Von mobilen Reinräumen und personalisierten Strandschuhen

Mit CAPE® haben Wissenschaftler vom Fraunhofer IPA ein mobiles, zeltähnliches Reinraumsystem entwickelt, das sich in weniger als einer Stunde aufbauen lässt. (© Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez) / CAPE® is a mobile, tent-like cleanroom system developed by scientists at Fraunhofer IPA which can be put together within less than an hour. (© Fraunhofer IPA/Photo: Rainer Bez)

Das teilautomatisierte Montageassistenzsystem MonSiKo erkennt dank intelligenter Algorithmen und leistungsstarker 3D-Sensoren, welcher Arbeitsschritt gerade vollzogen wird und schreitet bei Fehlern ein. (© Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez) / Due to its smart algorithms and powerful 3D sensors, this partially automated assembly assistant system is able to recognize which step of the procedure is under completion and intervene when an error occurs. (© Fraunhofer IPA/Photo: Rainer Bez)

Im Projekt SeRoNet entsteht eine Online-Vermittlungsplattform, über die Komponentenhersteller und Systemintegratoren Lösungen entwickeln und bereitstellen. (© Hochschule Ulm/Foto: Dennis Stampfer) / The SeRoNet project consists of an online intermediary platform where component manufacturers and systems integrators develop solutions. (© Ulm University of Applied Sciences/Photo: Dennis Stampfer)

An einem teilautomatisierten Montagearbeitsplatz Kunststoff-Elefanten oder mit einem Roboter personalisierte Strandschuhe selbst herstellen: Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA ist bei der diesjährigen Hannover Messe auf ganz verschiedenen Ständen mit Exponaten vertreten.

Auf insgesamt fünf Ständen in drei verschiedenen Messehallen gibt es auf der Hannover Messe Exponate vom Fraunhofer IPA zu entdecken. Alle liefern Antworten auf die großen Fragen, die der gesellschaftliche Megatrend »Mass Personalization«, die massenhafte Herstellung individueller Produkte, aufgeworfen hat: Wie können Unternehmen ihre Produkte in immer kleineren Stückzahlen und immer größerem Variantenreichtum kostengünstig herstellen? Wie kann die Produktion in kurzer Zeit umgestellt werden? Wie lassen sich Fehler und Maschinenausfälle vermeiden? Wie können Mensch und Maschine effektiv zusammenarbeiten?

Reinraum zum Mitnehmen

Mit CAPE® haben Wissenschaftler vom Fraunhofer IPA ein mobiles, zeltähnliches Reinraumsystem entwickelt, das sich in weniger als einer Stunde sowohl in Innenräumen als auch in wettergeschützten Außenbereichen aufbauen lässt. CAPE® schützt empfindliche Produkte beim Herstellungsprozess, aber auch bei der Vermeidung von Querkontaminationen. Darüber hinaus lassen sich Anlagen und Produkte unter der Einhausung sterilisieren. Mit dem »Reinraum on Demand« bekommen Hersteller, die kontaminationsfrei fertigen müssen, aber keine permanent verfügbare sterile und reine Umgebung benötigen, nun eine mobile, kontaminationsfreie Fertigungsumgebung, die Luftreinheiten von der ISO-Klasse 1 bis 9 ermöglicht.

Die Anwendungsmöglichkeiten des Leichtgewichts sind viel fältig: Es eignet sich für den Einsatz in der Chipfertigung, der Medizintechnik, der Lebensmittelindustrie oder der Satelliten-montage. Auch die Automobilbranche profitiert von dem kompakten »Reinraum on Demand«, beispielsweise in der Batteriezellen- oder der Brennstoffzellenfertigung.

»CAPE® kann selbst in Krisengebieten eingesetzt werden, etwa um eine reine und sterile Umgebung bereitzustellen, wenn vor Ort kein Operationssaal vorhanden ist«, sagt Udo Gommel, Leiter der Abteilung Reinst- und Mikroproduktion am Fraunhofer IPA.

