Intelligente Automation aus Lemgo

Wann sind Maschi­nen und Anla­gen „intel­li­gent“? Wann kommt die Digi­ta­li­sie­rung im Mit­tel­stand an – vor allem mit wel­chem kon­kre­ten Nut­zen? Wann sind die Lösun­gen der Indus­trie 4.0 ein­satz­be­reit, bezahl­bar und auf den indi­vi­du­el­len Bedarf anpass­bar? Die im Bereich intel­li­gen­ter Auto­ma­ti­on füh­ren­den For­schungs­ein­rich­tun­gen in Ost­west­fa­len-Lip­pe, das Fraun­ho­fer IOSB-INA und das Insti­tut für indus­tri­el­le Infor­ma­ti­ons­tech­nik (inIT) der Tech­ni­schen Hoch­schu­le Ost­west­fa­len-Lip­pe, brin­gen die Ant­wor­ten aus Lem­go mit auf die dies­jäh­ri­ge Han­no­ver Mes­se. Dabei reicht die Band­brei­te von Assis­tenz­sys­te­men mit Aug­men­ted Rea­li­ty über Cyber­si­cher­heit bis hin zu Lösun­gen für das Retro­fit­ting – und den For­schern gelingt dabei das, was sich im Tech­no­lo­gie­trans­fer oft­mals schwie­rig gestal­tet: Mit­tel­stän­di­sche Unter­neh­men wer­den bei ihrem Bedarf und ihrer indi­vi­du­el­len Aus­gangs­si­tua­ti­on abge­holt.

Die Digi­ta­li­sie­rung hält Ein­zug in alle Berei­che der indus­tri­el­len Pro­duk­ti­o­nund mit ihr die aktu­el­len The­men wie Künst­li­che Intel­li­genz, IoT, 5G oder Digi­ta­ler Zwil­ling. Aber was kommt von den Inno­va­tio­nen der soge­nann­ten 4. Indus­tri­el­len Revo­lu­ti­on im Mit­tel­stand an? Auf der welt­weit größ­ten Indus­trie­schau stel­len die For­schungs­part­ner Fraun­ho­fer IOSB-INA und das inIT der Tech­ni­schen Hoch­schu­le OWL aus Lem­go digi­ta­le Inno­va­tio­nen in der IT-basier­ten Auto­ma­ti­on vor und zei­gen in ver­schie­de­nen Live-Prä­sen­ta­tio­nen neu­es­te Ergeb­nis­se ihrer For­schungs­ar­bei­ten, wo kon­kre­te Anknüp­fungs­punk­te und rea­lis­ti­sche Amor­ti­sa­ti­ons­zei­ten auf den Mit­tel­stand war­ten.

Wir nut­zen intel­li­gen­te tech­ni­sche Sys­te­me, um Men­schen in einer kom­ple­xer wer­den­den Pro­duk­ti­on dabei zu unter­stüt­zen, schnel­ler und fun­dier­ter Ent­schei­dun­gen tref­fen zu kön­nen“, so der inter­na­tio­nal aner­kann­te Industrie‑4.0‑Experte Pro­fes­sor Jür­gen Jas­per­n­ei­te, Lei­ter des Fraun­ho­fer IOSB-INA und Vor­stand am Insti­tut für indus­tri­el­le Infor­ma­ti­ons­tech­nik (inIT). Er zeigt damit auf, dass bereits anwend­ba­re Lösun­gen exis­tie­ren und die „intel­li­gen­te Fabrik längst kei­ne Uto­pie mehr ist.“ Künst­li­che Intel­li­genz oder com­pu­ter­ge­stütz­te Assis­tenz­sys­te­me sol­len dabei den Betrieb der immer kom­ple­xer wer­den­den Indus­trie­an­la­gen erleich­tern: Inno­va­ti­ve, selbst­ler­nen­de Model­le kön­nen bei­spiels­wei­se den Men­schen­von mono­to­nen, repe­ti­ti­ven oder gefähr­li­chen Auf­ga­ben befrei­en­o­der den Pro­zess einer Anla­gen­über­wa­chung und ‑war­tung wesent­lich opti­mie­ren. Mit neu­en Sen­sor­sys­te­men kön­nen aber auch Bestands­an­la­gen ana­ly­siert und opti­miert, bzw. in auto­ma­ti­sier­te Pro­zes­se ein­ge­bun­den wer­den.

