Intelligente Sensorik in vernetzter Umgebung

Das Fraunhofer IIS entwickelt Lösungen im Bereich der kognitiven Sensorik für eine datenbasierte Optimierung von Arbeitsprozessen, der Fokus liegt dabei auf Predictive Analytics und Automatisierung der Supply Chain.

Damit sich Industrie-4.0-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 stellen die Forschenden entsprechende Lösungen und datengetriebene Anwendungen am Beispiel des Montageprozesses eines Motors vor.

Individuelle Produkte, die auf spezielle Anforderungen hin ange­passt wurden, werden immer gefragter. Auch wenn ein Großteil der heutigen Produkte noch immer Massenware von der Stange darstellen, so gewinnt das Thema der Produktindividualität, sprich der Loßgröße eins langfristig doch immer mehr an Bedeutung.

In der Automobilproduktion werden bereits heute Fahrzeuge den Kundenwünschen entsprechend zusammengestellt. Für die Produktion bringt das jedoch viele Herausforderungen mit sich. Hierbei kommen Technologien aus dem Bereich der kognitiven Sensorik zum Tragen. Mit anderen Worten: 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.

Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS präsentiert auf der Hannover Messe am Beispiel einer Motormontage, wie sich Technologien aus diesem Bereich umsetzen lassen. 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.

Dabei ist die datenbasierte Optimierung von Arbeitsprozessen Grundlage für die Effizienz­steigerung im gesamten Betrieb. So lassen sich Daten, die mittels kognitiver Sensorsysteme gesammelt werden, etwa per Predictive Analytics, einem Prognoseverfahren, mit dem künftige Ereignisse ermittelt werden, auch dazu nutzen, die Supply Chain automatisiert zu steuern und zu überwachen.

Sämtliche 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.

„Mit kognitiver Sensorik wird der digitale Wandel konkret umsetzbar“, betont 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.“

In der Montage ist es mitunter wichtig, dass zu verbauende Teile jederzeit griffbereit sind und Montagebänder nicht etwa wegen fehlenden Materialnachschubs stillstehen. Auch sollen nicht mehr Teile als nötig vorgehalten werden, da dies die Lagerkosten in die Höhe treibt.

Für diese Szenarien entwickelten Forscher 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 dabei über die S-Net-Technologie, die ebenfalls aus dem Fraunhofer IIS stammt. Die Behälter kommunizieren hierbei 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 zudem überprüfen, ob der Werker tatsächlich in die richtige Kiste gegriffen hat und wo er das nächste zu verbauende Teil findet.

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. Hierbei führt ein Lichtsignal den Monteur und zeigt ihm an, an welcher Stelle im Bereitstellungsregal er das benötigte Produkt findet.

Solche Pick-by-Light-Systeme sind jedoch 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 bildet hierbei auch das S-Net.

db