Neue Datenarchitektur macht proto_lab-App flexibler – Basis für digitalen Zwilling

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Eine Umstrukturierung der Datenarchitektur mit NoSQL in couchDB macht die proto_lab-App auch in Bezug auf die beliebige Speicherung unterschiedlichster Datenformate deutlich flexibler. So erfolgt die Auftragssteuerung nun nicht mehr ausschließlich dezentral über intelligente Prozessteilnehmer wie etwa den Kommissioniercontainer, der mithilfe des IoT-Ready-Kits zu einem kommunikations-, speicher- und entscheidungsfähigen cyber-physischen System (CPS) gemacht wurde. Durch die Datenverwaltung in couchDB kann der gesamte Prozess hochflexibel, sowohl zentral über die proto_lab-App als auch dezentral zwischen den beteiligten intelligenten Wertschöpfungsteilnehmern als eigenständiges CPS gesteuert werden. Hierfür werden die initial im IMOS-CAD/CAM generierten Produktdaten direkt in die couchDB importiert sowie alle Produktionsdaten laufend im Sinne eines digitalen Zwillings abgeglichen. Zudem können auch „unintelligente“, also nicht kommunikationsfähige Ladungsträger im Sinne eines CPS als digitaler Schatten in den Prozess integriert werden. So können etwa beim Zuschnitt in der Vorfertigung Bauteile zunächst „chaotisch“ auf einem „unintelligenten“ Flachwagen gestapelt und erst später für die Montage in den intelligenten, voll CPS-fähigen Kommissioniercontainer sortiert werden. Mittels Bauteile- und Ladungsträger-IDs auf scanbaren Etiketten werden eindeutige Zuordnungen und somit eine verlässliche Auftragsnachverfolgung sowie ein konsistentes Teile- und Gebindemanagement sichergestellt. Während alle Wertschöpfungsteilnehmer auf der Maschinen-, FTS-, Robotik- sowie Kommissioniercontainer-Ebene via OPC-UA kommunizieren ist der*die Mitarbeiter*in mittels proto_lab-App und der REST-Schnittstelle ‚konektilo‘ (https://konektilo.de) mit den OPC-UA-Servern aller Wertschöpfungsteilnehmer vernetzt. Die horizontale wie vertikale I4.0-Vernetzung wird damit komplett mittels der beiden Standards ,OPC-UA‘ sowie ,REST‘ und dem Übersetzer ,konektilo‘ sicher und einfach bewerkstelligt.

Prototypen der flexiblen Arbeitsplätze im Testeinsatz

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Die vier Prototypen der flexiblen Arbeitsplätze, die im Rahmen einer interdisziplinären studentischen Projektarbeit im SS2020 entstanden sind (Blogbeitrag vom 5.August 2020) wurden nun im Seminarraum D2.01 installiert und stehen einem Alltagstest durch Studierende und Mitarbeiter*innen zur Verfügung. Nach einem Nutzungsfeedback sollen die jeweils günstigsten Eigenschaften schließlich in einer optimierten Modellvariante zusammengeführt werden.

Bauteile finden mit Hilfe von Augmented Reality

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In einem AFE-Masterprojekt wurde an einer neuen Augmented-Reality-Anwendung für das proto_lab gearbeitet. Ziel war es, Mitarbeiter im Montageprozess durch innovative Visualisierungskonzepte noch besser zu unterstützen und zudem Bestandsänderungen bei Kleinteilen in Echtzeit im MES-System zu erfassen. Für die Suche nach benötigten Bauteilen in einem Durchlaufregal wurde eine Alternative zur pick-by-light-Anzeige über LED entwickelt. Mithilfe einer Bilderkennungssoftware kann mit der Kamera eines Smartdevices (Tablet oder Handy) das Bauteilregal „gescannt“ werden. Die Schütten mit den benötigten Kleinteilen werden nun durch die Einblendung von virtuellen Informationen in das Kamerabild „sichtbar“ gemacht. Visualisiert wird auch der Bauteilfluss im Durchlaufregal. Informationen zur Teilezählung werden in einer Beckhoff-SPS gespeichert, welche über die Industrie-IoT-Protokolle OPC-UA, OPC-UA über REST oder MQTT abgerufen werden können. Mithilfe von künstlicher Intelligenz wurde zudem ein Rückmeldesystem implementiert. Aus dem Regal entnommene Bauteile werden über eine Objekterkennungsfunktion identifiziert, die Teileanzahl im Behälter wird entsprechend angepasst.