Retrofitting: Zukunftstechnologien für die Anlagen von heute

An einer fast 30 Jah­re alten Stand­bohr­ma­schi­ne, wie sie in hun­der­ten Hand­werks­be­trie­ben und Pro­duk­tio­nen ein­ge­setzt wird,zeigen die Lem­go­er For­scher des inIT bei­spiel­haft die Anwen­dung Künst­li­cher Intel­li­genz für das Con­di­ti­on Moni­to­ring. Daten­er­fas­sungs­sys­te­me und Algo­rith­men kön­nen hier das Sys­tem­ver­hal­ten ler­nen und Ano­ma­li­en, bei­spiels­wei­se feh­ler­haf­tes Nut­zer- oder Maschi­nen­ver­hal­ten im Sys­tem nicht nur erken­nen, son­dern anhand der Sen­sor­si­gna­le auch prä­zi­se lokalisieren.Basierend auf aus Daten gelern­ten Model­len, unter­stützt das Moni­to­ring­ver­fah­ren an dem Demons­tra­tor die vor­aus­schau­en­de War­tung und erleich­tert den Pro­duk­ti­ons­pro­zess. Ein Dash­board zeigt den aktu­el­len Zustand der Anla­ge an und erkennt Unre­gel­mä­ßig­kei­ten, indem Sen­sor­da­ten ana­ly­siert und Ergeb­nis­se anschlie­ßend visua­li­siert wer­den. Der auf der Han­no­ver Mes­se prä­sen­tier­te Anwen­dungs­fall soll Unter­neh­men kon­kret auf­zei­gen, mit wel­chen ein­fa­chen Mit­teln auch Bestands­ma­schi­nen Anschluss an die digi­ta­le Welt bekom­men kön­nen: An der Stand­bohr­ma­schi­ne kann mit den Fraun­ho­fer-Lösun­gen bei­spiels­wei­se in Echt­zeit geprüft wer­den, ob der Boh­rer im vor­ge­se­he­nen Dreh­zahl­be­reich arbei­tet, ober er zu heiß wird bzw. ver­schlis­sen oder die Vor­schub­ge­schwin­dig­keit pas­send ist. Die­se und wei­te­re Kenn­zah­len wer­den digi­tal nutz­bar und erhö­hen die Qua­li­tät, Effi­zi­enz und (Ausfall-)Sicherheit. Die bran­chen­un­ab­hän­gi­ge Lösung hier­für auf der Sen­so­rik­sei­te heißt „INA­sen­se“ und passt in einen trans­por­ta­blen Kof­fer.

Die Vor­tei­le von Assis­tenz­sys­te­men lie­gen für die For­scher in der Fle­xi­bi­li­tät und den viel­fäl­ti­gen intui­ti­ven Ein­satz­mög­lich­kei­ten. „Infor­ma­ti­ons­fu­si­on ist Vor­aus­set­zung für Indus­trie 4.0, also die Bün­de­lung von gro­ßen Daten­men­gen. Die­se wer­den bei­spiels­wei­se an Assis­tenz­sys­te­me wei­ter­ge­ge­ben und kön­nen dann vom Anwen­der genutzt wer­den“, erläu­tert Pro­fes­sor Vol­ker Loh­weg, Direk­tor des inIT und Vor­rei­ter auf dem Gebiet der Sen­sor- und Infor­ma­ti­ons­fu­si­on. Die am inIT ent­wi­ckel­ten Kon­zep­te zur Infor­ma­ti­ons­fu­si­on ermög­li­chen eine pass­ge­naue Unter­stüt­zung des Men­schen, bei­spiels­wei­se durch eine auto­ma­ti­sier­te Feh­ler­kon­trol­le oder nut­zer­zen­trier­te Hil­fe­stel­lun­gen.

Am Assis­tenz­sys­tem XTEND von Fraun­ho­fer demons­trie­ren sie den Mes­se­be­su­chern eine situa­ti­ons­be­zo­ge­ne Aug­men­ted Rea­li­ty (AR)-Unterstützung durch Tie­fen­sen­so­ren in der Kame­ra. Der Nut­zer kann hier die jeweils für ihn pas­sen­de Ein- bzw. Aus­ga­be­mo­da­li­tät wie ein Tablet, eine Pro­jek­ti­on oder eine Daten­bril­le am Arbeits­platz selbst wählen.Das XTEND-Sys­tem lässt sich aber nicht nur von Werker ein­set­zen, eben­so kön­nen War­tungs- oder Umrüs­tungs­an­wei­sun­gen mit AR auf eine belie­bi­ge ande­re Anla­ge pro­ji­ziert oder auf einem ande­ren Devices wie Smart­pho­ne oder ‑watch dar­ge­stellt wer­den.

Digitalisierung als Chance

Digi­ta­li­sie­rung wird als lang­fris­ti­ger Trend irrever­si­bel sein. Arbeits- und Berufs­fel­der wer­den sich ver­än­dern, „doch der Mensch bleibt wei­ter­hin uner­setz­bar in der Pro­duk­ti­ons­welt“, so Jas­per­n­ei­te. Geht es nach den For­schern vom Fraun­ho­fer IOSB-INA und inIT, bie­tet die digi­ta­le Fabrik der Zukunft reich­lich Poten­tia­le, den Men­schen im Pro­duk­ti­ons­um­feld zu unter­stüt­zen und zu ent­las­ten. Die men­schen­lee­re Fabrik wird es für Jas­per­n­ei­te nicht geben: „Mensch und Maschi­ne wer­den sich zukünf­tig noch bes­ser ergän­zen kön­nen.“ So kön­nen intel­li­gen­te Auto­ma­ti­sie­rungs­tech­no­lo­gi­en und digi­ta­le Assis­tenz­sys­te­me zuneh­mend eigen­stän­dig Ent­schei­dun­gen tref­fen, die gleich­zei­tig den Men­schen in sei­ner Arbeit unter­stüt­zen. Loh­weg ergänzt, die Digi­ta­li­sie­rung der Indus­trie bie­te ein „enor­mes Poten­ti­al, inno­va­tiv und welt­weit ver­netzt zu pro­du­zie­ren“.

Ziel der Lem­go­er For­schungs­ar­bei­ten ist es, mit­tel­stän­di­sche Unter­neh­men für die Chan­cen der Digi­ta­li­sie­rung zu sen­si­bi­li­sie­ren und sie beim Wis­sens- und Tech­no­lo­gie­trans­fer im eige­nen Unter­neh­men zu unter­stüt­zen, zum Bei­spiel mit Retro­fit­ting der Bestandsanlagen.Digitalisierung im Mit­tel­stand erfor¬dert nicht nur neue Tech­no­lo­gie­ent­wick­lun­gen, son­dern bei­spiels­wei­se auch IT-Sicher­heits­kom­pe­tenz. Ein spe­zi­ell entwickel¬ter Schu­lungs­kof­fer des Lem­go­er Fraun­ho­fer-Lern­la­bors „Cyber­si­cher­heit in der Pro­duk­ti­on“ stellt Mes­se­be­su­chern prak­ti­sche Anwen­dungs­be­rei­che vor.

Anhand eines indus­tri­el­len Pro­zes­ses wer­den sicher¬heitskritische Aspek­te auf­ge­zeigt, ver¬schiedene Cyber­an­grif­fe demons­triert und eine siche­re Kom­mu­ni­ka­ti­on basie­rend auf OPC UA vor­ge­stellt. Dies ermög­licht die siche­re Umset­zung von Indus¬trie‑4.0‑Anwendungsfällen wie Pre­dic­tive Main­ten­an­ce, Opti­mie­rung oder Con­di­ti­on Moni­to­ring. In Lem­go wird seit Jah­ren an Tech­no­lo­gi­en für die Intel­li­gen­te Auto­ma­ti­on geforscht und Indus­trie 4.0 in die Pra­xis umge­setzt.

Fraun­ho­fer IOSB-INA auf der Han­no­ver Mes­se 2019: Hal­le 16, Stand A04