Produktion der Zukunft: Mensch und Maschine zusammen effizienter

Wie kann Digitalisierung die Menschen in der Produktion unterstützen – und zugleich Produktionsprozesse effizienter gestalten? Zu dieser Frage forscht ein Zusammenschluss aus 14 europäischen Forschungseinrichtungen und Unternehmen im Rahmen des EU- Forschungsprojektes Autoware.

Ziel des Forschungsprojekts Autoware ist es, Fehlerquellen in immer komplexeren Produktionsprozessen zu reduzieren. Dafür soll ein kollaborativer Roboter den Mitarbeiter in der Montage unterstützen, indem er einfache Montageschritte selbstständig oder in Kooperation mit dem Mitarbeiter ausführt. SMC, Lösungsanbieter sowie Hersteller für pneumatische und elektrische Automatisierungstechnik, ist als Technologie- und Anwen­dungs­partner am Forschungsprojekt Autoware beteiligt und arbeitet dabei eng mit dem Fraunhofer Institut für Graphische Datenverarbeitung (IGD) zusammen. Im Testbetrieb soll dazu ein neu entwickeltes Robotersystem bei der Produktion von SMC-Pneumatikzylindern zum Einsatz kommen, das gemeinsam mit den Mitarbeitern am selben Arbeitsplatz arbeitet. Autoware wird von der Europäischen Union gefördert und ist insgesamt auf eine Dauer von 36 Monaten angelegt. Offizieller Projektstart war im Oktober 2016. Die Entwicklung des Robotersystems für das Anwendungsszenario bei SMC übernimmt das Fraunhofer IGD in Darmstadt in Kooperation mit dem Institut Jožef Stefan aus Slowenien.

Mensch und Maschine gemeinsam effizienter

Der übergeordnete Forschungsschwerpunkt des Projekts Autoware ist die Entwicklung eines offenen und drahtlosen cyber-physischen Produktionssystems (CPPS). CPPS ist eine autonome digitale Plattform, in der die einzelnen Komponenten wie Sensoren und Maschinen über ein Netzwerk kommunizieren, lernen und entsprechend steuerbar sind. Menschen und Roboter können so in kooperativen Montageszenarien miteinander interagieren und gemeinsam komplexe Produktionsprozesse umsetzen. Dazu sind beide im gleichen Arbeitsbereich eingesetzt. Der kollaborative Roboter soll dabei bestimmte – vorwiegend monotone und einfachere – Montageschritte selbstständig ausführen oder den Mitarbeiter unterstützen.

„Dieses Produktionssystem für ein eng verwobenes Zusammenspiel von Mensch und Roboter ist Industrie 4.0 in Reinform. Mit SMC als Partner für industrielle Anwendungen im Projekt Autoware“, sagt Mario Heitmann, Manager Innovation Management. „Bei uns wird das CPPS unter realen Produktionsbedingungen getestet.“ Der kollaborative Roboter soll bei SMC in der Zylindermontage zum Einsatz kommen und bei der Montage eines Sonderzylinders unterstützen. „Wir produzieren diesen Kompaktzylinder seit 2011 in langfristig stabilen Stückzahlen. Deshalb gibt es eingespielte Produktions­bedingungen. Das ist ideal, um die Autoware-Technologie zu erproben“, erläutert Marius Pulter, Manager Production. „Der Sonderzylinder wird im Anwendungsszenario von SMC als Testprodukt verwendet, um die im Zuge des Autoware-Projekts entwickelte Technologie unter realistischen Bedingungen zu testen.“ Der Roboter soll dabei 15 der 38 Montage­schritte bei der Herstellung des Zylinders übernehmen, etwa die Befettung von Zylinder­komponenten sowie die Qualitätsprüfung der Komponenten und des Endproduktes hinsichtlich Maßhaltigkeit und Gratfreiheit.
 
Um die Position der einzelnen zu bearbeitenden Produktbauteile genau zu erfassen, verfügt der Roboter über Scanner und Sensoren. Hier setzen auch die konkreten Forschungen des Fraunhofer IGD an: Die Digitalisierungs-Experten beschäftigen sich im Projekt vorwiegend mit Bildverarbeitung und Objekterkennung, maschinellen Lernverfahren, Interaktionskonzepten sowie der 3D-Rekonstruktion von Arbeitsumgebungen und der Entwicklung von kognitiven Roboterfähigkeiten. „Als Technologie- und Anwendungspartner in der Kooperation mit dem Fraunhofer Institut erhalten wir wertvolle Einblicke in aktuelle Forschungsthemen. Daraus können wir Erkenntnisse ableiten, um unsere Produktion effizienter zu gestalten und unsere Produkte qualitativ noch hochwertiger zu produzieren“, sagt Marius Pulter, „darüber hinaus werden die Mitarbeiter in der Montage entlastet und die Arbeitsbedingungen dadurch weiter verbessert.“

Bild: „Wir produzieren diesen Kompaktzylinder seit 2011 in langfristig stabilen Stückzahlen. Deshalb gibt es eingespielte Produktions­bedingungen. Das ist ideal, um die AUTOWARE-Technologie zu erproben“, erläutert Marius Pulter, Manager Production.