In der Fabrik der Zukunft sind sämtliche Instanzen der Fertigung – Menschen, Werkstücke, Maschinen und Werkzeuge – informatorisch verknüpft.
Fraunhofer IPK/Lukasz Buda
Kleine und schwankende Losgrößen rentabel zu fertigen, ist die zentrale Herausforderung der Industrie 4.0. Aber wie nur lassen sich Flexibilität und Reaktionsschnelligkeit der Produktions- und Qualitätssicherungsprozesse steigern? Forscher und Ingenieure geben auf der Hannover Messe vom 25. bis 29. April Antworten.
In der Industrie 4.0 wird sich die Produktion mit neuen Informationstechnologien flexibler und effektiver zu gestalten lassen. So soll es möglich werden, individuelle Kundenwünsche kostengünstig umzusetzen. In der Fabrik der Zukunft kommunizieren und kooperieren Maschinen miteinander sowie mit Werkstücken und Produktionsmitarbeitern. Informationen zum Auftragsstatus und zu Maschinenzuständen werden jederzeit und überall verfügbar. „Durch die digitale Veredelung von Produktionsanlagen und industriellen Erzeugnissen bis hin zu Alltagsprodukten mit integrierten Speicher- und Kommunikationsfähigkeiten, Funksensoren, eingebetteten Aktuatoren und intelligenten Softwaresystemen entsteht gegenwärtig eine Brücke zwischen der virtuellen Welt, dem Cyberspace, und der dinglichen Welt, wie wir sie kennen – bis hin zu einer feinen, wechselseitigen Synchronisation zwischen dem digitalen Modell und der physischen Realität“, konstatiert Springer Autor Wolfgang Wahlster in „HERMES AWARD – Internationaler Technologiepreis der HANNOVER MESSE“ (Seite 3).
Dort, wo die Produktion flexibler wird, steigt auch die Komplexität der Abläufe. Auf der Hannover Messe 2016 zeigt unter anderem das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) gemeinsam mit Industriepartnern, wie digital integrierte Technologien in einer flexibel organisierten Produktion für den nötigen Durchblick sorgen können. Unter dem Titel »Industrie 4.0: Flexible Produktion mit Durchblick« präsentieren die Forscher und Entwickler eine Produktionsorganisation ohne starre Pläne und feste Verkettungen, die auf neue Weise das menschliche Koordinations- und Entscheidungsvermögen zum Schlüsselelement der Ablaufsteuerung macht. Dabei werden entlang einer Prozesskette vom unternehmensweiten Auftragsmanagement über die Fertigungsorganisation bis zur Arbeit an der einzelnen Maschine die Aufgaben und Tätigkeiten von den Mitarbeitern in der Produktion neu definiert.
SmartF-IT bringt Industrie 4.0 auf den Hallenboden
Um kleine und schwankende Losgrößen rentabel fertigen zu können, gilt es, die Flexibilität, Reaktionsschnelligkeit und inhaltliche Tiefe der Produktions- und Qualitätssicherungsprozesse zu steigern. Zusammen mit den Konsortialpartnern des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundprojekt SmartF-IT realisieren Forscher des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) auf der diesjährigen Hannover Messe situationsadaptive Assistenzsysteme für die industrielle Fertigung, die effizientes Arbeiten, Flexibilität und die Digitalisierung industrieller Fertigungsprozesse unterstützen. Anhand einer prototypischen Fertigungsanlage für Miele Dampfgarer demonstrieren sie, wie ein Werkstück auf einem Montagewagen eine flexible Fertigungsroute durchläuft und dabei stets von derselben Werkerin oder demselben Werker begleitet wird.
Adaptive Assistenz in der Fabrik von morgen
Die in SmartF-IT entwickelten Werkzeuge geben einen Eindruck davon, wie sich Industrie 4.0 „anfühlt“: Ein Werkerführungssystem zeigt die einzelnen Montageschritte und ihre Reihenfolge für Produktvarianten und führt den Mitarbeiter zum passenden Montageumfeld. Das Avanced Guided Picking System bietet situationsangepasste, selbstorganisierende Systeme zur Materiallogistik am Arbeitsplatz an. Es unterstützt Werker beim schnellen Variantenwechsel im Umgang mit veränderten Materiallisten und Arbeitsplänen und stellt eine korrekte prozesssynchrone Materialentnahme sicher. Im Gegensatz zu traditionellen Pick-by-Light Systemen, die eine fixe Anordnung der Materialbereitstellung erfordern, ermöglicht der SmartF-IT Ansatz eine flexible Anpassung der Arbeitsumgebung: E-Ink Displays an den Behältern für Montageteile signalisieren unabhängig von der Position des Behältnisses, welche Kleinteile bei spezifischen Montageaufgaben verwendet werden sollen. Alternativ kann über die Nutzung einer Tiefenbildkamera in Verbindung mit optischen Markern der korrekte Entnahmebehälter identifiziert und kenntlich gemacht werden.
Für teilautomatisierte Produktionslinien sind Assistenzfunktionalitäten an einzelnen Stationen schon länger verfügbar. Meist sind sie jedoch nur lose gekoppelt. Im Forschungsprojekt SmartF-IT entwickeln die Forscher nun ein semantisches Fabrikgedächtnis, das aktuelle Informationen über Anlagen, Produkte, Prozesse, Dienste und Mitarbeiter zu einer Wissensbasis integriert und für den Produktionsprozess bereitstellt. Diese Informationsbasis nutzen adaptive Assistenzsysteme für vielfältige Prozesse bei der individuellen Werkerführung, der effektiven Teamleiterunterstützung und beim kollaborativen Störungs- und Reparaturmanagement. Somit sind im Projekt integrierte, homogene und hoch flexible Systeme für die stationäre aber auch mobile Produktionsunterstützung entstanden.