Digitale Leitsysteme

Intelligentes Prozessleitsystem



Virtueller
Leitstand



Digitale Plattform



Digitale Plattform

Digitale Plattform

Untersuchung zur zukünftigen Kopplung von Roboterzellen an eine digitale Plattform für die Industrie 4.0

Die Idee dahinter

Langfristig sollen über eine digitale Plattform für die Produktentwicklung schon im Entwurf Informationen zur späteren Fertigung, sowohl in technischer als auch betriebswirtschaftlicher Hinsicht, verfügbar werden.

Das konkrete Ziel ist, die Kopplung dieser digitalen Plattform mit Fertigungsanlagen, speziell Roboterarbeitszellen, zu untersuchen. So soll es in Zukunft z.B. möglich sein, dass die Ingenieure während des Entwurfs von Produkten informiert werden, inwieweit die verfügbaren Produktionsmittel das Produkt fertigen können. Um dieses langfristige Ziel zu erreichen muss die Schnittstelle zwischen Entwurf und Fertigung besser verstanden und im nächsten Schritt maschineninterpretierbar modelliert werden. Dazu sollen die Fähigkeiten von Robotersystemen, sogenannte Skills und weiteres Wissen über die Produktion in einer Ontologie abgebildet und mit Entwurfs-Werkzeugen (in erster Linie CAD-Tools) verknüpft werden.

Der Aufbau des Systems

Bisher wurde an der Erstellung einer Ontologie zur Beschreibung eines Robotermontageszenarios gearbeitet. Diese enthält erste Konzepte zur Beschreibung des Montagevorgangs, welche allerdings weiter ausgebaut werden sollen. Zudem existieren eine Datenbank und Schnittstellen, die auf der Ontologie basieren. Einer der nächsten Schritte ist die (prototypische) Anbindung eines oder mehrerer CAD-Tools an einen Montageplaner.

Anwendungen

Aktuell sind in der Ontologie Montageaufgaben für die Montage von individuellen Produkten auf Basis eines Baukastensystems für Aluminiumprofile beschrieben (allerdings noch im Aufbau).

Der Fokus liegt momentan auf der Repräsentation der Bauteile und ihren Beziehungen. Mit der späteren Beschreibung von kompletten Robotersystemen und all ihren Fähigkeiten soll es möglich sein mit Hilfe eines Assistenzsystems automatisch Vorschläge für die Umsetzung von neuen Montageaufgaben zu generieren. Der manuelle Aufwand für den Menschen und die Komplexität
der Planungsaufgabe kann dadurch reduziert werden.

Ansprechpartner:

Philipp M. Schäfer
Diana Peters

Institut:

Institut für Datenwissenschaften

Intelligentes Prozessleitsystem

Intelligentes Prozessleitsystem

Die Idee dahinter

In der Fabrik der Zukunft werden Produkte in kleinen Losgrößen aus kundenspezifizierten Bauplänen hergestellt. Im Vergleich zu einer Fertigungsstraße, die ein und dasselbe Produkt in Serie produziert, ist hier eine flexible Steuerung nötig, die mit verschiedenen Bauplänen umgehen kann und Aufgaben auf die einzelnen Maschinen dynamisch verteilen kann.

Der Aufbau des Systems

Das am ZLP in Augsburg entwickelte System ist in der Lage, einen Bauplan eines CFK-Bauteils aus einem CAD-System einzulesen und zu verarbeiten. Für jeden einzelnen Zuschnitt gibt es Produktionsschritte, die der Reihe nach abzuarbeiten sind, wie Erstellung des Zuschnitts an einer Cutteranlage, Transport des Zuschnitts in die Produktionszelle, roboterbasiertes Legen des Zuschnitts in eine Form und anschließende Qualitätssicherung. Der gesamte geplante Ablauf sowie der aktuelle Stand werden dem Nutzer visuell dargestellt.

