• Mit 13 Exponaten auf vier Messeständen in drei Hallen präsent
• IT-Plattform zur Verarbeitung von echtzeitnahen Produktionsdaten im Mittelpunkt
• Arbeitsplatz, Automatisierung und IT-Infrastruktur bilden thematische Klammer
• Vorstellung »Lab Flexible Blechfertigung« im Rahmen der TRUMPF-Kooperation

Am Messestand des Fraunhofer IPA werden die vier Eckpfeiler von Industrie 4.0 auf vielfältige Weise im Gesamtkontext einer digitalisierten Produktion erlebbar: cyberphysische Systeme unterschiedlichster Art, eine partizipative Plattform, das Internet der Dinge und Dienste und ein Portal mit intuitiven Mensch-Maschine-Schnittstellen zur Interaktion mit dem Produktionssystem. Die Besucher können anhand mehrerer, mit der Cloud intelligent zusammenspielender Exponate nachvollziehen, welche Lösungen das Forschungsinstitut für verschiedene Abschnitte der Wertschöpfungskette anbietet. Diese reichen von der Vereinzelung über die (teil-)automatisierte Montage und den Transport des Werkstücks bis hin zur Anbindung des Werkstücks an die ITInfrastruktur. Die Dienstleistungen sind sowohl für Anwender und Entscheidungsträger produzierender Unternehmen als auch für deren Ausrüstern relevant: für die Planung, den Betrieb und die Optimierung von Produktionen sowie die Entwicklung innovativer Industriekomponenten, Maschinen und Anlagen.

Föderative Plattform »Virtual Fort Knox« im Mittelpunkt

Bereits seit 2012 arbeitet das Fraunhofer IPA zusammen mit Unternehmen aus dem Mittelstand an »Virtual Fort Knox«, einer offenen Plattform für produzierende Unternehmen. Unter dem Stichwort »Manufacturing-IT-as-a-service« können dort Daten aus der Produktion über unterschiedlichste Anwendungen (Services) für beliebige Endgeräte nutzbar gemacht werden. Das erklärte Ziel formuliert Joachim Seidelmann, Leiter DigiTools beim Fraunhofer IPA, wie folgt: »Zum einen wollen wir Industrie-4.0-Konzepte umsetzen, mit denen die Anwender ihre Effizienz in der Produktion steigern können. Zum anderen wollen wir gemeinsam mit unseren Industriekunden die Frage beantworten: Welche digitalen Lösungen lassen sich sinnvoll in mein Produkt oder meine Produktion einbinden, um neue Geschäftsmodelle zu entwickeln?« Auf der AUTOMATICA spielt »Virtual Fort Knox« eine zentrale Rolle: Verschiedene Demonstratoren werden über die Plattform verbunden. Wie in der realen Produktion fließen unterschiedlichste Zustands- und Prozessdaten echtzeitnah ins System und können direkt verarbeitet werden. Großer Vorteil, insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen: Der Anwender greift über ein Ausgabemedium seiner Wahl auf die Informationen der Anwendungen zu. Es entfällt der Aufwand für Beschaffung und Pflege einer geeigneten IT-Umgebung. Zudem kann der Nutzer seine eingesetzte Soft- und Hardware nutzenbezogen abrechnen und Fixkosten vermeiden.

Robotik profitiert vielfach von der Cloud

Technische Voraussetzung für Industrie-4.0-Umgebungen ist, dass alle Betriebsmittel, die über Sensoren und Steuerungen verfügen, als cyberphysische Systeme (CPS) vernetzt sind. Ein typisches Beispiel für CPS sind Robotersysteme wie der am Messestand erlebbare IPA-Demonstrator für den »Griff-in-die-Kiste«. Die herstellerneutrale Software bp3™ ermöglicht dem Roboter die schnelle und zuverlässige Objektlokalisierung und Bahnplanung für vielfältige Werkstücke. Ein weiteres Exponat führt die Vorteile eines ebenfalls für fast alle Robotertypen und -fabrikate nutzbaren Softwarepaketes für verschiedene Montageaufgaben vor. Mit diesem können bisher manuell ausgeführte komplexe Aufgaben wie das Montieren von Schaltschränken erstmals auch durch Nicht- Experten intuitiv instruiert werden, was einer wirtschaftlichen Automatisierung zuarbeitet.

