Motek 2018

•••9••• Innovationen Wie Mensch und Maschine kooperieren Augmented Reality (AR) und Künstliche Intelligenz (KI) unterstützen den Werker von morgen V orausschauende Wartung, Fernwartung und Wissens- management werden überhaupt erst möglich durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) und Augmented Reality (erwei- terter Realität). Das Deutsche For- schungszentrum für Künstliche In- telligenz (DFKI) befasst sich damit in der SmartFactoryKL-Industrie- 4.0-Produktionsanlage. Um KI in der Produktion sinnvoll nutzen zu können, müssen zu- erst Daten gesammelt werden. Hier handelt es sich um Maschi- nendaten wie Druck, Tempera- tur, Durchfluss oder Vibration, mit deren Hilfe ihr Zustand über- wacht werden soll (Condition Mo- nitoring). Die dabei über Sensoren generierten Datenmengen sind zu groß, um sie mit rein mensch- licher Leistung schnell auszuwer- ten und zu interpretieren. Datenanalyse Erst wenn die gesammelten Daten durch geeignete mathematische Analysemethoden (Data Analy- tics) in der Cloud verarbeitet und die Ergebnisse an den Anlagen- betreiber zurückgeschickt wer- den, kann man einen Nutzen aus ihnen ziehen und zum Beispiel einen drohenden Maschinenaus- fall vorhersagen. Dieser Ausfall kann durch eine vorausschauen- de Wartung im Vorfeld behoben werden, was wiederum den Anla- genstillstand und Reparaturzeiten minimiert. Augmented Reality ist eine vielversprechende Techno- logie, um Mitarbeiter am Ort des Geschehens durch den Wartungs- prozess zu führen. Erprobt ist zum Beispiel der Einsatz von Datenbril- len: Dabei werden dem Werker Informationen und Arbeitsanwei- sungen in die Brille projiziert, so- dass er gleichzeitig beide Hände für die Ausführung der Arbeits- schritte frei hat. Somit wird eine intuitive und verbesserte Fehler- behebung ermöglicht. Auch die Möglichkeiten der Fernwartung werden durch die Nutzung von KI vereinfacht werden, indem zum Beispiel ein Ingenieur vom Büro aus den Techniker vor Ort unter- stützt. Auch für die Weitergabe von wertvollem Know-how der dienstälteren Mitarbeiter an jün- gere Kollegen eignet sich die Nut- zung von Künstlicher Intelligenz. Der erfahrene Beschäftigte soll künftig wichtige Schritte bei der Einrichtung, Bedienung oder Re- paratur von Anlagen mithilfe von Kameras aufzeichnen können. Bei dem unerfahreneren Mitarbeiter kommen dann über die Datenbril- le KI-Tools zur Bilderkennung zum Einsatz. So erhält er die richtigen Arbeitsanweisungen mithilfe der Augmented Reality in der Daten- brille angezeigt und kann seine Arbeit effizienter ausführen. „Speech-to-text“ Eine weitere Option besteht in der „Speech-to-text“-Anwendung. Eine KI-Anwendung kann die Sprachbefehle des Mitarbeiters in Schrift übersetzen und somit die gesuchten Informationen in einer Datenbank identifizieren. Auf die- sem Wege kann sich der Beschäf- tigte zum Beispiel aus der techni- schen Anlagendokumentation die benötigten Passagen von Bedie- nungs- oder Montageanleitungen in der Datenbrille anzeigen lassen. Die lästige Suche in Aktenordnern oder Textdateien am Computer entfällt. Künstliche Intelligenz hilft demMenschen, Daten aus unterschiedlichen Quellen zusammen- zuführen und nach Relevanz gefiltert anzuwenden. Dabei können ihn smarte Datenbrillen mit Augmented-Reality-Anwendungen unterstützen. Foto: SmartFactoryKL / A.Sell Dolmetscher für Maschinenkomponenten Neuer OPC-UA-Demonstrator für hersteller- und plattformunabhängigen Informationsaustausch in Industrie 4.0 Eine Fertigungszelle mit smarten Komponenten unterschiedlicher Hersteller, die das Kommunikati- onsprotokoll OPC UA (Open Plat- form Communication Unified Ar- chitecture) nutzt, hat das Forschungsinstitut des Freistaats Bayern für softwareintensive Sys- teme und Services (fortiss) in Zu- sammenarbeit mit VDMA und In- dustriepartnern entwickelt. Bislang scheitert die Vernetzung von Anlagenteilen an der her- stellerspezifischen Software und dem großen Aufwand, diese um- zuprogrammieren. Mit dem Pro- tokoll OPC UA ändert sich dies: Das „Esperanto aller Anlagentei- le“ arbeitet hersteller- und platt- formunabhängig und „befähigt“ alle Komponenten, dieselbe Spra- che zu „sprechen“. Damit können sie kommunizieren, Daten austau- schen und interagieren – und die Betreiber ihre Anlagen modular aufbauen und vernetzen. Vor al- lem für kleine und mittelständi- sche Unternehmen (KMU) ist der Einsatz von Automatisierungs- anlagen eine Herausforderung. Denn diese sind meist auf struktu- rierte, gleich ablaufende Arbeits- vorgänge ausgelegt und rentie- ren sich erst bei Aufträgen mit großen Stückzahlen. Außerdem benötigen die Betriebe Fachleute, um die Anlagenteile zu program- mieren. Nun sind diese Hindernisse bei- seitegeräumt: Mit rund 20 Part- nern aus Industrie und VDMA hat fortiss einen Demonstrator ent- wickelt, der die Open Platform Communication Unified Archi- tecture, kurz OPC UA, nutzt und die Kommunikation von Maschi- ne-zu-Maschine ermöglicht. Beim OPC-UA-Demonstrator in Gestalt einer industriellen Montagezelle haben die Projektpartner Kom- ponenten und Systeme verschie- dener Hersteller verwendet, um beispielsweise vollautomatisch in- dividuell gestaltete Spielzeugkrei- sel, sogenannte Fidget Spinner, herzustellen. „Die Produktionszel- le besteht aus sechs Stationen mit Greifern, Achsen und Rundschalt- tisch, die anstehende Prozess- schritte erledigen und ihre Infor- mationen an die Zellensteuerung weitergeben“, beschreibt Kirill Dorofeev, wissenschaftlicher Mit- arbeiter beim fortiss-Kompetenz- feld Industrie 4.0, die Fähigkeiten des Prototyps. Gesteuert wird die Anlage über die „fähigkeitenbasierte Be- schreibung“ aller Anlagentei- le. Denn wenn die Steuerung „weiß“, was die Komponenten „können“, entfallen bei einem neuen Auftrag die Befehle für die neuen Arbeitsschritte und damit die zeitaufwendige Neuprogram- mierung. Überwachung in Echtzeit Beim Herstellungsvorgang lässt sich live überwachen, wie die Komponenten des Demonstrators miteinander kommunizieren und interagieren. Die Zustandsdaten der Produktion können Beobach- ter in Echtzeit über eine digitale Instrumententafel mitverfolgen. Am Ende übergibt der Roboter der letzten Station den fertigen Kreisel an den Auftraggeber. Der OPC-UA-Demonstrator, den das Forschungsinstitut gemeinsam mit 20 Industriepartnern entwickelt hat, lässt sich sich dank des Kommunikationsprotokolls OPC UA spielend umprogrammieren. Foto: fortiss