Industrie 4.0 - So arbeiten wir in Zukunft

Mensch-Roboter-Interaktion -
Kollaboration mit dem Großroboter: In einem offenen Arbeitsraum können Werker sicher mit einem Schwerlastroboter von Kuka zusammenarbeiten. Hierdurch können das Fachwissen und die Geschicklichkeit des Menschen mit der Kraft und Ausdauer des Roboters kombiniert werden. Die Resultate sind ein Arbeitsplatz mit besserer Ergonomie, höherer Produktivität und Qualität. Möglich macht dies das sicherheitszertifizierte Kamerasystem Safetyeye der Firma Pilz, das von oben über den Arbeitsraum des Roboters wacht. Das System erkennt, wenn sich Menschen dem Arbeitsraum des Roboters nähern. In diesem Fall reduziert der Roboter seine Geschwindigkeit oder stoppt, um die Sicherheit des Menschen zu gewährleisten. Des Weiteren kann der Roboter in einen Handführmodus geschaltet werden. - (Bild: Fraunhofer)

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Mensch-Roboter-Interaktion - Einfache Roboterprogrammierung: Mit der vom Fraunhofer IPA entwickelten Lösung drag&bot lassen sich Roboterprogramme einfach parametrieren und konfigurieren. Im Future Work Lab kann dies an einem sensitiven Leichtbauroboter geübt werden. Die Software baut aus sogenannten ‚Building Blocks‘, in denen bestimmte Fähigkeiten beziehungsweise Roboterskills wie beispielsweise eine Bewegung oder das Schließen eines Greifers hinterlegt sind Ablaufprogramme auf. An einem Touchscreen lassen sich diese Blöcke einfach kombinieren, sodass ein Roboterprogramm entsteht. - (Bild: Fraunhofer)

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Assistierte Montage - Personalisierter Arbeitsplatz: Das Future Work Lab präsentiert eine Montagestation mit dem modular aufgebauten und flexibel anpassbaren Montageassistenzsystem Active-Assist von Bosch Rexroth. Diese aus Hard- und Software bestehende Lösung verbindet einen realen Montagearbeitsplatz mit der virtuellen Welt der Informationstechnologie. Anwender können je nach Aufgabenstellung eine Vielzahl verschiedener digitaler Assistenten miteinander kombinieren. Im Future Work Lab identifiziert Active-Assist das jeweilige Werkstück und ruft den zugehörigen Arbeitsplan ab. Danach führen digitale Assistenten die Mitarbeiter durch die Montage und projizieren per Beamer die Arbeitsanweisungen auf einen Arbeitstisch. Leuchtdioden an Bauteilbehältern, sogenannte ‚Pick-to-Light-‚ und ‚Pick-to-Beamer-Module‘, markieren eindeutig, welche Bauteile der Mitarbeiter als nächstes greifen soll. Kameras und Ultraschallsensoren überprüfen die Arbeitsschritte und helfen den Mitarbeitern, bei Fehlern Korrekturmaßnahmen einleiten zu können. Ein integrierter Funkakkuschrauber von Bosch Rexroth überwacht zusätzlich in Echtzeit, ob er in der richtigen Position ist, und vermeidet zu festes oder zu lockeres Schrauben. - (Bild: Fraunhofer)

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Assistierte Montage -
Mobiler Arbeitsplatz: Von der Firma Elabo präsentiert das Future Work Lab ein wandlungsfähiges Systemkonzept und Montagelayout, was sich für die Kompensation volatilitätsbasierter Kapazitätsschwankungen eignet. Konkret handelt es sich um Arbeitssysteme für die manuelle Montage, die auf Basis von Portalen und flexibel kombinierbaren Tischen realisiert wurde. Das System ermöglicht zudem die Individualisierung des Arbeitsbereichs durch Beleuchtungssituation, Tischhöhe, Informationsbereitstellung für den Mitarbeiter und die jeweilige Arbeitssituation. Arbeitstische, Werkzeuge und Materialien werden flexibel per mobilem Roboter zum Mitarbeiter transportiert. Der mobile Roboter kann sowohl frei durch den Raum navigieren und Hindernissen ausweichen als auch per Mobilgerät durch den Mitarbeiter gesteuert werden. - (Bild: Fraunhofer)

