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Industrie 4.0

Intelligente Fertigungs- und Montageassistenz

Wie Assistenzsysteme in der Fertigung und Montage den Menschen im Produktionsumfeld effektiv unterstützen können, zeigen die Lemgoer Forschungsinstitute Fraunhofer IOSB-INA und das Institut für industrielle Informationstechnik (inIT) der Hochschule OWL.

Intelligente Fertigungs- und Montageassistenz

Alle relevanten Produktions- und Anlagendaten vor Augen: Die Konfiguration, die Wartung und der Betrieb von Maschinen und Anlagen wird durch Augmented Reality revolutioniert. Foto: Fraunhofer IOSB-INA

Gemeinsam demonstrieren die Forscher am M²Assist mehrere Assistenzsysteme für manuelle Montageprozesse, wie AR-Brillen, Werkzeug-Tracking oder Remotezugriffe. Für die Lemgoer Wissenschaftler sind computergestützte Assistenzsysteme der Schlüssel, um die steigende Komplexität der industriellen Anlagen zu reduzieren und gleichzeitig den Menschen im Produktionsumfeld zu unterstützen. Industrie 4.0 unterstützt die variantenreiche Produktion und kundenindividuelle Massenfertigung. Um der nachgefragten Sortenvielfalt in kürzer werdenden Produktlebenszyklen entsprechen und Produktionskosten minimieren zu können, gewinnen hochmoderne Lösungen der manuellen Montage zunehmend an Bedeutung. Intelligente Assistenzsysteme stellen die Kompetenz des Werkers in den Mittelpunkt einer wandlungsfähigen Montageumgebung: Indem er optimal unterstützt und durch intelligente Automatisierung entlastet wird, gewinnt sein Arbeitsplatz zukünftig bei steigenden Qualitäts- und Taktanforderungen an Bedeutung. Möglich wird dies durch modernste Verfahren maschinellen Sehens, welche die Vorgänge des Werkers beobachten und anonymisiert erkennen, in welchem Arbeitsschritt er sich befindet, um eine individuelle und situationsbezogene Unterstützung zu ermöglichen.

Intelligente Assistenzsysteme stellen die Kompetenz des Werkers in den Mittelpunkt einer wandlungsfähigen Montageumgebung

Mit hochmodernen Verfahren des maschinellen Sehens statten die Lemgoer Forschungsinstitute Produktionssysteme mit der Fähigkeit aus, wahrzunehmen, welche Person sie bei welcher Aufgabe unterstützen können. Sie erkennen, wohin die Mitarbeiter greifen, mit welchem Werkzeug sie arbeiten und ob sie die richtigen Teile entnehmen. Dies ermöglicht eine Erkennung von Abweichungen im Herstellungsprozess und sichert die Qualität der Produkte. Insbesondere in der Montage variantenreicher Produkte können durch Assistenzsysteme die wahrgenommene Komplexität verringert und die Anlernzeiten neuer Mitarbeiter reduziert werden.

Intelligente Fertigungs- und Montageassistenz

Der auf der FMB Messe vorgestellte M²Assist Montageprozesse gibt einen Einblick
in die Produktionsarbeit der Zukunft. Foto: Fraunhofer IOSB-INA.

Assistenz in der manuellen Montage
In der Demonstrationsplattform M²-Assist wird die Erfassung mit innovativen Assistenzfunktionen verknüpft, um den Werker in seinem Arbeitsumfeld gezielt und möglichst effizient zu unterstützen. Im Fokus steht eine adaptive Benutzerschnittstelle, die direkt auf den Arbeitstisch oder entsprechende Objekte projiziert wird und mit intuitiven Zeige- und Handgesten bedient werden kann. 3D-Kameras um den Arbeitsplatz herum erfassen dabei den Werker und dessen Armbewegungen sowie den Arbeitsraum und alle sich darin befindenden Objekte, wie etwa Materialkisten. Zudem wird das Werkzeug im Einsatz dokumentiert und Verschraubpositionen automatisch bestätigt und protokolliert. Durch das Erkennen von Greifbewegungen in die Materialkisten werden Montagesequenzen wiedererkannt und der Füllstand der jeweiligen Kisten nachvollzogen, sodass bei einem entsprechend vorliegenden Materialbedarf die Produktion fehlender Bauteile an einem integrierten 3D-Drucker automatisch initiiert werden kann.

Standortübergreifende Assistenz
Für die standortverteilte Produktion setzt M²-Assist auf eine vernetzte Assistenz, die ortsunabhängig Montageplätze miteinander verbindet. Dazu wird der Datenaustausch zwischen den unterschiedlichen Komponenten des Produktionssystems mittels der Industrie 4.0-Standards AutomationML und OPC UA implementiert. Zudem unterstützen die Standards die kooperative Zuarbeit zwischen zwei Arbeitsplätzen: In einem Augmented Reality-basierten Videokonferenzmodus können sich ortsentfernte Monteure im Bedarfsfall einander zuschalten und aus den verschiedenen Kameraperspektiven im Arbeitsumfeld des fremden Montageprozesses agieren.

Warum Assistenzsysteme? Das werden sich viele mittelständische Unternehmer, die sich bisher keine Anwendungsmöglichkeiten in den eigenen Prozessen vorstellen können, fragen. Geht es nach den Lemgoer Forschern, liegen die Vorteile in der hohen Individualisierbarkeit ihrer Lösungen – denn abgeschlossene, am Markt erhältliche Hardware bietet für den einzelnen Betrieb und seine speziellen Anforderungen selten einen Mehrwert bei hohen Anschaffungskosten. Assistenzsysteme, die Schnittstellen der Maschinen zum Menschen, müssen aber gerade im Produktionsumfeld an den Arbeitsalltag angepasst und auf die Bedürfnisse der Menschen in den Betrieben maßgeschneidert werden. Dann ergeben sich fünf Kernvorteile der „Arbeit 4.0“, wie geringe Fehlerraten, geringe Einarbeitungszeiten, Erhöhung der Prozess- und Produktionsqualität, Erhöhung der Arbeitssicherheit und Verbesserung der Ergonomie.

Weitere Informationen: www.fraunhofer-owl.de, www.init-owl.de und auf der FMB auf dem it’s OWL Gemeinschaftsstand, Halle 21, Stand A27

KONTEXT
Seit 2009 forschen die Institute Fraunhofer IOSB-INA und Institut für industrielle Informationstechnik (inIT) gemeinsam unter dem Dach des Lemgoer Forschungs- und Entwicklungszentrum CENTRUM INDUSTRIAL IT (CIIT) an Spitzentechnologien für die Fabrik der Zukunft und entwickeln IKT-basierte Lösungen für intelligente Produkte und Produktionstechnik. Im Kompetenzzentrum Digital in NRW und in der gemeinsamen Forschungs- und Demonstrationsfabrik SmartFactoryOWL unterstützen die beiden Forschungseinrichtungen kleine und mittlere Unternehmen dabei, die Potentiale der Digitalisierung zu erschließen. Mittelständische Unternehmen haben hier die Gelegenheit, neue Technologien der Digitalisierung und intelligenten Automation zu erproben. Im CIIT beschäftigt man sich seit Jahren intensiv mit der Frage, wie Industrie 4.0 die Arbeit des Menschen in der intelligenten Fabrik der Zukunft verändern kann.