Kognitive Produktion

Die Fraunhofer DNA – Wie es gelingt, Grundlagenergebnisse in Industrieangebote zu transferieren

Fraunhofer versteht sich als Vermittler von Ergebnissen der Grundlagenforschung aus den Universitäten und deren Überführung in Anwendungen in der Industrie. Letzteres erfolgt meist in Form konkreter Dienstleistungs- oder Produktangebote.
Eine kurze Themenreihe beleuchtet das Geschäftsfeld Kognitive Produktion unter diesem Fokus und stellt eine Auswahl konkreter Angebote vor. Die Reihe startet mit der Abteilung der IIoT-Steuerungen und technischen Kybernetik, in der die Themenfelder “modulare Steuerungsprogrammierung”, “Automatisierung aktuell manuell ausgeführter Tätigkeiten” und “Virtuelle Inbetriebnahme” im Mittelpunkt stehen.

Zwischen Universität und Industrie

Die Fraunhofer-Gesellschaft trägt den Term „angewandte Forschung“ bereits in ihrem Namen. Das bedeutet für uns, Grundlagenforschungsergebnisse, wie sie an Universitäten oder durch Fraunhofer-eigene Vorlaufforschung erarbeitet werden, an Bedarfen aus der Industrie zu spiegeln. So werden konkrete, anwendungsreife, aber stets innovative Lösungen entwickelt. Aus diesem Ansatz heraus resultiert auch der Finanzierungsmix von Fraunhofer. Dieser sollte zu je einem Drittel aus institutioneller Vorlaufforschung, öffentlich finanzierten Forschungsvorhaben und schlussendlich aus Umsetzungsprojekten mit der Industrie bestehen. Für die Fachabteilungen ergibt sich dadurch der Handlungsleitfaden, Forschungslinien aufzubauen. In diesen werden über mehrere Jahre innovative Ideen bis zu seriennahen Produkten und Dienstleistungsangeboten entwickelt.

Das Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU erschließt Potenziale für eine wandlungsfähige und effiziente Produktion in den Bereichen Automobil- und Maschinenbau, Luft- und Raumfahrt sowie Elektrotechnik. Dabei liegt der Fokus auf dem Zusammenspiel zwischen Werkstück, Prozess, Maschine und den in die Fertigung involvierten Menschen. Unsere Stärke ist der “umfassende Blick” und die Erarbeitung fachbereichsübergreifender Lösungen. Im ersten Beitrag der Themenreihe Dienstleistungsangebote stellen wir Ihnen konkrete Beispiele hierfür aus der Abteilung IIoT-Steuerungen und Technische Kybernetik vor.

Skills – Steuerungsprogrammierung neu gedacht

Aus einer an der TU Dresden entstandenen Idee und dem von der Sächsischen Aufbaubank geförderten Projekt „Merhabe“ ist neben der Roboterzelle Robo Operator ® eine flexible und modulare Methode der Steuerungsprogrammierung entstanden. Diese setzen wir vorrangig auf Beckhoff-, aber zunehmend auch auf Siemens-Steuerungen um. Unter dem Label „Fähigkeitsbasierte Steuerung“ gelingt eine flexible Ansteuerung von Robotern und Sondermaschinen nach dem Ansatz der “Low-Code Steuerungsprogrammierung”. Das geschieht in Verbindung mit einem, ebenfalls in einem Projekt entstandenen, Human Machine Interface (HMI).

Robo Operator ®, © Fraunhofer IWU
Human Maschine Interface des Robo Operator ®, © Fraunhofer IWU

Wir setzen nahezu alle unsere Automatisierungsprojekte nach dieser Art um. So konnten wir kürzlich im Industrie-Direktauftrag eine Roboterzelle in Berlin ausstatten. Dabei haben wir die vom Kunden gewünschten Anforderungen einer modularen Erweiterbarkeit der Steuerung und die Möglichkeit, Prozessmodelle in die Steuerung integrieren zu können, realisiert.

Ebenfalls möglich ist die Interaktion der fähigkeitsbasierten Steuerung mit Machine Vision Funktionen und anderen externen Sensorsystemen, welche sie auch für Sie zur idealen Basis für adaptive Maschinensysteme mit kognitiven Steuerungsfunktionen macht. Derartige Systeme setzen wir gerne für Sie um und erläutern den Benefit. Dieser ist natürlich umso größer, je öfter sich das Produkt und das Aufgabenspektrum ändert. Durch die fähigkeitsbasierte Steuerung können Änderungen am Programm auch von Nicht-Programmier-Experten ausgeführt werden. Das erhöht die Flexibilität der Automatisierung auch in Ihrem Unternehmen.