Beide Softwarelösungen erweitern durch die Anbindung an die Cloud-Architektur ihr
Potenzial: Die Inbetriebnahme und Wartung des Robotersystems ist dank des zentralen
Datenbestandes wie bspw. von Werkstücken oder direkt einsetzbaren Programmbausteinen,
sogenannten Skills, effizienter als bisher, Komponenten sind leichter austauschbar
und alle Prozesse sind zentral verfolg- und steuerbar. So werden die Robotersysteme
wandlungsfähiger und die Umrüstung auf neue Varianten ist schnell erfolgt. Über verschiedene
Dienste stehen neue Softwarefunktionen in der Cloud bereit. Gleichermaßen
können lokal optimierte Prozesse wieder in die Cloud zurückgespielt werden, sodass
von einmaligen Programmänderungen alle verbundenen Robotersysteme profitieren können.

Für flexible Transportlösungen haben die IPA-Experten die »Cloud Navigation« entwickelt. Deren informatorischen Mehrwert zeigen am Messestand beispielhaft zwei mobile, autonom navigierende Systeme. Indem die beiden fahrerlosen Transportfahrzeuge (FTF), oder im industriellen Kontext eine Vielzahl an FTF, ihre lokal erfassten Daten zentral bereitstellen, profitiert die ganze Flotte von einer präziseren Lokalisierung und effizienteren Bahnplanung. Die einzelnen FTF könnten dann als »lean client« agieren, benötigten also weniger Hardware und verfügten trotzdem über eine hohe Navigationsintelligenz, weil rechenintensive Navigationsalgorithmen in den Cloud-Server ausgelagert werden können. Auch die Einbindung externer Sensoren beispielsweise aus der Produktionsumgebung sowie eine Bereitstellung von Navigationsfunktionalitäten als Dienst sind möglich.

Prozesse kontrollieren und optimieren

Ein weiterer zentraler Bestandteil von Industrie 4.0 ist die kontinuierliche Überwachung aller Prozessschritte. Dies leistet die am Fraunhofer IPA entwickelte »Smarte Systemoptimierung«, die ohne IT-Expertenwissen nutzbar ist. Das mobile System erhebt mit intelligenten Kameras, von denen etwa eine pro Produktionsstation installiert wird, echtzeitnah Werkstück- und Prozessdaten und wertet diese automatisiert aus. Dabei erkennt es nicht nur Prozessabweichungen und ihre Ursache, sondern zeigt mögliche Verluste oder Engpässe auf. Unternehmen konnten ihre Effizienz im Einsatzbereich der »Smarten Systemoptimierung « um mehr als zehn Prozent steigern. Zur Prozessüberwachung kann zudem jedes einzelne Werkstück beitragen: Möglich wird dies durch den intelligenten Werkstückträger »smartWT«. Er kann mithilfe von integrierter Sensorik qualitätsrelevante Logistik- und Prozessdaten kontinuierlich erfassen und drahtlos in die Cloud übermitteln. Der Nutzer hat stets die aktuellen Daten parat und kann bei Bedarf eingreifen. So können die Qualität und der Durchsatz der Produktion gesteigert werden.

Auch hinsichtlich der IT-Infrastruktur bietet das Fraunhofer IPA Unternehmen eine Lösung, die auf die Anforderungen einer wandlungsfähigen Produktion zugeschnitten ist: Mit der Software »Sense&Act« können Unternehmen individuelle Regeln zur Vernetzung der Produktion erstellen. Anpassungen, Erweiterungen und neue Schnittstellen der IT können mit wenig Aufwand realisiert werden. Die Software überwacht die Produktion mithilfe von Sensordaten, beispielsweise zur Erkennung von Anlagenstörungen, und löst bei bestimmten Ereignissen definierte Aktionen aus. Dies kann eine Benachrichtigung an den Nutzer oder die Aktion eines Robotersystems sein. Über eine intuitive Bedienoberfläche können die Regeln für Sensoren und Aktoren schnell erstellt, aber auch unternehmensweit geteilt und bewertet werden.

Menschen entlasten und Daten nutzbringend auswerten

Auch in Industrie-4.0-Umgebungen stellt die enge Einbindung des Menschen und seiner Fähigkeiten in die Produktion einen zentralen Mehrwert dar. Wie dies auch bei körperlich anspruchsvollen Aufgaben und im Hinblick auf den demographischen Wandel gelingt, zeigt das Arbeits-Exoskelett, das den Werker erstmals bei Überkopftätigkeiten unterstützt. Der Montagearbeitsplatz ist an die IT-Infrastruktur angebunden und stellt sich automatisch auf die individuellen Körpermaße des Werkers und den aktuellen Montageprozess ein. So verkürzen sich Einrichtzeiten und der Werker wird entlastet. Eine am Fraunhofer IPA entwickelte Arbeitsplatzanalyse quantifiziert zudem, wie wirksam die Lösung hinsichtlich Mitarbeiterentlastung und optimierter Produktionsabläufe ist.