Hand in Hand mit dem Roboter: So wird ein Schuh draus

Massenware war gestern: Seit Jahren muss die Industrie in immer kleineren Stückzahlen fertigen und gleichzeitig Produkte mit größerem Variantenreichtum hervorbringen. Ergebnis dieser Entwicklung ist die »Mass Personalization«, die massenhafte Herstellung personalisierter Produkte. Dank immer besserer Sensoren hält gleichzeitig die Mensch-Roboter-Kollaboration Einzug in die Werkshallen: Mensch und Maschinen arbeiten Hand in Hand und beide bringen ihre Stärken ein.

Auf der Hannover Messe vereint das Reutlinger Zentrum Industrie 4.0, eine Kooperation der beiden Fraunhofer-Institute IPA und IAO sowie der ESB Business School an der Hochschule Reutlingen, beide Trends in einem Exponat: Standbesucher können zusammen mit einem kollaborativen Roboter individualisierte Strandschuhe herstellen. An einem Konfigurator stellen sie die einzelnen Komponenten nach ihren persönlichen Vorlieben zusammen, geben ihre Schuhgröße an und fertigen die Strandschuhe anschließend Hand in Hand mit dem Roboter.

Teilautomatisiertes Montageassistenzsystem

In der Montage gibt es bis heute viele Aufgaben, die aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen von Hand erledigt werden müssen. Um die Arbeiter bei diesen repetitiven, körperlich belastenden Aufgaben zu unterstützen und um zu vermeiden, dass sich Fehler einschleichen, hat das Fraunhofer IPA zusammen mit vier Industriepartnern ein »Adaptives Montageassistenz- und Interaktionssystem mittels 3D-Szenenanalyse und intuitiver Mensch-Technik-Kommunikation« (MonSiKo) entwickelt.

Dieses teilautomatisierte Montageassistenzsystem erkennt dank intelligenter Algorithmen und leistungsstarker 3D-Sensoren, welcher Arbeitsschritt gerade vollzogen wird und schreitet bei Fehlern ein. Greift der Arbeiter das falsche Bauteil, leuchtet rotes Licht. »Dabei behält der Mensch die Kontrolle«, sagt Christian Jauch von der Abteilung Bild- und Signalverarbeitung am Fraunhofer IPA. »Möchte er den Arbeitsablauf variieren, hindert ihn das Assistenzsystem nicht daran.« Über einen Touchbildschirm erhält der Arbeiter eine detaillierte Anleitung; mit einer Wischbewegung lässt er sich den nächsten Schritt anzeigen. Dadurch können auch neue Prozesse einfacher erlernt werden. Alternativ zur Steuerung per Touchbildschirm versteht MonSiKo Sprachbefehle wie »weiter« oder »fertig« und gibt die Informationen auf dem Bildschirm als Sprachbotschaft aus.

An einem Demonstrator dürfen Besucher der Hannover Messe MonSiKo selbst ausprobieren. Unter Anleitung setzen sie einen kleinen Elefanten aus Kunststoff zusammen, der aus drei verschiedenen Komponenten besteht. Diese werden ultraschallverschweißt, bevor ein Roboterarm den Elefanten an einen Akustiksensor führt und schüttelt. Nimmt er kein Klappern wahr, ist alles korrekt zusammengesetzt und verschweißt.

SeRoNet – das Serviceroboter-Netzwerk

Gewerbliche Servicerobotik-Lösungen effizienter und schneller auf den Markt bringen: Dies ist das Ziel des Verbundprojekts SeRoNet. Hierfür entsteht eine Online-Vermittlungsplattform, über die Komponentenhersteller und Systemintegratoren Lösungen für Probleme der Endanwender entwickeln und bereitstellen können. Indem alle Akteure über die Plattform kooperieren und die Hard- und Software im Sinne von Industrie 4.0 einheitliche Schnittstellen bietet, sollen ohne viele Iterationen anwendungsspezifische Robotersysteme realisiert werden.

