SmartF-IT: Cyber-physische IT-Systeme zur Komplexitätsbeherrschung einer neuen Generation multiadaptiver Fabriken
Problemstellung und Zielsetzung
Um im internationalen Wettbewerb bestehen zu können, müssen Unternehmen einer Vielzahl von Herausforderungen begegnen. Davon sind insbesondere die Planung und der Betrieb von Multivarianten-Montagesystemen betroffen, da u. a. aus Produktvarianten resultierende Einflüsse, wie unterschiedliche Bauteile, Prozesse und Zeitspreizung, berücksichtigt werden müssen. Die Folge ist ein wachsender Aufwand in der Montageplanung, da eine zunehmende Informationsmenge in kürzer werdenden Zeitabständen verarbeitet werden muss, um die richtigen Entscheidungen zu treffen. Zudem werden kontinuierlich Veränderungen an bestehenden Montagesystemen vorgenommen. Diese werden jedoch oftmals nicht ausreichend dokumentiert und in die Planung zurückgespielt.
Um den genannten Herausforderungen zu begegnen, wird von Seiten des ZeMA im Forschungsprojekt SmartF-IT untersucht, wie digitale Planungswerkzeuge die Mitarbeiter in der Planung durch gezielte und durchgängige Informationsnutzung zur Beschreibung von Produkt, Prozess und Betriebsmittel unterstützen können. Darüber hinaus wird untersucht, wie einerseits diese Informationen aus der virtuellen Welt in die Realität übertragen werden können, sodass bspw. Produktänderungen schneller auf der Montageanlage umgesetzt werden können. Andererseits wird erforscht, wie Informationen über die aktuelle Anlagenkonfiguration in das Modell zurückgeführt werden können, um die Planungsgrundlage aktuell zu halten.
Daher sollen folgende Ziele erreicht werden:
- Beschreibung von Produkt, Prozess und Betriebsmittel (hinsichtlich Anforderungen und Fähigkeiten) in Modellen
- Aufzeigen der Auswirkungen von Produktänderungen auf das bestehende Montagesystem
- Durchgängige Nutzung von Daten aus der Planung für den Betrieb des Montagesystems
- Rückführung von realen Anlagenzuständen in die Planung zur kontinuierlichen Verbesserung der Ergebnisse
- Zur Validierung erfolgen ein enger Austausch mit Industriepartnern und der Aufbau einer cyber-physischen Demonstratoranlage am ZeMA.
Vorgehen
Zur Unterstützung der Montageplanung und einer durchgängigen Vernetzung von Realität und Virtualität werden zunächst Methoden und Beschreibungsmodelle entwickelt. Dabei wird einerseits untersucht, welche Informationen erforderlich sind und andererseits wie Produktanforderungen und Betriebsmittelfähigkeiten zu beschreiben sind. Dem Beschreibungsmodell entsprechend wird das Datenmodell der Planungssoftware angepasst, in der virtuell die Auswirkungen von Produktänderungen auf die Montagelinie aufgezeigt werden.
Zur durchgängigen Informationsnutzung werden agentenbasierte und parametrierte Steuerungen aufgesetzt, die ebenfalls das Beschreibungsmodell berücksichtigen sowie technische Systeme zur Identifikation des Anlagenkonfigurationszustandes.
Aktueller Projektstand und Ergebnisse
Zum Projektabschluss 2016 lag der Hauptaktivitätsschwerpunkt auf der durchgängigen Informationsnutzung und Rückführung der aktuellen Montagesystemkonfiguration in die Planungsumgebung. Durch diese Rückführung erfolgt eine Aktualisierung des Modells in der Planung. Auf dieser Basis und unter Beachtung des Beschreibungsmodells erfolgt die Verifizierung neuer Varianten.
Die SmartF-IT Demonstratoranlage am P4P
In der Demonstratoranlage werden die bestehenden Herausforderungen der beteiligten Industriepartner abgebildet. Hierzu zählen die Montage unterschiedlicher Produkttypen und Varianten mit Losgröße 1 auf einem Montagesystem sowie eine schnelle Inbetriebnahme und Rückmeldung von Veränderung des Systems durch Kopplung von realer und virtueller Montagewelt.
Die Demonstratorlinie, auf der eine variantenreiche Steuereinheit montiert wird, besteht aus vier Arbeitsstationen, die durch ihren modularen Aufbau und das integrierte Transportsystem miteinander verkettet sind. In den ersten drei Stationen wird das Produkt montiert, wohingegen in der vierten Station die Nacharbeit erfolgt. In den einzelnen Basismodulen der Anlage befinden sich unterschiedliche Montagemodule, die vom Werker für die Montage eingesetzt werden und diesen bei manuellen Tätigkeiten unterstützen. Auf den Bildschirmen der jeweiligen Stationen werden dem Werker mittels Werkerführung Informationen bereitgestellt, welcher Montageschritt als nächstes durchgeführt werden soll und welche Tätigkeiten vorzunehmen sind. Des Weiteren wird der Mitarbeiter durch unterschiedliche Systeme bei der richtigen Bauteilentnahme unterstützt, indem angezeigt wird, aus welchem Kleinladungsträger ein Bauteil zu entnehmen ist. Um Mitarbeiter bei der Montage zu unterstützen, wird zudem ein Leichtbauroboter eingesetzt. Dieser kann flexibel und temporär für unterschiedliche Aufgaben eingesetzt werden, wie z.B. das Anreichen von Bauteilen oder auch die Entnahme von fertig montierten Produkten.
In der virtuellen Planungsumgebung existiert ein virtuelles Modell des Montagesystems sowie der Produktvarianten. Über einen Anforderungs-/Fähigkeitsabgleich können Anpassungen am Produkt virtuel abgesichert werden und über ein agentenbasiertes Steuerungssystem in die Realität übertragen werden. Werden Anpassungen an der realen Anlage vergenommen, so wird über eine Methodik der Anlagenkonfigurationszustand identifziert und in die virtuelle Umgebung übertragen, um das Model kontinuierlich zu aktualisieren. Der Planer hat demzufolge immer einen aktuellen Stand für seine Planung vorliegen, sodass der Informationskreislauf zwischen realer und virtueller Welt geschlossen ist und somit ein cyber-physisches Montagesystem vorliegt.
Laufzeit: 06/2013 – 05/2016
Gefördert von: Bundesministerium für Bildung und Forschung