Allen Exponaten in der Industrie-4.0-Umgebung ist gemeinsam, dass sie im Sinne von »Smart Data« laufend Daten sammeln, die zur Optimierung der Produktion genutzt werden können. Am Messestand können die Besucher erleben, wie die IPA-Experten exemplarisch die gesammelten Sensor- und Zustandsdaten eines Exponats visualisieren und gewinnbringend auswerten. Die Erkenntnisse aus intelligenten Datenauswertungen stellen auch Ansatzpunkte für neue Geschäftsmodelle dar, beispielsweise kundenindividuelle Service-Intervalle oder Anpassungen des eigenen Angebots auf die Kundenbedürfnisse, die auf Nutzungsdaten basieren.

Informationen zum Hauptmessestand des Fraunhofer IPA

Halle A4 | Stand 139

Geplante Exponate: Cloud Picking, Cloud Navigation, Ergonomie am Arbeitsplatz, FlexNote, Intelligente Montage, Intelligenter Werkstückträger, Sense&Act, Smart Data, Systemoptimierung, Virtual Fort Knox.

Weitere Messestände mit Beteiligung des Fraunhofer IPA

SMErobotics – Flexibel einsetzbare Roboter für den Mittelstand, Halle A4 | Stand 131

Das Fraunhofer IPA koordiniert die europäische Initiative »SMErobotics«, die an ihrem Stand acht Robotersysteme aus drei Anwendungsdomänen präsentiert. Die Exponate zeigen, wie intelligente Roboter die Automatisierung kleiner und mittlerer Produktionsgrößen und die Mensch-Roboter-Kollaboration stark vereinfachen. Möglich wird dies, weil die Roboter kosteneffizient installierbar sind und sich dank innovativer Software intuitiv programmieren sowie bedienen lassen. Zudem ermöglicht leistungsfähige Sensorik die schnelle Anpassung an neue Produktvarianten und den robusten Umgang mit Unsicherheiten und losen Materialien. 

LIAA – Mensch-Roboter-Kollaboration für die Montage, Halle B4 | Stand 402

Im Rahmen des EU-Projekts »LIAA« hat das Fraunhofer IPA einen Montagearbeitsplatz für Nietapplikationen entwickelt, an dem Werker und Roboter gemeinsam arbeiten können. Mithilfe eines neuen Software-Tools sind die für die Mensch-Roboter-Kollaboration erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen sowie daraus resultierende Einflüsse auf die Wirtschaftlichkeit des Arbeitsplatzes systematisch ermittelbar. So können MRK-Anwendungen deutlich schneller realisiert werden. 

ReApp – Produktivität durch den Einsatz von Robotern steigern, Halle B5 | Stand 338

Im Projekt »ReApp« entstehen unter der Koordination des Fraunhofer IPA Robotik-Apps und eine einfache Entwicklungsumgebung, um Robotersysteme schneller und günstiger einrichten zu können. Auch Umkonfigurationen der Roboterzelle oder Anpassungen der Prozessparameter sind mit ReApp leicht möglich, sodass Unternehmen und besonders der Mittelstand Roboter flexibler als bisher einsetzen können. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

Intelligenter Pflegewagen, Halle B4 | Stand 518

Auf der großen Ausstellungsfläche zur Servicerobotik zeigt das Fraunhofer IPA einen intelligenten Pflegewagen, der gemeinsam mit der MLR System GmbH als produktnaher Prototyp entwickelt wurde und zwischen Frühjahr und Sommer 2016 in zwei Altenheimen und einer Klinik getestet wird. Er kann autonom navigieren und den Verbrauch von Pflegeutensilien automatisch dokumentieren. Er ist Teil des vom BMBF geförderten Projekts »SeRoDi«, in dem Servicerobotik-Lösungen entstehen, die Pflegekräfte im Arbeitsalltag physisch und informatorisch entlasten sollen. Mehr unter: https://www.ipa.fraunhofer.de/de/referenzprojekte/serodi.html