Heterogene, auslastungsoptimierte Roboterteams und Produktionsarchitekturen »SWAP«

Das Fraunhofer-Leitprojekt Heterogene, auslastungsoptimierte Roboterteams und Produktionsarchitekturen (»SWAP«) entwickelt neue technologische Konzepte zur Gestaltung der Produktion der Zukunft.

Die Basis dafür bildet das skalierbare, cyber-physische Produktionssystem»SWAP-IT«. Die Vielseitigkeit der SWAP-IT-Architektur wird anhand von vier branchenrelevanten Use-Cases unter Beweis gestellt:

• Großbauteilfertigung durch Segmentierung
  
• Präzisionsbauteilfertigung
• Montage im Flugzeugbau
• Bauteile zu verteilten Arbeitsstationen

Unter der Projektleitung von Prof. Dr.-Ing. W.-G. Drossel und Prof. Dr. rer nat. A. Tünnermann werden die Kompetenzen von zehn Fraunhofer-Instituten aus den Verbünden Produktion, Light & Surfaces sowie IuK zusammengeführt.

Klassische Konzepte der produzierenden Industrie stoßen zunehmend an ihre Grenzen.

Unternehmen sollen routinemäßig große Stückzahlen in bester Qualität herstellen und auf Anfrage schnell individualisierte Einzelprodukte oder Kleinserien liefern. Daneben werden auch Aspekte wie Energieeffizienz und Nachhaltigkeit in der Fertigung immer wichtiger, was zahlreiche Umstellungen erfordert. Klassische Produktionsumgebungen sind aufgrund der typischerweise starren Abläufe nicht ausreichend für all diese Anforderungen gerüstet, selbst wenn sie – getrieben durch die Digitalisierung – in den letzten Jahren modernisiert wurden.

Eine Lösung für dieses Problem bietet die Architekturlösung »SWAP-IT«.

Als ein skalierbares cyber-physisches Produktionssystem, das sehr schlank ist und sich flexibel auf unterschiedlichste Produktionsprozesse anwenden lässt, bricht die Produktionsarchitektur SWAP-IT die statischen Strukturen und schematischen Abläufe klassischer Produktionsstätten auf und flexibilisiert die Arbeitsschritte.

Eine einheitliche und semantisch vereinfachte Beschreibungssprache für Maschinen, Prozesse und auch Produkte ermöglicht die Einbindung von Betriebsmitteln wie Maschinen, Robotern oder autonomen Transportsystemen. Im Ergebnis entsteht eine intelligent agierende und anpassungsfähige Produktionsumebung.

Beschreibungssprache »PFDL«

Ein zentraler Bestandteil von SWAP-IT ist die Beschreibungssprache »PFDL« (Production Flow Description Language), eine eigenständige Entwicklung der Fraunhofer-Forschenden.

Der entscheidende Vorteil: Da in der PFDL zwar die prinzipielle Reihenfolge der Arbeitsschritte festgelegt ist, aber nicht, welche Maschine welche Aufgabe übernimmt, entscheidet die SWAP-IT-Software, wie genau der Auftrag ausgeführt werden soll und vergibt einzelne Aufgaben an gerade verfügbare oder günstig platzierte Maschinen. Das Produktionssystem berücksichtigt dabei viele unterschiedliche Faktoren.

So wird jeder Auftrag passend zu den Vorgaben individuell und zugleich effizient ausgeführt. Bei der klassischen Fertigung mit ihren standardisierten Arbeitsstationen ist diese Fall-zu-Fall-Flexibilität nicht erreichbar.

Individuelle Zielvorgaben

Die verantwortlichen Mitarbeitenden können ebenfalls bestimmen, dass die Herstellung besonders energieeffizient oder besonders schnell oder mit maximaler Auslastung der Anlagen und Maschinen ausgeführt werden soll.

Bei einer spontan eintretenden Auftragsspitze können die Mitarbeitenden beispielsweise die schnelle Herstellung als Zielvorgabe für das System setzen, auch wenn dies im Einzelfall dann mehr Energiekosten verursacht. Die Produktion kann so problemlos auf Nachbestellungen oder auf die Modifikation der Produkteigenschaften bei einer neuen Produktversion reagieren.

Logische Ergänzung zu Industrie 4.0

Im Rahmen des Megatrends Industrie 4.0 haben Technologien wie Sensorik, Vernetzung oder Digitaler Zwilling in den Fabrikhallen Einzug gehalten. Das Leitprojekt SWAP versteht sich als dessen Fortführung.  SWAP-IT nutzt die Daten, um die Produktion von starren Abläufen zu befreien.