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Assistierte Montage -
Qualifizierung mit Lernvideos: Integriert ins Elabo Arbeitssystem wurde ein Screen, auf dem Videofilme eingeblendet werden, die den Anlernprozess neuer Mitarbeiter oder die Ausführung diffiziler Arbeiten unterstützen. Das System der Firma Memex passt sich dabei den Fähigkeiten des Werkers an, zeigt zu Beginn lange Videos und blendet später, wenn der Werker mehr Erfahrung hat und daher weniger Informationen braucht, nur noch Bilder oder kurze Mitteilungen ein. Ausgedruckte, schriftliche Arbeitsanweisungen sind so nicht mehr notwendig. - (Bild: Fraunhofer)

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Intelligente Sensorik -
Mobile Mehrmaschinenbedienung: Das Start-up Aucobo zeigt hier, wie moderne Anlagen oder Bestandslagen mit dem Aucobo-System verbunden werden können. Dadurch lassen sich zum Beispiel Fehlermeldungen oder der Anlagenstatus über eine Smartwatch an den Instandhalter kommunizieren. Dazu generiert Aucobo auf Basis der Daten, die bestimmte Sensoren an den Maschinen liefern, Kontext und leitet daraus Handlungen wie beispielsweise Benachrichtigungen ab. Diese Nachrichten werden anschließend an die Smartwatch des Instandhalters versendet, der schnell und gezielt eingreifen kann. - (Bild: Fraunhofer)

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Intelligente Sensorik -
Retrofitting mit Sense&Act: Das Fraunhofer IPA bietet den Service, beliebig alte Bestandsanlagen über eine Cloud zu vernetzen. Im Future Work Lab wird das Ganze anhand einer alten Fräsmaschine (Baujahr 1957) gezeigt, die mit Sensoren ausgestattet ist und dadurch Signale an die Cloud schicken kann. In der Cloud kann dann zum Beispiel eine E-Mail mit dem Anlagenstatus erzeugt werden. Als IT-Plattform wird für dieses Projekt ‚Virtual Fort Knox‘ vom Fraunhofer IPA genutzt. - (Bild: Fraunhofer)

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Sichere Produktionsarbeit - Aktive Unfallprävention: Gezeigt wird eine Bandsäge, die Bescheid weiß, ob sich ein Werker in einem bestimmten, gefährlichen Arbeitsraum aufhält. Radar- oder Funksensoren erfassen dazu die Bewegungen des Werkers. Fällt beispielsweise eine Person um oder tritt in den gefährlichen Bereich der Bandsäge ein, stoppt die Säge sofort. Das Gefahren-Erkennungssystem ist dabei mit dem Not-Aus-Mechanismus der Maschine verbunden. So lassen sich Arbeitsunfälle zuverlässig verhindern. - (Bild: Fraunhofer)

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Sichere Produktionsarbeit - Szenenanalyse zur Unfallerkennung: Das Fraunhofer IPA hat ein Sensorsystem entwickelt, mit dem Notfälle in Räumen erkannt werden können. Es eignet sich beispielsweise zur Überwachung von Lagerräumen oder Silos in der Lebensmittelindustrie. Die Sensorbox erkennt, wenn Personen länger als ein paar Sekunden am Boden liegen und startet in diesem Fall ein eskalierbares Alarmsystem. Die Sensorbox sendet keine personenbezogenen Daten, sondern meldet nur, ob ein Notfall vorliegt. - (Bild: Fraunhofer)