Machbarkeitsanalysen in der Automatisierung

Oftmals stellen Unternehmen noch vor der Frage: „Wie soll ich automatisieren?“ die Frage “Soll ich überhaupt automatisieren?“ Auch hierfür haben wir einen Lösungsansatz. Basierend auf Methoden der virtuellen Inbetriebnahme analysieren wir die Aufgaben in Ihrem Unternehmen, die potenziell automatisiert werden können. Gemeinsam mit Ihnen entwerfen wir verschiedene Varianten des Hardwareaufbaus und entwickeln für Sie kinematisierte Modelle, um die möglichen Lösungen in Bewegung betrachten zu können. Am Modell analysieren und diskutieren wir diese mit Ihnen und erarbeiten miteinander eine Vorzugsvariante. Durch die anschließende Anbindung einer Software- oder Hardwaresteuerung an das Modell können wir auch das Steuerungsprogramm für Sie am Modell entwickeln. Dabei zeigen wir Ihnen im Simulationssystem, wie sich Ihre Automatisierungslösung später verhalten wird, treffen Aussagen zu erreichbaren Zykluszeiten und geben eine grobe finanzielle Einordnung.

Visualisierung Digital Gestütztes Prüfen von Automatisierbarkeit von Schweißprozessen © Fraunhofer IWU
VIBN – Entdecken Sie die Vorteile der virtuellen Inbetriebnahme

Was tun, wenn die Hardware nicht kommt? Viele Firmen leiden aktuell unter Zeitverzug in ihren Projekten, da entscheidende Hardware nicht geliefert werden kann. Die Virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) leistet hier Abhilfe. Einen Eindruck der Arbeit unserer Kollegen lesen Sie in diesem Blogbeitrag. Ursprünglich wurde die Virtuelle Inbetriebnahme entwickelt, um die Steuerungsentwicklung und den Aufbau der Anlagenhardware zu parallelisieren. Inzwischen hat man erkannt, dass die Entwicklung und Überprüfung des Steuerungscodes durch die Kopplung der realen Anlagensteuerung mit einem Simulationssystem nicht nur zeitliche Vorteile bringt, sondern auch die Nachhaltigkeit des Inbetriebnahmeprozesses steigert. So kann bspw. Energie zum Betrieb der Anlage während der Steuerungsentwicklung oder auch Material zum Einfahren der Prozessabläufe eingespart werden. Ganz nebenbei unterstützt die VIBN durch den frühzeitigen Einsatz von realitätsnahen Simulationsmodellen auch den Weg zu einem entwicklungsprozessbegleitenden digitalen Zwilling im Unternehmen.

In 3-5 tägigen Workshops bieten wir Ihnen in unserem Dienstleistungsangebot die Möglichkeit, sich in die Welt der VIBN hineinzudenken, die wesentlichen Tools kennenzulernen und diese Technologie an Ihren Anlagen und Prozessen zu testen. Dazu führen wir den Anwendungsworkshop ganz individuell an einem von Ihnen bereitgestellten Anwendungsfall durch. Sollte es dann weitergehen, unterstützen wir gern auch bei der Einführung der VIBN in Ihrem Unternehmen. Darüber hinaus stehen wir als kompetenter Partner für Fragen und Herausforderungen bei der Steigerung der Effizienz Ihres Anlagenentwicklungs- und Inbetriebnahmeprozesses bereit.

Wir freuen uns mit Ihnen ins Gespräch über Ihre konkreten Anwendungsfälle zu kommen und gemeinsam an gesamthaften Lösungen zu arbeiten. Gerne steht Ihnen unser Abteilungsleiter Dr.-Ing. Arvid Hellmich für Ihre Anfragen und Rückfragen unter folgender Mailadresse: arvid.hellmich@iwu.fraunhofer.de oder über LinkedIn zur Verfügung.


Headerbild: © Fraunhofer IWU

Dr.-Ing. Arvid Hellmich

Dr.-Ing. Arvid Hellmich
Abteilungsleiter
"IIOT-Steuerungen und Technische Kybernetik"

Fraunhofer IWU
Pforzheimer Str. 7a
01189 Dresden

Telefon: +49 351 4772-2610
E-Mail: arvid.hellmich@iwu.fraunhofer.de

Dr.-Ing. Christer Schenke

Dr.-Ing. Christer-Clifford Schenke
Gruppenleiter
"Modellbasierte Entwicklung selbstoptimierender Produktionssysteme"

Fraunhofer IWU
Pforzheimer Str. 7a
01189 Dresden

Telefon: +49 351 4772-2616
E-Mail: christer-clifford.schenke@iwu.fraunhofer.de

Christian Friedrich

Dr.-Ing. Christian Friedrich
Gruppenleiter
"Steuerungen für kognitive Produktionssysteme"

Fraunhofer IWU
Pforzheimer Str. 7a
01189 Dresden

Telefon: +49 351 4772-2625
E-Mail: christian.friedrich@iwu.fraunhofer.de

Dr.-Ing. Arvid Hellmich

Dr.-Ing. Arvid Hellmich
Abteilungsleiter
"IIOT-Steuerungen und Technische Kybernetik"

Fraunhofer IWU
Pforzheimer Str. 7a
01189 Dresden

Telefon: +49 351 4772-2610
E-Mail: arvid.hellmich@iwu.fraunhofer.de

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