Fraunhofer IOSB - Web-Seminar MES im FOKUS

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Fraunhofer IOSB
Auf dem Weg zur modularen und selbstorganisierenden Fertigung
Einer der Anwendungsfälle von Industrie 4.0 ist die ‚Selbstorganisierende Produktion‘. Schon in den ersten Dokumenten zu Industrie 4.0 findet sich die Vision, dass „intelligente Produkte (…) durch ihre Ad-hoc-Vernetzungsfähigkeit sowie durch Mitführung einer digitalen Produktbeschreibung dazu befähigt (sind), sich eigenständig durch die Produktion zu steuern“ [1]. In einigen Fabriken sind schon erste Anwendungsbeispiele zu sehen, wenn zum Beispiel fahrerlose Transportsysteme (FTS) Werkstücke zum nächsten freien Montagearbeitsplatz transportieren.
 
Um die Jahrtausendwende war diese Idee einer selbststeuernden Produktion schon einmal aktuell, ausgelöst von der damaligen Technologie sog. Softwareagenten [2, 3]. Aus vielerlei Gründen hat sich diese Technologie zur Fertigungssteuerung jedoch nicht durchgesetzt: so waren die Rechnerleistung und das Vertrauen in selbstorganisierende Einheiten in der Fabrik zu gering.
 
Eine selbstorganisierende Produktion erfordert modulare Arbeitssysteme (siehe Bild) sowie die permanente Lokalisierung und Online-Verfolgung von Werkstücken, Komponenten und Anbauteilen sowie fahrerlosen Transportsystemen (FTS) zu deren Transport. Eine unflexible, mit dem Gebäude verbundene Fördertechnik ist dann nicht mehr erforderlich; auch spurgebundene Fahrzeuge werden weitestgehend aus der Fabrik eliminiert. Die heutige (meist outgesourcte) Logistik mit externen Lieferantenlagern, Supermärkten, Routenzügen zur Versorgung und Kanbanregalen an Bändern oder Linien wandelt sich hin zur Kommissionierung von Teilesätzen für bestimmte Verbauumfänge. Lediglich C-Teile werden (fremdbewirtschaftet) Just-In-Time in den Modulen bereitgestellt.
Selbstorganisation in der Fabrik ist meist mit dem Ziel einer flexiblen, evtl. sogar dezentralen Fertigungssteuerung verbunden. Solche Steuerungsansätze haben den Vorteil, dass unabhängige ‚Agenten‘ lokal schnell auf unvorhergesehene Ereignisse reagieren können. Die Vorteile zentraler Planung lassen sich angesichts häufiger Verzögerungen und Planumstellungen in der Praxis ohnehin nicht realisieren. Herausfordernd ist die Simulation und operative Steuerung aller autonomen Fahrzeuge, die den Werkstücktransport sowie die Anlieferung von Bauteilen übernehmen unter Nutzung neuer Verfahren wie verstärkendem Lernen (Reinforcement Learning).

Selbstorganisation findet in der Werkshalle statt und auf der Ebene weltumspannender Lieferketten. Für viele Zulieferer ist es schwierig, die Planungshoheit und vertrauliche Informationen an einen zentralen Supply-Chain-Orchestrator zu übergeben. Damit entstehen Aufgaben der Selbstorganisation und der agentenbasierten dezentralen Planung: Mit dem IIC-Testbed ‚SmartFactoryWeb‘ (www.smartfactoryweb.de) hat das IOSB einen Marktplatz zur flexiblen Auslastung weltweit vorhandener Produktionskapazitäten entwickelt. Dieser Marktplatz ist verbunden mit einem detaillierten Beschreibungsmodell für Produktionsfähigkeiten. Zudem bietet er die Möglichkeit der Online-Überwachung der Produktion.

Für unsere Kunden führen wir Fallstudien zur Einführung selbstorganisierter Produktion und Logistik durch. Weiterhin werden gezielt Algorithmen zur verteilten Planung entwickelt und in Simulationsumgebungen evaluiert.

Quellen:
[1]   acatech (Hrsg.): Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 - Ab-schlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0, April 2013
[2]   Sauer, O.; Sutschet, G.: Production Monitoring linked to object identification and tracking – a step towards real time manufacturing in automotive plants. In: Teti, R. (Ed.): Pro-ceedings of the 5th CIRP International Seminar on Intelligent Computation in Manufac-turing Engineering, Ischia (Italy): 2006, pp. 321-326.
[3]   Bussmann, S.; Schild, K.: Self-Organizing Manufacturing Control: An Industrial Applica-tion of Agent Technology. In Proc. of the 4th Int. Conf. on Multi-agent Systems (IC-MAS'2000), Boston, MA, USA, 2000, pp. 87-94.
Dr. -Ing. Olaf Sauer
Stellvertreter des Institutsleiters


Kontakt:
Tel.: 0721 6091 477
eMail: olaf.sauer@iosb.fraunhofer.de
 
Weitere Informationen: www.mes.fraunhofer.de                               
oder auf   www.forschungsfabrik-ka.de
Fraunhofer IOSB, Geschäftsfeld Automatisierung / Digitalisierung
Für das Fraunhofer IOSB sind Aufgaben rund um die produktionsnahe Informationstechnik schon immer wichtige FuE-Themen: von der Mess- und Regelungstechnik über Embedded Systems bis zu komplexen Leit- und MES-Systemen konzipiert, entwickelt und liefert das IOSB wegweisende Beiträge für die industrielle Anwendung.

Das Geschäftsfeld steht für funktionierende Systemlösungen auf allen Ebenen der industriellen Automatisierung mit der Vision eines durchgängigen Managements von Informationen. Speziell ausgerichtet auf die Anforderungen dezentraler Automatisierung bieten wir folgende Leistungen an:

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