Digitalisierung der Produktion

Vernetzung und adaptive Steuerung von Prozessen und Prozessketten durch intelligente Softwaresysteme.

Flexible Produktionssysteme

Effiziente Automatisierung in hochindividuellen Produktionsumgebungen

Bedingt durch eine große Variantenvielfalt bis hin zur vollständigen Individualisierung von Produkten erweisen sich herkömmliche Produktionssysteme oft als zu unflexibel. Schwankende Qualitätsparameter, aber auch die stark ausgeprägte Individualität von Produkten verlangen der Prozessführung viel ab. Als Lösung verspricht die Industrie 4.0 eine flexible und adaptive Steuerung automatisierter Prozesse und Prozessabfolgen in komplexen und hochindividuellen Produktionsumgebungen.

Mit diesem Ziel arbeitet das Fraunhofer IPT gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie an neuen Konzepten zur flexiblen Vernetzung und Steuerung solcher Produktionssysteme. Indem starre Prozessketten durch frei verkettete Prozesse abgelöst werden, entstehen wandlungsfähige Produktionssysteme. Ein hoher Vernetzungsgrad der einzelnen Anlagen und Geräte, eine durchgehende Datenerfassung sowie eine nahtlose Integration der Messtechnik in die Prozesssteuerung machen die neu entstandene Komplexität in der automatisierten Produktion individuell und adaptiv beherrschbar. So wird eine Grundlage für Systeme geschaffen, die in der Lage sind, sich eigenständig anzupassen und zu optimieren, zum Beispiel in Bezug  auf sich ändernde Bedingungen oder Zielgrößen.

Zur effizienten Automatisierung hochindividueller Produktionsumgebungen hat das Fraunhofer IPT eine flexible Prozess-Software entwickelt: Ein so genanntes »Integration Framework« ermöglicht es, parametrisierbare Dienste aus allen Anlagen und Geräten zu extrahieren und der Prozess-Software modular zur Verfügung zu stellen. Je nach Bedarf lassen sich so einzelne Dienste ausführen oder zu beliebig komplexen Abläufen zusammenstellen.

Die entwickelte Prozess-Software steuert dabei alle Abläufe und überwacht Anlagen, Geräte und den Materialeinsatz. Die Ressourcen verwaltet ein auf den jeweiligen Anwendungsfall anpassbarer Scheduling-Algorithmus. Auf Änderungen der Qualitätsmerkmale oder Zustände des Gesamtsystems reagiert die Software flexibel und adaptiert Prozessabläufe und Prozesse entsprechend.

Darüber hinaus verfügt die Software über verschiedene Logging-Funktionen, die die Datendurchgängigkeit auf Prozess- und Geräteebene sicherstellen. Die Daten werden systematisch erfasst, aufbereitet und abgespeichert. Eine anwenderfreundliche Bedienoberfläche zeigt dem Benutzer alle relevanten Funktionen und Daten an und unterstützt die Auswertung.

Unser Leistungsangebot

  • Anforderungsanalyse und Konzeption flexibler Produktionssysteme
  • Auslegung adaptiver Steuerungen für Prozesse und Prozessketten
  • Programmierung und Umsetzung individueller, flexibler Automatisierungslösungen
  • Softwareentwicklung zur Auswertung, Darstellung und Dokumentation von Produktions-, Mess- und Prüfergebnissen
  • Machbarkeitsstudien und Erarbeitung von Technologiedemonstratoren
  • Projektmanagement und Systemintegration

Anwendungen

Messzellen und Prüf-
systeme

Durch Verwendung flexibler Lösungen zur Vernetzung und Steuerung lassen sich variantenreiche Prüfabläufe kostengünstig automatisieren.

Produktionssysteme und -anlagen

Die kundenindividuelle Produktion in vollautomatisierten Produktionsanlagen liefert ein Beispiel dafür, wie mit vernetzten, adaptiven Systemen selbst hochindividuelle Produktionsprozesse flexibel und effizient gestaltet werden können.

Projekte

BMBF-Projekt freeMoVe

Entwicklung einer neuen Organisationsform für die wandlungsfähige, hochvariante Produktion für kleine Stückzahlen bis Losgröße 1. Grundlage ist die Ablösung starrer Abläufe durch freie Verkettung einschließlich dynamischer Steuerung und Informationsbereitstellung.

StemCellFactory

Die vollautomatisierte Anlage zur Kultivierung von Stammzellen ermöglicht als flexibles Produktionssystem die Bearbeitung von individuellem Spendermaterial. Die Prozess-Software des IPTs steuert dabei alle benötigten Geräte und reagiert adaptiv auf sich ändernde Systemzustände.

Pflanzenmesszelle

Die Messzelle führt automatisierte Geometriemessungen von Pflanzen durch. Dabei kommen Sensoren zum Einsatz, welche von der Kinematik der Messzelle geführt werden. Eine flexible Prozesssteuerung und Vernetzung ermöglicht hier die Erstellung individueller Behandlungsabläufe und eine durchgängige Datenverwaltung.

Veröffentlichungen

Produktionsleitsysteme

(Jung et al., 2019): Herausforderungen und Potenziale der Industrie 4.0 für flexible Produktionsleitsysteme, Fraunhofer IPT, 2019.