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Intelligente Sensoren Mit kognitiver Sensorik auf dem Weg zu Losgröße 1

Redakteur: Rebecca Vogt

Sie sind längst keine Zukunftsvision mehr: Sensorsysteme, die Bauteile lokalisieren, den Zustand von Maschinen überwachen oder automatisiert Nachschub bestellen. Forscher arbeiten nun daran, die intelligenten Sensoren in den Produktionsalltag zu implementieren.

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Im Test- und Anwendungszentrum L.I.N.K. am Fraunhofer-IIS in Nürnberg erproben Forscher kognitive Sensorsysteme mit Lokalisierungs- und Vernetzungstechnik.
Im Test- und Anwendungszentrum L.I.N.K. am Fraunhofer-IIS in Nürnberg erproben Forscher kognitive Sensorsysteme mit Lokalisierungs- und Vernetzungstechnik.
(Bild: Fraunhofer-IIS/Paul Pulkert)

Ware von der Stange, wie man sie etwa aus den Kaufhausregalen kennt, wird in Zukunft eine immer kleiner werdende Rolle spielen. Individualisierung lautet das Stichwort. Langfristig wird es in einigen Branchen hin zu Losgröße 1 gehen – also zum individuell gefertigten Einzelstück.

Das Ziel der Losgröße 1 bringt für die Produktion viele Herausforderungen mit sich. Meistern lassen sich diese nur mit Technologien aus dem Bereich der kognitiven Sensorik: 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.

Präsentation auf der Hannover-Messe anhand einer Motormontage

Am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) arbeiten Forscher an diesen Technologien. Auf der Hannover-Messe-Preview (Halle 19) sowie auf der Hannover-Messe selbst (Halle 2, Stand C22) präsentiert das IIS seine Lösungen am Beispiel einer Motormontage.

Die technische Bandbreite reicht dabei von der Lokalisierung der Flurförderzeuge und der Anlieferung des Motors an die korrekte Station über die Unterstützung der Montage mit intelligentem Werkzeugtracking, intelligenten Behältern und Komissioniersystemen bis zur Zustandsüberwachung der eingesetzten Maschinen. Die so erreichte datenbasierte Optimierung der Arbeitsprozesse ist zugleich Grundlage für eine Effizienzsteigerung im gesamten Betrieb, heißt es.

Erste industrielle Pilotprojekte mit BMW und Siemens

Daten, die über kognitive Sensorsysteme gesammelt werden, lassen sich beispielsweise via Predictive Analytics – ein Prognoseverfahren, mit dem künftige Ereignisse ermittelt werden – auch dazu nutzen, die Supply Chain automatisiert zu steuern und zu überwachen. Alle vorgestellten Technologien haben laut IIS bereits einen so hohen Reifegrad erlangt, dass sie in industriellen Pilotprojekten getestet und verbessert wurden.

Aktuell laufen Pilotprojekte mit BMW sowie Forschungs- und Entwicklungsprojekte mit Siemens und anderen Partnern, die Teile ihrer Fertigung und ihrer Logistik mit digitalen Techniken ausstatten – mit dem Ziel, ihre Mitarbeiter durch Assistenzsysteme gezielt in der Interaktion mit der Maschine zu unterstützen.

Kognitive Systeme als Nervenzellen des IIoT

„Mit kognitiver Sensorik wird der digitale Wandel konkret umsetzbar“, sagt 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 liefere 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“, erklärt Heuberger weiter.

Intelligente Behälter ordern selbstständig Nachschub

In der Montage beispielsweise ist es einerseits wichtig, dass die Arbeiter jederzeit alle zu verbauenden Teile griffbereit haben und das Band nicht wegen fehlenden Materialnachschubs stillsteht. Zum anderen sollen nicht mehr Teile als nötig vorgehalten werden, da dies die Lagerkosten in die Höhe treibt.

Hierfür haben die Forscher nach eigenen Angaben 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.

Gesammelte Daten stehen für Big-Data-Analysen bereit

Die Kommunikation der Behälter läuft über die S-Net-Technik des Instituts. 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 sagen sie ihm beispielsweise, wann der nachbestellte, volle Behälter eintrifft.

Die Daten, die die Behälter erfassen, werden wiederum in einer Cloud gesammelt, wo sie für Big-Data-Analysen zur Verfügung stehen. Mittels induktiver Nahfeldortung lässt sich laut IIS zudem überprüfen, ob der Arbeiter tatsächlich in die richtige Kiste gegriffen hat und wo er das nächste zu verbauende Teil findet.

Flexible Logistik durch Pick-by-Light

Monteure brauchen jedoch nicht nur Kleinteile wie Schrauben oder 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. Die Bauteile liegen demnach nicht immer an der gleichen Stelle. Ein Lichtsignal führt den Monteur und zeigt ihm an, an welcher Stelle im Bereitstellungsregal er das benötigte Bauteil findet.

Gängige Pick-by-Light-Systeme sind dem IIS zufolge entweder kabelgebunden und somit schwer zu installieren oder sie haben eine geringe Batterielaufzeit. Im Projekt Pick-by-Local-Light entwickeln die Forscher daher ein neuartiges Kommissioniersystem, das auf drahtlosen Sensornetzen basiert. Auch hier ist die zugrunde liegende Technik das S-Net.

Produktionsziel Losgröße 1

Umfrageergebnisse der Unternehmensberatung Staufen zeigen, dass sechs von zehn Unternehmen die Losgröße 1 als wichtigen Faktor einschätzen. Gerade im Maschinen- und Anlagenbau ist die Anpassung an Anforderungen des Kunden stark verwurzelt. 22 % haben Losgröße 1 bereits umgesetzt oder stehen unmittelbar davor, weitere 40 % wollen in den kommenden zwei bis fünf Jahren dieses Ziel erreichen, heißt es im Deutschen Industrie 4.0 Index 2017.

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