Industrie 4.0 auf flexibler Fertigungsroute

Anhand einer prototypischen Fertigungsanlage für Miele Dampfgarer wird demonstriert, wie das Werkstück auf einem Montagewagen eine flexible Fertigungsroute durchläuft und dabei stets von derselben Werkerin oder demselben Werker begleitet wird. Zusammen mit den Konsortialpartnern realisiert SmartF-IT situationsadaptive Assistenzsysteme für die industrielle Fertigung, die effizientes Arbeiten, Flexibilität und die Digitalisierung industrieller Fertigungsprozesse unterstützen. Mit Industrie 4.0 wird flexible Fertigung auch in kleinsten Losgrößen wirtschaftlich darstellbar.

Das SmartF-IT- Werkerführungssystem zeigt die einzelnen Montageschritte und ihre Reihenfolge für Produktvarianten und führt den Mitarbeiter zum passenden Montageumfeld. Das Avanced-Guided-Picking-System bietet situationsangepasste, selbstorganisierende Systeme zur Materiallogistik am Arbeitsplatz an. Es unterstützt Werker beim schnellen Variantenwechsel im Umgang mit veränderten Materiallisten und Arbeitsplänen und stellt eine korrekte prozesssynchrone Materialentnahme sicher.

Im Gegensatz zu traditionellen Pick-by-Light-Systemen, die eine fixe Anordnung der Materialbereitstellung erfordern, ermöglicht der SmartF-IT-Ansatz eine flexible Anpassung der Arbeitsumgebung: E-Ink Displays an den Behältern für Montageteile signalisieren unabhängig von der Position des Behältnisses, welche Kleinteile bei spezifischen Montageaufgaben verwendet werden sollen. Alternativ kann über die Nutzung einer Tiefenbildkamera in Verbindung mit optischen Markern der korrekte Entnahmebehälter identifiziert und kenntlich gemacht werden.

Für teilautomatisierte Produktionslinien sind Assistenzfunktionalitäten an einzelnen Stationen schon länger verfügbar. Meist sind sie jedoch nur lose gekoppelt. Im Forschungsprojekt SmartF-IT wird das semantische Fabrikgedächtnis entwickelt, das aktuelle Informationen über Anlagen, Produkte, Prozesse, Dienste und Mitarbeiter zu einer Wissensbasis integriert und für den Produktionsprozess bereit stellt. Diese Informationsbasis nutzen adaptive Assistenzsysteme für vielfältige Prozesse bei der individuellen Werkerführung, der effektiven Teamleiterunterstützung und beim kollaborativen Störungs- und Reparaturmanagement. Damit konnten integrierte, homogene und hoch flexible Systeme für die stationäre aber auch mobile Produktionsunterstützung entstehen.

In der Produktion an klassischen Monolinien werden Mitarbeiter im Voraus typischerweise in sogenannte Mitarbeiter-Loops eingeteilt. Ihre Aufgabe ist es, die einzelnen Arbeitsschritte sequenziell von Station zu Station abzuarbeiten und das zu fertigende Produkt an festen Übergabepunkten an einen Kollegen zu übergeben. Im Fall der dynamischen Multivariantenfertigung mit geringer Losgröße entstehen während der Fertigung allerdings Wartezeiten oder Fehlbelastungen, die durch die vorher bereits abgeschlossene Produktionsplanung verursacht werden.

Um eine optimale Auslastung einer Linie zu erreichen, müssen den Mitarbeitern während der laufenden Produktion wechselnde Aufgaben zugewiesen werden. Diese Problemstellung muss auf feingranularer Arbeitsschrittebene mit dynamisch wechselnden Umgebungsgegebenheiten wie zum Beispiel dem Ausfall einer Station in Echtzeit gelöst werden.

Dies stellt eine wirtschaftlich und wissenschaftlich höchst relevante Problemstellung dar, denn die Anwendung klassischer Produktionsplanungs-Algorithmen ist aufgrund der hohen Dynamik, der Echtzeit-Anforderungen und der Korrelation verschiedener Optimierungsaspekte beziehungsweise verschiedener Optimierungsparameter nur schwer realisierbar. Das in SmartF-IT vom DFKI entwickelte neuartige humanzentrierte Anytime-Optimierungssystem zur dynamischen Abtaktung löst dieses Problem. Hierzu verwendet es stark ausgeprägtes Domänenwissen aus dem semantischen Fabrikgedächtnis über Produktion und Mitarbeiter, um die Komplexität des Optimierungsproblems zu beherrschen. Zudem nutzt der Ansatz moderne parallele Rechnerarchitekturen, um eine effiziente Berechnung in Echtzeit zu garantieren.

Der Prototyp ist auf der Hannover Messe vom 26. bis 29. April in Halle 2, Stand B46 zu sehen.