Wie diese kooperative Entwicklung im Sinne von SeRoNet aussehen kann und wie einfach sich Gesamtlösungen mit den SeRoNet-Werkzeugen aus modularen Bausteinen zukünftig zusammensetzen und verändern lassen, zeigt SeRoNet auf der Hannover Messe an einer vereinfachten Logistikaufgabe. Zentrale Exponate sind die Software-Werkzeuge zur Komponenten- und Systementwicklung und die SeRoNet-Vermittlungsplattform, über die künftig Anbieter und Nutzer von Serviceroboterlösungen arbeitsteilig Projekte spezifizieren und umsetzen können. Messebesucher können die Softwarewerkzeuge und die Plattform an zwei Terminals live ausprobieren und die graphischen Bedienoberflächen erleben, mit denen sie anwendungsspezifische Komponenten zu fertigen Systemen zusammenstellen können.

Eine Plattform lebt davon, dass viele Akteure sie nutzen. SeRoNet plant deshalb noch im Sommer dieses Jahres einen öffentlichen Aufruf, über den Interessenten eine Förderung für die Beteiligung auf der Plattform erhalten. Komponentenherstellern wird sie eine neue Vertriebsmöglichkeit bieten, Systemintegratoren gewinnen Kunden für ihre Dienstleistungen und Endanwender erhalten einsatzbereite Serviceroboter-Anwendungen. Das Projekt setzt selbst drei Pilotdemonstratoren mit den SeRoNet-Technologien um: einen Kommissionierroboter für die Pharmaindustrie, einen intelligenten Transportwagen im Krankenhaus, der Pflegeutensilien bedarfsgerecht bereitstellt, sowie eine wandlungsfähige Montagelinie, in der mithilfe modularer Roboter flexibel automatisierte und manuelle Tätigkeiten kombiniert werden können.

RoboPORT – Plattform für die »Co-Creation« von Servicerobotern

RoboPORT ist eine interdisziplinäre Entwickler-Plattform, die die Entwicklung von Servicerobotik durch Crowd-Engineering ermöglicht. Für private bis hin zu kommerziellen Entwicklern dient die Plattform dazu, über den kollaborativen Entwicklungsansatz Innovationen hervorzubringen und diese effektiv in Prototypen umzusetzen. Unternehmen können die Plattform insbesondere dafür nutzen, dass die Community ihnen Ideen für Roboteranwendungen generiert und konzeptionelle Lösungen bis hin zum Prototyp erstellt und validiert. Hierfür bietet RoboPORT einen Pool an Talenten, die sofort projekt- bezogen für Engineering-Prozesse einsatzbereit sind. Auf der Hannover Messe zeigt RoboPORT zwei Beispiele für Open-Source-Projekte, die mithilfe der Plattform vorangebracht werden: Dies ist zum einen die mobile Roboterplattform »rob@work [mini]« und zum anderen der humanoide Roboter »Roboy«.

Auf der RoboPORT-Plattform können Servicerobotik-Projekte den gesamten Entwurfs- und Entwicklungsprozess durchlaufen. Crowd-Engineering und Co-Creation machen Ideen, Technologien und Experten für jedes Projekt verfügbar, was die Entwicklung von Robotik-Innovationen beschleunigt. Bis 2020 soll eine Web-Plattform für Robotik-Projekte mit Entwicklerwerkzeugen, einer Bibliothek für Open-Source-Robotik sowie Projektmanagement-Tools fertiggestellt werden, auf der alle Akteure gemeinsam arbeiten können.

Fraunhofer-Initiative Smart Maintenance

Innovative Produkte, effiziente Prozesse und reibungslose Produktionsabläufe in komplexen Systemen sind die Antwort auf steigende Kundenanforderungen. Eine Schlüsselrolle spielt dabei die Instandhaltung, die dank untereinander vernetzter Maschinen, Sensoren und Künstlicher Intelligenz Fehler erkennt, bevor sie entstehen und so kostspielige Ausfälle vermeiden kann.

Für den Wissenstransfer von der angewandten Forschung in die Industrie haben das Fraunhofer IPA und acht weitere Institute im vergangenen Jahr die Fraunhofer-Initiative Smart Maintenance auf den Weg gebracht. Geplant sind Workshops und gemeinsame Forschungsprojekte. Auf dem Messestand des Fraunhofer-Verbunds Produktion stellt sich die Initiative vor. Mit einem Quizduell bringen die Forscher den Messebesuchern das Thema Smart Maintenance spielerisch näher.