Hintergrund

Cyberphysische Produktionssysteme (CPPS), das Internet der Dinge (IoT) und das Internet der Dienste, sind wichtige Konzepte unter dem Sammelbegriff Industrie 4.0 und sollen den Weg zu „intelligenten Fabriken“ (smart factories) ebnen. In einer solchen „smarten Fabrik“ überwachen die CPPS die Abläufe, erstellen ein virtuelles Abbild der physischen Umgebung und setzen Prozesse eigenständig in Gang. Über die verschiedenen CPPS und dem Internet der Dinge werden Mitarbeiter*innen, Anlagen, Logistik, und der Produktzyklus zu einem miteinander verwobenen Netzwerk.  Diese „vierte industrielle Revolution" soll nicht nur einzelne Produktionsschritte sondern die gesamte Wertschöpfungskette optimieren.

Projektinhalt

In dem bereits abgeschlossenen Projekt Wikant, in dem es um die Produktion von Metallprofilen ging, wurde eine System entwickelt, das es erlaubt vorherzusagen, ob ein angefordertes Werkstück überhaupt produziert werden kann. Um es kurz zu umreißen: Die Metallprofile werden in einem Webshop bestellt, die Daten dann teilautomatisiert auf ihre Produzierbarkeit geprüft, danach an die Produktionsstraße übermittelt und schließlich an den Kunden ausgeliefert. In diesem Projekt wird darauf aufbauend die Digitalisierung der Produktionskette weiter vorangetrieben. Um den geforderten Qualitätsansprüchen gerecht zu werden, müssen derzeit die Mitarbeiter*innen die produzierten Teile auf Maßgenauigkeit und Vollständigkeit überprüfen. Das ist zeitintensiv und erfordert einen massiven Eingriff in den Produktionsprozess, falls ein Kantteil die Qualitätsprüfung nicht besteht und es erneut produziert werden muss. Eine (semi-) automatische Qualitätskontrolle der produzierten Metallteile auf Grundlage moderner Sensortechnologien, vernetzten Systemen und intelligenten Algorithmen kann aber hier Abhilfe schaffen.

Ziel

Ziel dieses Projekts ist es, ein Sensorsystem zu konstruieren, die für alle produzierten Kantteile (oder Metallprofile) einen Abgleich mit den Qualitätsvorgaben durchführt. Das stellt sicher, dass jedes einzelne Metallprofil überprüft wird und Abweichungen oder Anomalien an den Produktionsprozess rückgemeldet werden. Es wird also möglich, jeden einzelnen Produktionsauftrag in Echtzeit zu prüfen und Mängel an der Anlage frühzeitig zu erkennen. Die ermittelten Daten können zudem als Indikator für die Wartungsintervalle der Maschinen dienen. Durch die Kombination von intelligenter Bilderkennung und 3D Scanning entsteht also ein System, das lückenlos nachvollziehbar macht, in welcher Qualität jedes einzelne Teil eines Auftrages produziert wurde.

Methodik

Es wird eine standardisierte Messvorrichtung (Messtisch) konstruiert, um Kantteile automatisiert zu vermessen. Die wesentlichen Elemente dieser Vorrichtung sind eine 3D-Scanning-Apparatur und Methoden der maschinellen Bilderkennung (Computer Vision). Zunächst wird ein Prototyp entwickelt und seine Tauglichkeit für den Betriebsalltag getestet. Nach der Testphase und allfälligen Anpassungen wird der Prototyp in die Kantteilfertigungsanlage des Firmenpartners integriert. Das gesamte System ist so ausgelegt, dass es die produzierten Teile in Echtzeit vermisst, die Messdaten mit dem 3D-Modell aus den Auftragsdaten vergleicht, Abweichungen feststellt und auf diese Weise die Qualität eines Werkstücks sichert. Um eine hohe Akzeptanz bei den Mitarbeiter*innen zu erreichen, wird das System nach dem User-Centered Design Prinzip entwickelt. User-Centred Design stellt die künftigen Benutzer*innen ins Zentrum und orientiert sich an deren Bedürfnissen und Erwartungen, was den Inhalt, das Aussehen und die Bedienung eines Produktes angeht.

Ergebnis

Die Digitalisierung macht es möglich die Abläufe von industriellen Produktionsketten effizienter, autonomer und anpassungsfähiger zu gestalten. Das vorliegende Projekt leistet hierzu einen Beitrag, indem es Sensortechnologien mit Bildverarbeitungsmethoden kombiniert, um die Qualität von Metallprofilen zu prüfen. Das spart nicht nur Zeit, weil die bisher stichprobenartig durchgeführten Qualitätskontrollen automatisiert werden, sondern optimiert auch den Einsatz von Rohstoffen, weil ein Qualitätsproblem frühzeitig erkannt und eine erneute Produktion von Teilen vermieden werden kann. Langfristig soll die komplette Wertschöpfungskette digital abgebildet und die Abläufe beginnend mit der Bestellanforderung über die Produktion bis hin zur Montage auf der Baustelle nachvollziehbar werden. Die Qualitätssicherung zu automatisieren und die ermittelten Daten für weitere Auswertungen zur Verfügung zu stellen ist ein weiterer Schritt auf diesem Weg.