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Industrie 4.0 made in Mainfranken

Technikbericht

Mainfranken nimmt sich beim Thema Industrie 4.0 die Schwerpunkte „Vernetzung“, „Smarte Objekte“ und „Mensch-Maschine-Schnittstelle“ vor. Diese drei Arbeitsbereiche werden im Projekt „MainTelRob“ adressiert und gemeinsam von unterfränkischen Firmen bearbeitet.

 

MainTelRob steht für Maintenance and Telematics for Robots und ist ein Forschungsprojekt, welches vom bayerischen Staat über drei Jahre gefördert wurde. Im Projekt wird die Kommunikation verschiedener Teilnehmer innerhalb eines Fernwartungsszenarios einer roboterbasierten Fertigung untersucht, wobei konkret eine Fertigungsanlage im Werk von Braun (Procter&Gamble) in Marktheidenfeld betrachtet wurde. In der Anlage übernimmt ein Roboterarm der Firma KUKA Industries / Reis Maschinenfabrik während der Fertigung in einem Spritzgussprozess die Handhabung eines Multikomponentenbodens für elektrische Zahnbürsten. Braun stellt dem Projekt diese reale roboterbasierte Einsatzumgebung in der Produktion zur Verfügung. Das Themengebiet „Fernwartung“ wurde in mehreren konkreten Nutzungsszenarien  bearbeitet, die in einem konsequenten User-Centric Design Prozess  entwickelt wurden.

 

Die Abbildung verdeutlicht das Prinzip des Projekts MainTelRob: Beim rot eingezeichneten Kunden Braun/P&G befindet sich die Fertigungsanlage mit dem Industrieroboter als zentraler Handhabungseinheit. Die Anlage wird durch manuelle Inspektionen und ein Condition Monitoring System überwacht. Im Fall, dass mit einer Instandsetzung oder Reparatur in den Fertigungsprozess eingegriffen werden muss, sind ein oder mehrere Service-Techniker vor Ort, die durch eine im Projekt entwickelte, Tablet-PC basierten (mobile) Diagnoseumgebung  unterstützt werden. Hier wurde auch der Einsatz von Augmented Reality Brillen für Reparaturaufgaben erprobt.

 

Gleichzeitig besteht die Möglichkeit den Roboterhersteller (KUKA Industries) über die Fernwartungsumgebung in die Diagnose- bzw. Wartungsaufgabe einzubinden. Hierbei wurde ein spezielle Netzwerkunterstützung, das Adaptive Bandbreitenmanagement und Sicherheitssystem (AMS)  entwickelt. Weiterhin wurden intelligente Regelungsalgorithmen entwickelt, die die Verzögerung der Verbindung kompensieren können.

 

Der externe Experte kann auf Anforderung mit seiner Fernwartungsumgebung auf die Anlage zugreifen und mit dem Service-Techniker vor Ort kommunizieren. Der Experte erhält während dieser Zeit per Internetverbindung Zugang zu produktionsrelevanten Anlagen- und Videodaten und kann mit Hilfe dieser Daten bei der Lösung von Problemen unterstützen, ohne selbst vor Ort sein zu müssen (Fernanalyse). Auch die Möglichkeit der Fernsteuerung  des Roboters wurde implementiert.

 

Besondere Hilfestellung können Experten aber auch bei der Optimierung der Anlage, z.B. durch Minimierung von Zykluszeiten oder Verschleiß, liefern. Hierzu wurden verschiedene Softwaretools entwickelt, die das Herunterladen der gespeicherten Daten aus Condition Monitoring und Inspektionen ermöglicht und die vergleichende Betrachtung verschiedener Anlagenzyklen ermöglicht.

Die zentrale Bewertung der entwickelten Fernwartungsinfrastruktur erfolgte an Hand eines Szenarios, bei dem ein Motortausch am Industrieroboter durch einen remote angeleiteten Servicetechniker durchgeführt wurde. Auf die üblicherweise vor Ort befindlichen Mitarbeiter des Herstellers konnte durch die entwickelte Fernwartungsumgebung verzichtet werden.

Für die Gesamtleistung im Projekt, in dem auch die Benutzeroberflächen und die Algorithmen für die Optimierung und Diagnose mit entfernten Experten entwickelt wurden und der Einsatz mobiler Geräte und von Augmented Reality in der Produktion erprobt werden konnte, erhielt das Projekt die Auszeichnung mit dem Industriepreis 2015.

 

Als Projektfazit bilanziert KUKA Industries: „Die im Projekt MainTelRob gewonnenen Erkenntnisse, insbesondere der Begleitung der Szenarien sind von großer Bedeutung für die weitere Entwicklung im Bereich der Fernwartung.“ Franz Som, Leiter der Steuerungsentwicklung bei KUKA Industries sagt: „Die von uns entwickelten Steuerungsfunktionen werden in naher Zukunft zur Serienreife gebracht und fließen in eines der nächsten Softwarereleases der Robotersteuerung ein. Die Funktionen sind dann für unsere Kunden allgemein nutzbar bzw. erleichtern unserem Service-Personal den Support und die Wartung bei Kundenanlagen.“

Den Nutzen für Anlagenbetreiber bringt man bei Braun wie folgt auf den Punkt: Das Forschungsprojekt MainTelRob habe gezeigt, wie wichtig der Schritt in Richtung Industrie 4.0 für den Standort Deutschland ist, wenn Fabriken 24 Stunden an 7 Tagen an 350 Tagen im Jahr arbeiten. Durch die Erkenntnisse aus diesem Projekt hat man sich deshalb bei Braun entschlossen, ein Team im Bereich Molding zu bilden, das sich intensiv mit dem Thema Industrie 4.0 beschäftigen wird. Das interdisziplinäre Team wird mit SPS-Programmierern, Informatikern, Instandhaltungsplanern und Managern besetzt sein. Den Erfolg des Projekts kann man in Marktheidenfeld durchaus an Zahlen festmachen: Es wird davon ausgegangen, dass sich die Instandhaltungskosten von aktuell 4,7 % um ca. 0,5 % senken ließen.

Das Projekt „MainTelRob“ konnte nach dreijähriger Laufzeit plangemäß und erfolgreich abgeschlossen werden. Da die Kooperation für alle Seiten höchst zufriedenstellend verlaufen ist, werden die Forschungsthemen auch im Förderprojekt „Bayern digital“ weiter vorangetrieben, bei dem das Zentrum für Telematik e.V. für das Thema „Digitale Produktion“ bereits offiziell eingebunden ist. Weiterhin wird die Überführung in die Produkte über unabhängige Direktprojekte geprüft. Das Team bedankt sich beim bayerischen Staat und beim Projektträger für die Ermöglichung dieses Projekts, sowie bei Prof. Schilling für die Anbahnung und übergeordnete Leitung der Forschung.

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