Proto_lab-Mitarbeiter publiziert auf der IoT 2020

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Im Rahmen seiner Promotion hat proto_lab-Mitarbeiter Stefan Böhm am 8.Oktober 2020 auf der internationalen IoT-Konferenz in Malmö, Schweden ein wissenschaftliches Paper zum Thema „AI Approaches to Optimize Human-Machine Collaboration in Manufacturing Facilities with IoT-Ready Machinery“ (https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/3423423.3423471) präsentiert. Stefan Böhm, der im proto_lab im Bereich der Automatisierungstechnik (Robotik und FTS) forscht und arbeitet, promoviert seit Juni 2020 unter Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Christian Knoll, dem Leiter des Lehrstuhls für Robotik, Künstliche Intelligenz und Echtzeitsysteme an der TU München. Die Dissertation mit dem Titel „Einsatzmöglichkeiten der künstlichen Intelligenz zur Verbesserung der Mensch-Maschinen-Kollaboration in I4.0-Unternehmen“ zielt darauf ab, die Komplexität moderner Produktionsanlagen und -abläufe mit Hilfe von künstlicher Intelligenz zu verringern. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Produktdatenanalyse sowie der Planung von Fertigungsprozessen, um zunehmende kundenspezifische Anforderungen mit kürzeren Vorlaufzeiten und höherer Effizienz erfüllen zu können. Im Rahmen der Promotion werden verschiedene Ansätze der künstlichen Intelligenz für den Einsatz in einem Self-Adapting Smart System (SASS) untersucht.

Hybride Lernexkursion von KMU-Vertreter*innen zum proto_lab

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Das Projekt KMU4.0 (Interreg Bayern-Österreich 2014-2020) hat am 6.10.2020 Vertreter*innen von produzierenden klein- und mittelständischen Unternehmen zu einer kostenlosen Lernexkursion ins proto_lab eingeladen. Aufgrund der Pandemiebeschränkungen war nur eine begrenzete Anzahl an Besuchern vor Ort im Labor erlaubt. Über einen Video-Live-Stream auf dem YouTube-Kanal der Technischen Hochschule Rosenheim (https://www.youtube.com/watch?v=5Hy6Dh1kWkc) haben die Veranstaltung aber knapp 40 weitere Teilnehmer online verfolgt. Im Mittelpunkt standen die folgenden use cases: Umsetzung digitaler Zwilling in einer smart & dumb Produktion, Montagearbeitsplatz mit Beschlägeverwaltung am Beschlägeturm sowie Retrofit von I3.0 Teilnehmern als Schmerz auf dem Weg zur smarten Produktion. Lernexkursion verpasst, aber trotzdem Interesse? Laden Sie sich die Präsentation zum Nachlesen herunter!

Alte Hobelmaschine „IoT-ready“ gemacht

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Über Tapio, eine offene Cloud-Plattform für die holzbearbeitende Industrie, können (auch ältere) Produktionsanlagen in IoT-Netzwerke eingebunden und somit fit für die Digitalisierung gemacht werden. Machinen lassen sich dann über eine App in Echtzeit überwachen, Fehlermeldungen können beispielsweise an ein Smartphone übermittelt werden und mithilfe einer intelligenten Auswertung von Maschinendaten werden sogar Handlungsempfehlungen zur Störungsbeseitigung bzw. -vermeidung ausgesprochen. Auch im proto_lab wird diese Technologie-Plattform genutzt und so wurde jüngst sogar eine alte Hobelmaschine in Tapio eingebunden.

