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Fraunhofer IFF Produkte virtuell testen

| Redakteur: Sariana Kunze

Damit Maschinen, Handys oder Autobatterien sicher funktionieren, werden sie im Vorfeld auf Herz und Nieren getestet. Um noch exaktere Voraussagen zu ihrer Zuverlässigkeit machen zu können, haben Forscher aus Magdeburg und Kaiserslautern neue digitale Engineering-Konzepte entwickelt. Sie simulieren vorab nicht nur die Eigenschaften der Produkte und deren Steuerungssoftware. Um besser zu sehen, wie diese später tatsächlich miteinander zurechtkommen, übertragen sie diese funktionalen Modelle komplett in die Virtuelle Realität.

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Optische Arbeitsraumüberwachung für einen Roboter am Fraunhofer IFF. Auf dem unteren Bildschirm ist ein sonst nicht sichtbarer Lichtkäfig eingeblendet. Der Roboter unterbricht seine Bewegung, sobald ein Mensch in den Arbeitsraum eindringt.
Optische Arbeitsraumüberwachung für einen Roboter am Fraunhofer IFF. Auf dem unteren Bildschirm ist ein sonst nicht sichtbarer Lichtkäfig eingeblendet. Der Roboter unterbricht seine Bewegung, sobald ein Mensch in den Arbeitsraum eindringt.
(Uwe Völkner / FOX)

Ein Industrieroboter steht in einer großen Montagehalle, dreht sich um die eigene Achse und reicht dem neben ihm arbeitenden Monteur ein neues Bauteil. Während dessen kommt ein zweiter Mitarbeiter hinzu und läuft mitten in die Bewegung des Roboterarms hinein. Der stoppt, es ist nichts passiert. Der Roboter wartet, bis sich niemand mehr in seinem Bewegungsradius befindet, dann setzt er die Arbeit fort. Alles normal, das passiert ständig, denn es gibt fast keine fest installierten, umzäunten Roboterzellen mehr. Die mechanischen Kollegen arbeiten dank neuer Sicherheitstechnologien frei und gefahrlos überall dort, wo sie gebraucht werden, gemeinsam mit dem Menschen.

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Was wie eine Zukunftsvision klingt, könnte schon bald zum Arbeitsalltag in den Fabrikhallen gehören. Und nicht nur dort. Die Technologien dafür werden bereits entwickelt. Zum Teil existieren sie schon. Die optische Arbeitsraumüberwachung etwa, ein automatisches System für die "Sichere Mensch-Roboter-Kooperation", das den Raum um einen Roboter komplett scannt, stammt aus dem Fraunhofer IFF in Magdeburg. Optische Sensoren überwachen den Arbeitsradius des Roboters und stoppen ihn notfalls bzw. ändern seine Bewegungsrichtung, sollte ihm jemand plötzlich zu nahe kommen.

Digital Engineering im Forschungsprojekt ViERforES II

Das System ist eines der Arbeitsergebnisse des Forschungsprojekts ViERforES II (kurz für Virtuelle und Erweiterte Realität für höchste Sicherheit und Zuverlässigkeit von Eingebetteten Systemen), das Ende September 2013 offiziell endet. In dem Projekt suchten das Fraunhofer IFF in Magdeburg, das Fraunhofer IESE in Kaiserslautern, die Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und die Technische Universität Kaiserslautern gemeinsam mit Industriepartnern nach neuen Entwicklungskonzepten, mit denen die Sicherheit und Zuverlässigkeit von technischen Geräten, Maschinen, Anlagen oder auch ganzen industriellen Prozessen verbessert werden kann.

Die Forscher setzen dafür vor allem auf neue Methoden des Digital Engineering. Sie erstellen digitale, funktionale Modelle der geplanten Produkte und simulieren zusätzlich das Verhalten der Steuerungssoftware, wie sie heutzutage in allen industriellen Produkten und Prozessen zum Einsatz kommt. Schließlich verknüpfen sie beides miteinander und visualisieren das Ergebnis in der Virtuellen Realität. Das so entstandene virtuelle Testmodell ist leicht zu verstehen. Die Ingenieure können an ihm Funktionsprüfungen von Produkten vornehmen, versteckte Prozesse sichtbar machen und den Einfluss der Software auf deren Zuverlässigkeit und Sicherheit untersuchen. So lassen sich verschiedene kritische Systemzustände simulieren und virtuell darstellen. Auch die Steuerungskomponenten der Optischen Arbeitsraumüberwachung von Robotern wurden so vorab getestet.

Professor Michael Schenk, Institutsleiter des Fraunhofer IFF und Sprecher des Projektkonsortiums zum Abschluss des Projekts: "Unser Ziel in ViERforES II war es, die zukunftsweisenden Ansätze des Digital Engineering mit klassischen Konstruktionsprozessen und dem Software Engineering für Prozesse, Produkte und Anlagen zu kombinieren. Zur weiteren Unterstützung dieses Weges wurden außerdem neue Methoden für Planung und Entwicklung sowie neue Visualisierungstechniken erarbeitet. Die Ergebnisse werden Unternehmen helfen, z.B. ihre Konstruktionszeiten zu beschleunigen und die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Produkten und Systemen deutlich zu verbessern. "Zudem hebt Schenk die enge Kooperation zwischen dem Fraunhofer IFF und der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg auf diesem Gebiet hervor. "Das war wesentlich für die guten Ergebnisse. Magdeburg etabliert sich damit bundesweit zunehmend als Zentrum für das für Wirtschaft und Forschung wichtige Zukunftsthema ›Digital Engineering and Operation‹", sagt der Fabrikplanungsexperte.

Mittelständler testet Batterien für Elektromotoren virtuell

Eines der Unternehmen, die von den Entwicklungen des Projekts ViERforES bereits profitieren, ist FuelCon aus Magdeburg-Barleben. Der Mittelständler zählt zu den führenden Anbietern von Test- und Diagnosesystemen für Brennstoffzellen und Batterien und ist einer von drei Industriepartnern des Projekts. Für das Unternehmen, das z.B. die Eignung realer Batterien für geplante neue Produkte, wie etwa Elektromotoren, Handys, usw. prüft, wurde ein Fahrzeugsimulationsmodell zum Testen von Batterielastzuständen entwickelt. Mit dieser Schnittstelle lassen sich sowohl reale Batterien als auch Batterieauslegungen und -anpassungen an neue Produkte testen. Auf dieser Grundlage können die Batterien weit näher an den realen Bedingungen getestet werden, was wiederum die Sicherheit und Zuverlässigkeit der späteren Endprodukte erhöht.

Das Projekt ViERforES II gehört zu den Pilotprojekten im Programm "Spitzenforschung und Innovation in den Neuen Ländern" des BMBF. Seine Laufzeit begann am 1. Januar 2011 und endet am 30. September 2013. Es wurde mit insgesamt 5,8 Mio. Euro gefördert. Die Koordination liegt beim Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg. Weitere Partner sind die Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, das Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE, Kaiserslautern, die Technische Universität Kaiserslautern, Dornheim Medical Images, Lehnert Regelungstechnik sowie FuelCon.

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