Situationsadaptive Assistenzsysteme pushen die Industrie 4.0

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Noch immer sind die Grenzen der Flexibilität im Produktionsprozess zu eng gesetzt. Vor allem die komplexen Materialflüsse, die durch die hohe Produktvarianz entstehen, stellen die Produktionslogistik und -steuerung vor enormen Herausforderungen. Vor diesem Hintergrund wird der Einsatz cyberphysischer IT-Systeme auf allen Ebenen in der Produktion zum entscheidenden Faktor.

Zu dieser Erkenntnis kommen auch Professor Günther Schuh, Till Potente, Christina Thomas und Annika Hauptvogel von der RWTH Aachen. In Kapitel "Steigerung der Kollaborationsproduktivität durch cyberphysische Systeme“ erklären sie ab Seite 278 in aller Ausführlichkeit die Herausforderungen einer modernen Produktionssteuerung.

Assistenzsysteme haben in der industriellen Fertigung große Bedeutung. Sie ermöglichen nicht nur effizientes Arbeiten, sondern sorgen auch für mehr Flexibilität und die Digitalisierung der Herstellungsprozesse. Weitere Vorteile: Sie erlauben eine schnelle Reaktion auf geänderte Produktionsziele, so die Einschätzung des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI), das jetzt im Projekt SmartF-IT "situationsadaptive Assistenzsysteme für Industrie 4.0 exemplarisch ausgerollt und prototypisch realisiert" hat.

Humanzentriertes Anytime-Optimierungssystem

So kompliziert das humanzentrierte Anytime-Optimierungssystem zur dynamischen Abtaktung auch klingt, so einfach ist die Idee dahinter. Das von der DFKI entwickelte System soll die Planung der Arbeitsabläufe der Werker in Echtzeit an unterschiedliche beispielsweise länderspezifische Varianten oder Ausstattungstypen anpassen. Damit ist es laut DFKI möglich, eine flexible Fertigung auch für kleinste Stückzahlen aufzubauen. Und das Gute daran: Die Produktionsplanung muss dafür nicht aufwändig umprogrammiert werden.

Dazu erklärt das Forschungszentrum: "In der Produktion an klassischen Monolinien werden Mitarbeiter im Voraus typischerweise in sogenannte Mitarbeiter-Loops eingeteilt. Ihre Aufgabe ist es, die einzelnen Arbeitsschritte sequenziell von Station zu Station abzuarbeiten und das zu fertigende Produkt an festen Knotenpunkten an einen Kollegen zu übergeben. Im Fall der dynamischen Multivariantenfertigung mit geringer Losgröße entstehen während der Fertigung allerdings Wartezeiten oder Fehlbelastungen, die durch die vorher bereits abgeschlossene Produktionsplanung verursacht werden."

Semantisches Fabrikgedächtnis

Nach DFKI-Angaben greift das System für die dynamische Abtaktung auf das Domänenwissen zu, "um die Komplexität des Optimierungsproblems zu beherrschen". Dieses Wissen könne aus dem semantischen Fabrikgedächtnis über Produktion und Mitarbeiter erschlossen werden. Zudem nutze der Ansatz moderne parallele Rechnerarchitekturen und garantiere eine effiziente Berechnung in Echtzeit. Um eine optimale Auslastung einer Linie zu erreichen, müssen den Mitarbeitern während der laufenden Produktion wechselnde Aufgaben zugewiesen werden.

Diese Problemstellung muss allerdings auf feingranularer Arbeitsschrittebene mit dynamisch wechselnden Umgebungsgegebenheiten wie dem Ausfall einer Station in Echtzeit gelöst werden. Aufgrund der hohen Dynamik, der Echtzeit-Anforderungen und der Korrelation verschiedener Optimierungsaspekte ist diese Herausforderung für klassische Produktionsplanungssysteme nur schwer realisierbar. Mit intelligenten Steuerungskonzepten wie der dynamischen Abtaktung wird nicht nur die Produktion sondern auch die Feinplanung selbst kleinster Losgrößen optimiert.