Industrie 4.0 im Modellformat

ForschungInnovation

Roboter, Fertigungsinseln und eine autonome Steuerung: Die Universität Kassel startet mit einem Modellversuch der besonderen Art.

Industrie 4.0: Im Modellformat simulieren die Forscher der Universität Kassel ab sofort Prozesse in einer vollautomatischen Fabrik. Dafür haben sie eine Fabrik in einem Modell nachgebaut. Die Anlage besteht unter anderem aus selbstlenkenden Robotern die zwischen verschiedenen Fertigungsinseln Produkte austauschen.

Zwischen vier Produktionsinseln sorgen mobile Roboter für einen Austausch der "Produkte". Über einen Leitstand wird der gesamte Prozess gesteuert. Wissenschaftler und Studenten können so bestimmte Situationen analysieren und die Reaktionen darauf optimieren. Ziel ist, eine möglichst effiziente automatische Fabrikation. (Screenshot: silicon.de)
Zwischen vier Produktionsinseln sorgen mobile Roboter für einen Austausch der “Produkte”. Über einen Leitstand wird der gesamte Prozess gesteuert. Wissenschaftler und Studenten können so bestimmte Situationen analysieren und die Reaktionen darauf optimieren. Ziel ist, eine möglichst effiziente automatische Fabrikation. (Screenshot: silicon.de)

Die Anlage steht am Institut für Analyse und Regelung technischer Systeme (ISAC). Hier sollen vor allem Prozesse selbststeuernder Fertigungsanlagen erforscht, erprobt und entwickelt werden. Neben Methoden für vollautomatische Produktionsabläufe sollen auch Prognosen von Fehlern in einer automatisierten, vernetzten und heterogenen Fabrik erforscht werden.

In der Modell-Anlage können beispielsweise bewusst kritische Situationen provoziert werden. Die Forscher können diese auch beliebig oft wiederholen und analysieren, wie die Steuerungssysteme darauf reagieren sollen. Diese Situationen lassen sich beliebig oft wiederholen und analysieren. So können gezielt Methoden zur Verbesserung der automatischen Prozesse entwickelt werden.

Aufbau der Modellinstallation einer Industrie-4.0-Fabrikation an dem Kassler Institut für Analyse und Regelung technischer Systeme (ISAC). (Bild: ISAC)
Aufbau der Modellinstallation einer Industrie-4.0-Fabrikation an dem Kassler Institut für Analyse und Regelung technischer Systeme (ISAC). (Bild: ISAC)

Die Modellfabrik besteht aus sechs miteinander kommunizierenden Stationen sowie mobilen Robotern. Über einen Leitstand können die Forscher die Anlage überwachen. Den Fertigungsprozess bildet die Anlage vom Zusammenfügen erster Komponenten bis zur Einlagerung des Endprodukts ab. Den Transport der Ausgangs- und Zwischenprodukte übernehmen Roboter.

Die Anlage ist in dieser Form in Deutschland bislang einzigartig. “Im Gegensatz zu Anlagen anderer Hochschulen kann unsere Modellfabrik mehr heterogene Prozesse abbilden, und die Fertigungsinseln sind untereinander flexibel verknüpfbar“, erklärt Prof. Dr. Andreas Kroll, Leiter des Fachgebiets Mess- und Regelungstechnik. Der Einsatz mobiler Roboter in solch einem Umfeld sei ebenfalls die Ausnahme.

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Kroll erklärt weiter, dass die Anlage grundlagenorientierte und anwendungsnahe Forschung ermögliche. Die Universität baut diese Anlage seit 2013 sukzessive auf. Anfang 2016 starteten die ersten Prozesse in vorläufigen Formen. Jetzt ist die Anlage dank einer weiteren Prozessinsel Komplett.

Blick in das Fabrik-Modell. (Bild: ISAC)
Blick in das Fabrik-Modell. (Bild: ISAC)

Alle Produktionseinrichtungen haben die Wissenschaftler und Studierenden selbst entwickelt. Dadurch beschränkten sich die Kosten auf einen sechsstelligen Betrag. Die Simulation technischer Systeme ist einer der Forschungsschwerpunkte der Universität Kassel.

Über die Optimierung und Automatisierung von Prozessen könnten alleine in der deutschen Wirtschaft Milliardensummen gespart werden, wie eine Studie des Bitkom und des Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO zeigt. Demnach könnte die Bruttowertschöpfung alleine im Maschinen- und Anlagenbau von rund 77 Milliarden Euro (2013) bis 2025 auf rund 100 Milliarden Euro steigen. Bislang werde aber dieses Optimierungspotential noch nicht voll ausgeschöpft, argumentieren die Wissenschaftler. Das soll sich durch die weitere Forschung an dem Modell ändern.

 

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