Anwendungen

Das System wurde bereits in der Herstellung von CFK-Demonstratorbauteilen eingesetzt, unter anderem auch beim Bauweisenkolloquium zum zehnjährigen Bestehen des ZLP in Augsburg. Dabei erledigte es alle oben beschriebenen Funktionalitäten bei der Herstellung einer Druckkalotte aus CFK. Darüber hinaus wurde es auch bei internen Forschungsprojekten eingesetzt und wird stetig weiterentwickelt. Hierbei sind zum Beispiel eine weitergehende Ablaufoptimierung und die Behandlung von Fehlerfällen wichtige Themen. Auch das Management von anfallenden Prozessdaten wird in Zukunft eine wichtige Rolle spielen.

Screenshot des Prozessleitsystems während der Herstellung einer Druckkalotte aus Kohlenstofffaserzuschnitten

Ansprechpartner:

Florian Krebs

Institut:

Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie

Virtueller Leitstand

Virtueller Leitstand

Der Virtuelle Leitstand

Die Idee dahinter

Produktionsanlagen verfügen traditionell über einen Leitstand mit vielen Monitoren und noch mehr Knöpfen, einem zentralen Leitrechner, in dem alle Informationen zusammenlaufen und einer Software zur Visualisierung der Daten.

In Zeiten des „Internet of Things“ (IoT) geht der Trend weg von einer zentralen Gesamtanlagensteuerung hin zu dezentralen Einzelsteuerungen, die untereinander und mit dem Produkt kommunizieren. Entsprechend dezentral lassen sich diese Komponenten auch überwachen, etwa durch mobile Endgeräte, wie Tablets oder Wearables. Aber was ist mit dem Gesamtüberblick? Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) eröffnen die Möglichkeit, Daten so wahrzunehmen, als wären sie physisch vorhanden. Gerade für die Kommunikation mit Außenstehenden, seien es Kunden, Projektpartner oder Zulieferer und Service Provider, ist das sehr hilfreich. Die Diskussion und Beurteilung von Anlagenparametern fällt leichter, wenn die Anlage selber ebenfalls dargestellt wird und die Daten im richtigen Kontext visualisiert werden.

Der Aufbau des Systems

Grundlage für den digitalen Zwilling ist ein 3D Modell der Anlage, das als Transportmittel für den digitalen Schatten, also die Visualisierung von Echtzeit-Maschinendaten dient. CAD-Modelle werden oft für Simulationen oder Offline-programmierung verwendet, um bestimmte Funktionen zu testen.

Für den virtuellen Leitstand hat das DLR-Team bewusst einen anderen Ansatz gewählt. Man soll das Gefühl haben, sich in vertrauter Umgebung zu bewegen und nicht erst im Kopf die Verbindung zwischen physischer und virtueller Anlage knüpfen zu müssen. Bspw. sollen Druck- und Temperaturverläufe einer Konsolidierpresse oder eines Autoklaven physisch wie virtuell an der gleichen Stelle angezeigt werden. Dazu werden die aktuellen Daten aus den jeweiligen Maschinensteuerungen (SPS) abgegriffen und an dezentralen Server (OPC-UA) übergeben. Über eine Ontologie werden die richtigen Datenpakete mit dem individuellen Bauteil verknüpft, bei dessen Produktion sie entstanden sind. Digitale Zwillinge von Bauteil und Anlage bedienen sich also derselben Informationen, aber aus unterschiedlichen Perspektiven.

Anwendungen

Mit den Forschungsplattformen am ZLP Stade stehen Multiroboter-Faserlegetechnologien, der größte Forschungsautoklav der Welt und Serienproduktionsline für Strukturbauteile als Pilotanlagen bereit. Sie können sowohl die Rolle eines fiktiven Zulieferers als auch die einer hauseigenen Produktion einnehmen. Lösungen bzgl. End-to-End Kommunikation, Fernüberwachung und Cybersecurity können direkt an vorhandener Hardware getestet werden, ohne den Produktionsbetrieb zu stören.

Digitalisierung von Forschungsanlagen: Als Verwaltungsschale für Prozessinformationen wird ein fotorealistisches 3D-Modell der Anlage erzeugt

Vision: (Fern-)Bedienung der Forschungsanlage über ihren digitalen Zwilling durch Virtual und Augmented Reality

Verknüpfung der realen mit der virtuellen Welt: Strömungslinien und Temperaturprofil am CFK-Flügelwerkzeug im Autoklav

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing.(FH) Sven Torstrick-von der Lieth

Institut:

Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik