Digitalisierung erlebbar machen

Modellfabrik für Industrie 4.0

Unter dem Motto „Digitalisierung erlebbar machen“ hat die Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden im Juni 2018 mit der Industrie-4.0-Modellfabrik – dem Industrial Internet of Things (IIoT) Test Bed – eine Forschungs- und Demonstrationsplattform für IoT-Lösungen aufgebaut.

Modellfabrik für Industrie 4.0

Hinter dem Industrial Internet of Things Test Bed verbirgt sich eine Industrie-4.0-Modellfabrik.

Die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Testumgebung mit einem dis­kreten Fertigungsprozess und allen typischen Industriekomponenten wurde konzipiert, um komplexe Fertigungs- und Logistikprozesse realitätsgetreu nachzubilden. „Das Test Bed kombiniert zig technische Systemen, mit denen sich typische industrielle Anwendungsfälle einfach und schnell nachbilden lassen“, beschreibt Professor Dr. rer. pol. Dirk Reichelt, Hochschule für Technik und Wissenschaft (HTW) Dresden, Fakultät Informatik und Mathematik, die Modellfabrik.

Die technische Ausstattung besteht aus drei in die Anlage integrierte Roboterzellen, einer CNC-Zelle, einem Hochregallager, einer Vielzahl von technischen Modulen, um typische Anwendungsfälle wie Drucken, Prüfen oder Pressen nachzubilden, einem Handarbeitsplatz, einer Cobot-Station (Collaborative Robot), mehreren Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) und einer flexibel einsetzbaren Roboterzelle. Ergänzt wird die Umgebung durch typische Industrie-4.0-Systeme zur Datenerfassung und Verarbeitung. So wird an verschiedenen Stellen in der Anlage der Energiebedarf gemessen und in Beziehung zu den Anlagen und den produzierten Produkten gesetzt. Mit unterschiedlichen Realtime-Location-Services lassen sich die Positionen von beweglichen Objekten im Raum ermitteln und diese in ihrer Bewegung verfolgen.

Unterschiedliche Sensorsysteme auf RFID-Basis und anderen funkbasierten Technologien erlauben die Erfassung von Messwerten an unterschiedlichen Stellen. Im Testumfeld kommen speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) von unterschiedlichen Herstellern zum Einsatz. Alle sind mit einem OPC-UA-Server ausgestattet. Über diese Schnittstellen werden die Daten aus der Steuerung kontinuierlich erfasst und in einem Data Lake gespeichert. Basierend auf diesen Daten werden unterschiedliche Demonstratoren realisiert. Das Testfeld beherbergt auch den Trail Industrial IoT (IIoT) Test Bed des Dresdner Smart Systems Hub (siehe Abschnitt unten). In diesem Trail präsentieren die Test-Bed-Macher die in Zusammenarbeit mit Firmen entstandenen Lösungen für die Realisierung von Indus­trie-4.0-Anwendungsfällen. „Dies reicht von der Messung von Temperaturdaten mittels RFID-Sensor im Ofen über Lösungen für eine Prozessüberwachung aus der Cloud bis hin zu Konzepten für die Anbindung von Anlagen über eine light-fidelity-basierte (LiFi) Verbindung“, erläutert Professor Reichelt den Trail.

„In unseren F&E-Arbeiten arbeiten wir oft mit einer Menge von Daten“, so Reichelt. „Daten sind in der Regel immateriell und schwer greifbar. Daher entstand die Idee, eine Anlage zu schaffen, mit der sich der Ursprung der Daten zeigen lässt und mit der man in Forschung und Entwicklung reale Maschinen- und Anlagendaten nutzen kann.“ Damit lassen sich die dabei gewonnenen Erkenntnisse effizienter in die Praxis übertragen. Das Ziel war, eine Umgebung zu schaffen, in der alle wesentlichen Systemkomponenten einer Industrie-4.0-Fertigung abgebildet sind. „Mit den zusätzlich geschaffenen Umsystemen zur Lokalisierung und Sensorwerterfassung konnten wir genau dies erreichen“, bilanziert der Spezialist für Informationsmanagement. Eines der Alleinstellungsmerkmale der Dresdner Modellfabrik ist die Betrachtung von Prozessinnovationen für die Digitalisierung in der Fertigung aus einem 360-Grad-Blick.

Auf technischer Ebene bedeutet dies, dass die Wissenschaftler einen durchgängigen Materialfluss vom Wareneingang über die Fertigung bis zum Warenausgang mit allen dafür notwendigen Systemen abbilden können. Die einzelnen Prozessschritte werden jeweils durch geeignete Digitallösungen für einen automatischen Materialtransport, die Materialverfolgung, die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation und die Vernetzung von Material, Werkzeug und Maschine unterstützt. „Die ergänzenden Umsysteme – Sensorik, Energiemessung und Lokalisierung – erlauben ein einfaches Prototyping“, sagt Reichelt. Weiterhin sei die Anlage als wandelbare Smart Factory konzipiert und könne schnell auf unterschiedliche Szenarien angepasst werden, betont Reichelt weiter. So wurde bereits beim Aufbau großer Wert auf die Erweiterbarkeit gelegt.

Heute lassen sich auf den installierten Modulen weitere Anwendungsfälle einrichten und neue Applikationen hinzufügen. „Auf organisatorischer Ebene bündeln wir im Testfeld die Forschung der HTW Dresden auf dem Gebiet Industrie 4.0“, erklärt Reichelt. Derzeit arbeite man mit T-Systems Multimedia Solutions, Pepperl + Fuchs, Robotron Datenbank-Software, Essel Deutschland, Sick, SQL Projekt, Dualis IT Solution und Camline Dresden zusammen. Die Zusammenarbeit der HTW mit den Unternehmen und anderen F&E-Einrichtungen erfolgt in unterschiedlichen Projekten. Dies reicht von Workshops für die Erarbeitung von Industrie-4.0-Potentialen in der Fertigung, die Zusammenarbeit in F&E-Projekten bis hin zur Realisierung von konkreten Demonstratoren in der Modellfabrik. Seit mehr als drei Jahren existiert zusätzlich die Kooperation der HTW Dresden mit dem Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS). „Gemeinsam realisieren wir in der Modellfabrik Lösungen für die drahtlose und batterielose Erfassung von Sensorwerten in industriellen Umgebungen“, sagt Reichelt.

In Zusammenarbeit mit T-Systems Multimedia Solutions und Robotron Datenbank-Software konnten Reichelt und Kollegen eine Reihe von neuen Demonstratoren für die vernetzte, intelligente Fertigung unter Nutzung von Cloud-Lösungen aufbauen. In Zusammenarbeit mit Pepperl + Fuchs ist in den letzten Monaten eine Reihe von Demonstratoren für typische Cyber-Physical-Production-Systeme entstanden. „Wir freuen uns, dass wir mit dem Start-up Wandelbots in einem unserer aktuellen Projekte einen neuen Partner gewinnen konnten, den wir bei seinen Ideen zur Roboterprogrammierung unterstützen können“, so Reichelt.

Dies ist ein Artikel aus unserer Print-Ausgabe 12/2018. Bestellen Sie ein kostenfreies Probe-Abo.

Das Industrial-IoT-Testumfeld zählt mit zu den größten Testumgebungen in Deutschland. Gemeinsam mit den Partnern arbeitet man weiter daran, viele neue Demonstratoren für die Digitalisierung auf dem betrieblichen Hallenboden aufzubauen und mit ihnen gemeinsam in F&E-Projekten neue Cyber-Physical-Production-Systeme zu entwickeln. In diesem Jahr wurde das Testfeld bereits um einen Cobot erweitert, welcher aktuelle Projektarbeiten unterstützt. So können Unternehmen in dem Industrial IoT Test Bed ihre neuen Produkte und Komponenten im Zusammenspiel mit unterschiedlicher Hard- und Software erproben und für den späteren Produktiveinsatz vorbereiten. Die in den F&E-Projekten entstandenen Ergebnisse werden in der Regel von den Unternehmen nach Projektabschluss für den Serieneinsatz weiterentwickelt. „Unsere Partner profitieren dabei von kurzen Feedback-Zyklen in der Projektphase, da neue Konzepte frühzeitig mit etablierten Industriekomponenten verprobt werden können“, beschreibt Reichelt den großen Vorteil der Modellfabrik für Firmen.

Smart Systems Hub Dresden

Dresden punktet als attraktiver Hightech-Standort mit Kompetenzen in Hardware, Software und Konnektivität für IoT-Anwendungen. Folgerichtig hat sich der Smart Systems Hub Dresden – Enabling IoT auch der Integra­tion dieser Kompetenzfelder in digitale Produkte sowie Anwendungen für das Internet der Dinge (IoT) und das Industrial IoT verschrieben. Der Dres-dner Hub wird von engagierten Akteuren betrieben und von Persönlichkeiten aus Politik, Wirtschaft und Forschung unterstützt und gefördert. Allein der Freistaat Sachsen investiert rund 100 Mio. Euro in den IoT-Hub. Nach Angaben der Dresdner Stadtverwaltung sollen in den nächsten Jahren Technologiekonzerne und Forschungseinrichtungen wie Infineon, Bosch, die Fraunhofer-Gesellschaft und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) insgesamt mehr als 4,5 Mrd. Euro am Standort Dresden investieren.

Bildquelle: Thinkstock/iStock

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