Forschungsprojekt

Mit Niki Industrie 4.0 testen

| Redakteur: Beate Christmann

Augmented Reality auf dem Smartphone macht die Maschinendaten verständlich: Sascha Alpers (l.), FZI, zeigt Projektleiter Dr. Christoph Rathfelder (r.), Hahn-Schickard, die Niki-4.0-Visualisierung.
Augmented Reality auf dem Smartphone macht die Maschinendaten verständlich: Sascha Alpers (l.), FZI, zeigt Projektleiter Dr. Christoph Rathfelder (r.), Hahn-Schickard, die Niki-4.0-Visualisierung. (Bild: FZI Forschungszentrum Informatik)

Um den Mittelstand an Industrie 4.0 heranzuführen, wollen Forschungspartner des Projekts Niki 4.0 einen einfachen und günstigen Werkzeugkasten aus Software und Sensorik entwickeln. Unternehmen sollen damit ohne große Umbauten Industrie 4.0 in den eigenen Produktionshallen testen können.

Vor allem kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) stehen Industrie 4.0 noch skeptisch gegenüber. Nicht selten bedeutet die Umrüstung der Produktion zunächst ein großes Invest. Das Forschungsprojekt „Nicht-disruptives Kit für die Evaluation von Industrie 4.0“ (kurz: Niki 4.0) will KMU die Vorteile einer vernetzen Produktion aufzeigen, ohne dass große Umbauten und Investitionsaufwände von Nöten sind. Die drei Forschungspartner Hahn-Schickard, die Hochschule Offenburg und das FZI Forschungszentrum Informatik wollen einen einfachen, kostengünstig und risikolos zu installierenden Werkzeugkasten aus Software und Sensorik entwickeln. Dabei sollen die eigentlichen Produktionsanlagen und Maschinen unverändert bleiben und die Fertigungsprozesse durch die zusätzliche Datenerfassung zunächst nicht beeinflusst werden.

Industrie 4.0 real erleben

„Gerade bei Wartung und Produktionsplanung bietet die vernetzte Produktion große Potenziale für Prozess- und Kostenoptimierung“, erklärt Projektleiter Dr. Christoph Rathfelder von der Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung. Der Wissenschaftler weiter: „Mit den Projektergebnissen wird es möglich, in der eigenen, realen Produktion die Vorteile zu erleben und so in der Praxis die Anforderungen an eine spätere Migration evaluieren zu können. Unser System informiert aber lediglich über Maschinenzustände und greift nicht in die Regelung und Steuerung der Anlagen ein.“

Besonders relevant sind die Sensorinformationen in umgebungsempfindlichen Produktionsverfahren oder -anlagen. Spritzgussverfahren beispielsweise sind fehleranfällig für Wind, beziehungsweise Luftzug und für Schwankungen der Umgebungstemperatur. Durch die Messung und intelligente Visualisierung sollen Facharbeiter künftig störende Lufteinwirkungen und Hinweise auf deren Quelle leicht interpretieren und die richtigen Handlungen zur Fehlerbehebung ableiten können.

Unterstützt werden die Wissenschaftler durch einen projektbegleitenden Ausschuss. Dieser setzt sich aus 16 Unternehmen zusammen, die in den im Projekt behandelten Themenfeldern aktiv sind und schwerpunktmäßig aus dem baden-württembergischen Mittelstand kommen. Die Ausschussmitglieder beraten die Forschungseinrichtungen in allen Phasen des Projektes mit ihrem Wissen aus dem Produktionsalltag und bringen ihre Fallbeispiele ein.

Erste Systemarchitektur prototypisch umgesetzt

Den ersten Projektmeilenstein haben die Partner am 14. Oktober erreicht: Die Anforderungserhebung wurde abgeschlossen und eine erste detailliertere Systemarchitektur wurde prototypisch umgesetzt. Gemeinsam mit dem projektbegleitenden Ausschuss wurde anhand eines ersten Demonstrators die weitere Umsetzung besprochen und die kommenden fünf Projektphasen geplant.

Mit dem Niki-4.0-Gesamtsystem sollen existierende Produktionsanlagen mit Sensorik und Informationskopplern einfach und kostengünstig Industrie-4.0-fähig gemacht werden. Hier bringt die Hahn-Schickard ihr Know-how ein und entwickelt für die Datenerhebung neue Umweltsensoren. Die Forscher setzen auf akkubetriebene Sensoren, um sowohl für Energie- als auch Datenübertragung auf den Einsatz störender Kabel zu verzichten.

Das Gateway stellt das Kernelement des Datenaustauschs dar: Es sammelt und speichert die Daten und übersetzt diese in OPC-UA-kompatible Datenmodelle. Ebenso dient es als Schnittstelle zur Visualisierung, so dass mobile Endgeräte über eine direkte Drahtlosanbindung auf die im Gateway oder im Backend gespeicherten Daten zugreifen können. Für die gesamte IT-Kommunikation bei Niki 4.0 ist die Hochschule Offenburg verantwortlich, die auch die Drahtloskommunikation und die Sensornetzwerke im Projekt umsetzt. Hier ist eine Herausforderung, dass der Funk vorhandene Technik in den Produktionshallen nicht stören oder beeinflussen soll, gleichzeitig aber auch möglichst wenig störanfällig gegenüber anderer Funktechnik in der Produktion sein soll. Gemeinsam mit dem FZI arbeiten die Offenburger Wissenschaftler außerdem an der intelligenten Datenanalyse und -aggregation.

Das FZI ist in Niki 4.0 für die intelligente Visualisierung der verschiedenen Messgrößen aus den Industrieanlagen verantwortlich. Dazu werden künftig sowohl Werte der nachgerüsteten Sensoren als auch Messwerte aus dem System selbst mittels des OPC-UA Protokolls bereitgestellt. Die Forscher entwickeln für mobile Endgeräte eine Android-App und eine browserbasierte Desktopdarstellung, damit über eine einheitliche Schnittstelle schnell und einfach auf die Daten zugegriffen werden kann. Die Verschmelzung von Daten und Realität mittels Augmented Reality erleichtert dem Nutzer auf den Mobilgeräten in der unmittelbaren Umgebung der Maschine die Zuordnung von digitalen Daten und physischen Maschinen. Diese Visualisierung unterstützt die Mitarbeiter eines Unternehmens in unterschiedlichen Anwendungsfällen der intelligenten Produktion der Zukunft.

Instandhaltung optimieren

Ein Beispiel ist die Verwendung der Daten, um Prognosen zum zukünftigen Zustand der Maschine zu erstellen und durch gezielte vorbeugende Wartung (Predictive Maintenance) ungeplanten Ausfällen vorzubeugen. Die über den Niki-4.0-Werkzeugkasten erfassten Daten sind auch für Mitarbeiter außerhalb der unmittelbaren Umgebung der Maschinen interessant, beispielsweise für einen Betriebsleiter, der aktuelle Produktions- und Maschinendaten analysieren und Einsätze planen möchte.

Das Projekt startete am 1. Februar 2016 und läuft insgesamt 28 Monate bis zum 31. Mai 2018. Die Baden-Württemberg Stiftung beauftragte die Projektpartner im Rahmen des Forschungsprogramms „Industrie 4.0: Gestaltungspotentiale für den Mittelstand in Baden-Württemberg erforschen und nutzen“. Projektträger ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.

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