Kognitive Sensorik in der Produktion

Im Zuge von Industrie 4.0 wird die Produktion individueller – langfristig streben Unternehmen die Losgröße Eins an. In den Firmen bedeutet Digitalisierung jedoch häufig noch: punktuelle Einzellösungen, die nur unvollständig oder gar nicht miteinander vernetzt sind. Nachfolgende Prozesse oder Vorausplanungen können nicht von den erfassten Daten profitieren. Damit sich die Prozesse verzahnen, anwendungsspezifische Daten austauschen und Abläufe optimieren lassen, entwickelt das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Nürnberg Technologien zur Identifikation, Lokalisierung und Kommunikation für kognitive Sensorik und Systeme. Auf der Hannover Messe Preview am 6. Februar und vom 23. bis 27. April 2018 auf der Hannover-Messe stellten die Forschenden entsprechende Lösungen und datengetriebene Anwendungen am Beispiel des Montageprozesses eines Motors vor.

Momentan füllt vor allem Ware von der Stange die Kaufhausregale. Künftig jedoch sollen Produkte individueller werden, langfristig wird es in einigen Branchen hin zu Losgröße eins gehen – also zum Einzelstück. In der Automobilproduktion ist dieses Ziel nicht mehr weit entfernt, schon heute werden Fahrzeuge den Kundenwünschen entsprechend zusammengestellt. Für die Produktion bringt das viele Herausforderungen mit sich, die sich nur mit Technologien aus dem Bereich der kognitiven Sensorik meistern lassen. Sprich: Bauteile müssen identifiziert und lokalisiert werden, Maschinen und Systeme miteinander und mit ihren menschlichen Kollegen kommunizieren. Darüber hinaus ist eine passende Anwendungslogistik erforderlich, die Entscheidungen und Vorgänge steuert.

Industrie 4.0-Lösungen am Beispiel einer Motor-Montage

Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS bietet Technologien für diese Herausforderungen. Auf der Hannover Messe Preview und auf der Hannover Messe präsentierten die Forscherinnen und Forscher diese am Beispiel einer Motor-Montage. Die Lösungen reichen von der Lokalisierung der Flurförderzeuge für eine Verbesserung der Lagerabläufe und der Anlieferung des Motors an die korrekte Station über die Unterstützung der Montage mit intelligentem Werkzeugtracking, intelligenten Behältern und Komissioniersystemen bis zur Zustandsüberwachung von Maschinen. Die datenbasierte Optimierung von Arbeitsprozessen ist dabei Grundlage für die Effizienzsteigerung im gesamten Betrieb. So lassen sich Daten, die mittels kognitiven Sensorsystemen gesammelt werden, beispielsweise per Predictive Analytics – einem Prognoseverfahren, mit dem künftige Ereignisse ermittelt werden – auch dazu nutzen, die Supply Chain automatisiert zu steuern und zu überwachen. Dabei gilt: Alle vorgestellten Technologien haben bereits einen so hohen Reifegrad erlangt, dass sie in industriellen Pilotprojekten getestet und optimiert wurden. Derzeit laufen Pilotprojekte mit BMW und Forschungs- und Entwicklungsprojekte mit der Siemens AG und anderen Partnern, die Teile ihrer Fertigung und ihrer Logistik mit digitalen Technologien ausstatten, um ihre Mitarbeiter gezielt durch Assistenzsysteme in der Interaktion mit der Maschine zu unterstützen.

Nervenzellen des industriellen Internet of Things

»Mit kognitiver Sensorik wird der digitale Wandel konkret umsetzbar«, erläutert Prof. Dr. Albert Heuberger, geschäftsführender Leiter des Fraunhofer IIS. »Kognitive Systeme sind die Nervenzellen des industriellen Internet of Things, kurz IIoT. Sie erfassen die Messwerte nicht nur, sondern werten sie direkt aus, treffen Entscheidungen durch intelligente Schlussfolgerungen und leiten sie bedarfsgerecht weiter. Das Fraunhofer IIS liefert hierzu konkrete Lösungen für die drahtlose Kommunikation und Lokalisierung im gesamten IIoT- und IoT-Umfeld. Kognitive Sensorik setzt auch auf den Einsatz und die Integration von Maschinellem Lernen, um die richtigen Daten an der richtigen Stelle zur richtigen Zeit für die richtige Anwendung bereitzustellen.«

Intelligente Behälter ordern selbstständig Nachschub

In der Montage beispielsweise ist es einerseits wichtig, dass die Werker jederzeit alle zu verbauenden Teile griffbereit haben und das Band nicht wegen fehlenden Materialnachschubs still steht. Zum anderen sollen nicht mehr Teile als nötig vorgehalten werden, da dies die Lagerkosten in die Höhe treibt. Hierfür haben die Forscher eine maßgeschneiderte Lösung entwickelt: Intelligente Behälter, die wissen, wo sie sich befinden, wie es um ihren und den Zustand der Teile steht, und die abhängig vom Füllstand bei Bedarf automatisch Nachschub ordern. Die Kommunikation der Behälter läuft über die s-net®-Technologie, die ebenfalls aus dem Fraunhofer IIS stammt. Die Behälter kommunizieren dabei über Funk sowohl miteinander als auch mit der Infrastruktur und bilden auf diese Weise ein Netzwerk. Über ein dynamisches Display geben sie ihre Informationen an den Mitarbeiter weiter – so informieren sie ihn beispielsweise, wann der nachbestellte volle Behälter eintrifft. Die Daten, die die Behälter erfassen, werden in einer Cloud gesammelt und stehen dort für Big Data-Analysen zur Verfügung. Mittels induktiver Nahfeldortung lässt sich überprüfen, ob der Werker tatsächlich in die richtige Kiste gegriffen hat und wo er das nächste zu verbauende Teil findet.

Licht führt Monteure durch das Regal-Labyrinth

Der Monteur braucht nicht nur Kleinteile wie Schrauben und Muttern, die sich in solchen Behältern verstauen lassen, sondern auch größere Bauteile, die in Regalsystemen gelagert werden. Um den Lagerraum möglichst klein halten zu können, wird der Platz flexibel eingesetzt. Das heißt: Die Bauteile liegen immer wieder an einer anderen Stelle. Daher führt ein Lichtsignal den Monteur und zeigt ihm an, an welcher Stelle im Bereitstellungsregal er das benötigte Produkt findet. Allerdings sind solche gängigen Pick-by-Light-Systeme entweder kabelgebunden und somit schwer zu installieren oder sie haben eine geringe Batterielaufzeit. Im Projekt Pick-by-Local-Light (PbLL) entwickeln die Forscher daher ein neuartiges Kommissioniersystem, das auf drahtlosen Sensornetzen basiert. Die grundlegende Technologie ist auch hier s-net®.

Weitere Informationen: www.iis.fraunhofer.de

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