsbox
  3. Auswerten der Daten mit einem Computerprogramm

Für das Erstellen eines Produktivitätsmodells ist es nötig, die Arbeitszeit des Motorsägenführers korrekt einem bestimmten Baum zuordnen zu können. Deshalb werden die zu bearbeitenden Bäume bei der Holzanzeichnung nummeriert, der Brusthöhendurchmesser wird gemessen und die Baumart erfasst. Anhand eines Tarifes lässt sich daraus das Baumvolumen berechnen. Dieses beeinflusst die Arbeitszeit pro Baum bzw. die Produktivität massgeblich. Gegebenenfalls kann man weitere zeitbestimmende Daten festhalten wie beispielsweise die mittlere Geländeneigung.

Das Ziel der automatisierten Arbeitszeiterfassung bei der motormanuellen Holzernte ist es, den Zeitaufwand insgesamt sowie für einzelne Teilarbeiten zu ermitteln. Bei jedem Baum muss für die beiden Phasen des Fällens und des Aufrüstens (Entasten/Einschneiden) die Arbeitszeit bestimmt werden. Der Arbeitsschritt "Fällen" beinhaltet alle Arbeiten am stehenden Baum, bis dieser am Boden liegt. Der Arbeitsschritt "Entasten/Einschneiden" umfasst alle Tätigkeiten am liegenden Baum, bis zum Beginn des Fällens des nächsten Baumes. Um die ermittelte Arbeitszeit nicht durch zufällig anfallende unproduktive Zeiten des Motorsägenführers zu verfälschen, wird die Arbeitszeit jeweils in Form von produktiven Systemstunden inklusive kurzer Unterbrechungen bis zu 15 Minuten (PSH15) angegeben.

Erfassen der Arbeitszeit

Motorsäge mit Messgerät
Abb. 2 - Motorsäge mit dem Prototyp der Datenerfassungsbox. Diese ist robust, behindert den Motorsägenführer kaum und funktioniert auch unter erschwerten Einsatzbedingungen. Technisch wäre es möglich, die Datenerfassungsbox etwas kompakter zu bauen.
Foto: Fritz Frutig (WSL)
 

Die Datenerfassungsbox muss so konstruiert und auf der Motorsäge angebracht werden, dass sie die Arbeit nicht behindert. Sie wird für die Dauer der Arbeit auf dem Luftfilterdeckel der Motorsäge montiert (Abb. 2) und zeichnet fortlaufend die Bewegungen der Motorsäge auf. Sie besteht aus einem wasserdichten Gehäuse, Ziffernschalter für die Eingabe der Baumnummer und LEDs für die Statusanzeige (Abb. 3). In der Datenerfassungsbox befinden sich ein 2-Achsen- Beschleunigungssensor, der die Vibrationen der Motorsäge erfasst, Akkus mit einem Spannungsregler für eine konstante Energieversorgung und ein Datenlogger zum Abspeichern der Messwerte.

Der Motorsägenführer stellt die auf dem Baum aufgesprayte Nummer über die Ziffernschalter an der Box ein. Anschliessend kann er direkt mit der Arbeit am Baum beginnen. Die Reihenfolge, in welcher die Bäume gefällt werden, ist frei wählbar. Aus den gespeicherten Messwerten wird bei der Auswertung ermittelt, wie lange der Motorsägenführer für die einzelnen Arbeitsschritte benötigte.

Mit einem Computerprogramm werden die Messdaten der Datenerfassungsbox und des Anzeichnungsprotokolls gemeinsam ausgewertet. Das Programm ermittelt die Arbeitszeit pro Baum und den Trennpunkt zwischen dem Fällen und dem Entasten. Zudem werden alle Unterbrechungen von mehr als 15 Minuten Dauer von der Arbeitszeit abgezogen. Das Ergebnis ist in produktiven Systemstunden inkl. Unterbrechungen bis 15 Minuten angegeben (PSH15).

Das Auswertungsprogramm speichert alle Resultate in einer Excel-Tabelle. Diese dient anschliessend als Grundlage für die statistische Auswertung und für das Erstellen der Kalkulationsgrundlagen.

 
Datenerfassungsgerät
Abb. 3 - Um die gemessenen Daten einem Baum zuordnen zu können, muss der Motorsägenführer vor dem Fällen die Nummer des Baumes eingeben.
Foto: Fritz Frutig (WSL)
 

Erprobung in der Praxis

Die automatisierte Arbeitszeiterfassung wurde in mehreren Feldtests beim Forstbetrieb der Korporation Wollerau (Kanton Schwyz) optimiert. In einem abschliessenden Test wurden zehn Bäume in Folge gefällt und aufgearbeitet. Parallel zur automatisierten Arbeitszeiterfassung erfolgte eine herkömmliche, manuelle Zeitmessung.

Die Auswertung des Feldtests über zehn Bäume zeigt, dass die Differenz zwischen der automatisierten und der händischen Arbeitszeiterfassung für die Gesamtzeit durchwegs kleiner als 2% ist (Abb. 4). Beim Baum mit der Nummer 94 ist die Abweichung sowohl beim stehenden als auch beim liegenden Baum gross. Dies ist darauf zurückzuführen, dass nach dem Fällen ohne sichtbaren Unterbruch mit dem Entasten begonnen wurde. Folglich konnte das Auswertungsprogramm den Trennpunkt nicht korrekt ermitteln. Die Abweichung bei der Gesamtzeit (Fällen und Entasten) ist jedoch mit 1,2% auch hier sehr klein.

Vergleich der automatisierten mit der händischen Zeiterfassung
Abb. 4 - Vergleich der automatisierten mit der händischen Zeiterfassung. Anklicken zum Vergrössern.
 

Folgerungen

Das Projekt hat gezeigt, dass die automatisierte Arbeitszeiterfassung bei der Motorsägenarbeit in der Holzernte möglich ist. Die Arbeitszeit für die gesamte Baumbearbeitung sowie die beiden Phasen des Fällens und des Entastens/Einschneidens der Bäume lässt sich mit sehr geringen Abweichungen gegenüber der manuellen Zeiterfassung bestimmen. Das Messsystem arbeitete während eines eintägigen Einsatzes unter realen Bedingungen störungsfrei.

Technisch wäre es möglich, die Datenerfassungsbox etwas kompakter zu bauen sowie allenfalls ihre Form ergonomischer zu gestalten. Eine solche Spezialanfertigung in Kleinserie hat jedoch bedeutend höhere Kosten zur Folge. Für den vorliegenden Prototyp wurde eine handelsübliche Box verwendet. Erstrebenswert wäre eine Reduktion des Gewichtes, wobei hier die Akkus Grenzen setzen. Die aktuelle Box wiegt knapp 700 g, was doch etwa 10% des Motorsägengewichtes entspricht. Nach übereinstimmender Aussage von drei Motorsägenführern, die an den Tests beteiligt waren, hat die Datenerfassungsbox zu keiner Beeinträchtigung des Handlings der Motorsäge geführt, und auch das Gewicht wurde nicht als Nachteil empfunden. In einem nächsten Schritt ist vorgesehen, den Prototyp einem Dauertest zu unterziehen, d.h. über mehrere Tage in einem oder mehreren Holzschlägen einzusetzen.

Die automatisierte Arbeitszeiterfassung könnte es in Zukunft ermöglichen, aktuelle Leistungsdaten der motormanuellen Holzhauerei effizienter als bisher zu erfassen. Sie ist damit für all jene interessant, welche sich mit der Erstellung von Modellen zur Schätzung des Zeitaufwandes und der Kosten befassen.

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