Interdisziplinäre studentische Projektarbeit „flexibler Arbeitsplatz“ für das ZiL

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Erstmals haben Innenausbau-Studierende ihr im 3. Semester stattfindendes Projektseminar in studiengangsgemischten Teams mit Ingenieur-Master-Studenten absolviert. Entwickelt wurden Konzepte für flexible Arbeitsplätze, die agile Arbeitsmethoden im Labor des Zentrums für integrative Lehre künftig leichter ermöglichen sollen. Anforderungen hierfür waren beispielsweise eine leichte Beweglichkeit des Arbeitstisches im Raum, Höhenverstellbarkeit, Integration einer Whiteboardhalterung sowie die Möglichkeit, neben diversen Praktikumsutensilien bei Bedarf auch Monitor, Kleinrechner und Tastatur einfach und schnell direkt am Arbeitsplatz zu verstauen, um eine freie Arbeitsfläche zu erhalten. Zu berücksichtigen war hier auch ein funktionierendes Kabelmanagement inklusive Stromversorgung. Die unterschiedlichen Kenntnisse der Studierenden (Themengebiete Möbeldesign und Holzkonstruktion auf der einen Seite versus Metallkonstruktion, Elektrik und sogar App-Entwicklung auf der anderen Seite) ergänzten sich in idealer Weise. Die Projektarbeit gestaltete sich aufgrund der Corona-Pandemie als nicht immer einfach: Studierende, die sich vorher zum Teil noch nie persönlich getroffen hatten, mussten als Team zusammenfinden, gemeinsam kreative Ideen entwickeln, Aufgaben verteilen, sich austauschen und organisieren – und das alles rein virtuell. Auch die wöchentlichen Korrekturmeetings mit den Projektbetreuern Prof. Andreas Betz, Prof. Erwin Friedl (beide Fakultät HTB) und Inge Daxlberger (Fakultät WI) fanden über weite Strecken als Zoom-Meetings statt. Zudem wurde mit der Projektmanagement-Software basecamp gearbeitet. Erst gegen Ende des Semesters waren Präsenzmeetings möglich und so konnten schließlich sogar noch erste Prototypen in den Hochschullaboren gebaut werden. Ein toller Abschluss dieses besonderen Projekts! 

Beschlägeverwaltung jetzt über proto_lab-App möglich

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Das neue Beschlägeregal ist nun vollständig digitalisiert und kann über die proto_lab-App verwaltet werden. Dazu wurden die Daten sämtlicher Beschläge als Stammdaten in die App importiert. Die Beschläge können somit Behältern zugeordnet werden, die ihrerseits auf feste Plätze im Regal oder flexible Plätze im Mobillager der Montage gebucht werden. Die Behälter sind mit QR-Codes versehen – werden diese gescannt, so erhält man Informationen über die darin liegenden Beschläge. Umgekehrt wird der Lagerort eines gesuchten und in der App ausgewählten Artikels durch aufleuchtende LEDs im Regalboden sofort angezeigt.

proto_lab entwickelt eigenen Kantenbandlagerwagen zur Umsetzung eines Kantenband-Management-Systems

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Einhergehend mit der Beschaffung der neuen Kantenanleimmaschine soll im proto_lab nun auch das Kantenband-Management-System der Fa. HOMAG eingeführt werden. Dieses ermöglicht eine effiziente Lagerverwaltung, schnelles Auffinden benötigter Kantenbänder über pick-by-light sowie komfortables Handling beim Rüstwechsel. Im proto_lab wird aktuell ein den Anforderungen des durchgängigen Prozesses entsprechender Kantenbandlagerwagen konstruiert, der optisch dem Design des intelligenten Kommissioniercontainers nachempfunden ist. In diesen Wagen lässt sich später problemlos der HOMAG-Cube integrieren.