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Optimierte Ergonomie - Live-Visualisierung von Belastung: Mit diesem Lösungsansatz kann haltungsbedingte Belastung sichtbar gemacht werden, um ein besseres und eindrücklicheres Verständnis von nicht ergonomischen Haltungen und Bewegungen zu vermitteln. Die betroffenen Gelenke werden zu Analyse- und Schulungszwecken in Echtzeit direkt mit einem farblichen Overlay auf den betroffenen Gelenken hervorgehoben. - (Bild: Fraunhofer)

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Optimierte Ergonomie - Stuttgarter Exo-Jacket: Sind Tätigkeiten an sich unergonomisch, kann ein Exoskelett Abhilfe schaffen. Mit dem ‚Stuttgart Exo Jacket‘ haben Wissenschaftler des Fraunhofer IPA ein Oberkörperexoskelett entwickelt, das den Träger mit zusätzlicher Kraft unterstützt, dabei aber auch schnelle und intuitive Bewegungen zulässt. Um das Gewicht des Exoskeletts möglichst gering zu halten, setzen die Wissenschaftler leichte Motoren mit hohen Drehzahlen ein. Das Antriebsmodul ist direkt an Schulter und Ellenbogen angebracht und kann daher direkte Kraftunterstützung liefern. Eine mechanische Freilaufkupplung gewährleistet die Sicherheit des Trägers selbst bei stillstehendem Antrieb. Da der Motor nur dann arbeitet, wenn er tatsächlich benötigt wird, sinkt zusätzlich der Energieverbrauch. An der Schulterpartie ist eine Gelenkkette mit fünf Rotationsachsen angebracht, die der Schultergelenkgruppe in jede Position folgen. Auf diese Weise werden komplexe Bewegungen in drei Richtungen ermöglicht, nach oben, hinten und innen. Sogar Überkopfmontagen lassen sich realisieren. Erprobt wird das Exoskelett derzeit in der Kabelmontage bei einem Bushersteller. - (Bild: Fraunhofer)

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Virtual Engineering - Digital Industrial Engineering: Augmented-Reality-Brillen wie die Microsoft HoloLens werden die Industriearbeit verändern. Die Technologie bietet die Möglichkeit, beliebige virtuelle Inhalte für den Menschen sichtbar frei im Raum zu positionieren. Vorgestellt wird ein Szenario aus der Fertigungsplanung. Shopfloor-Mitarbeiter werden dazu befähigt, bei der Fertigungsplanung zu unterstützen oder diese gar zu übernehmen. Die realitätsgetreue Darstellung von umzuplanenden Anlagen vor Ort verringert das für die Aufgabe benötigte Abstraktionsvermögen, da die Planung nicht mehr nur über Skizzen am Bürotisch durchgeführt wird. Diese aktive Partizipation der Mitarbeiter am Veränderungsprozess steigert sowohl die Akzeptanz der Maßnahme als auch deren Kommunikation.
Im Beispiel werden ein virtuelles Modell eines Roboterarms in einer bestehenden Fertigung positioniert und die geplanten Bewegungen des Arms durchgespielt. Mitarbeiter aus der Entwicklung, Produktion und Fertigung diskutieren zusammen die für alle sichtbare virtuelle Planung. Die Interaktion mit dem Modell geschieht dabei völlig natürlich über Blickrichtung, Gesten- und Sprachsteuerung. - (Bild: Microsoft)

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Qualifizierung 4.0: Fraunhofer IPA und Fraunhofer IAO bieten im Rahmen des Future Work Labs auch Qualifizierungsmaßnahmen in der sogenannten ‚Future Lern-Welt‘. Hier gibt es zum Beispiel Seminare zum Thema Industrie 4.0. Das Gelernte kann dabei direkt an den Demonstratoren im Future Work Lab angewendet werden. - (Bild: Fraunhofer)

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Digitalisierte Produktionsplanung -
Kabellose Arbeitsplätze: Das Fraunhofer IAO hat die sogenannte ‚Wirefree Workstation‘ entwickelt, die komplett ohne Verkabelung auskommt. Laptop, Handy usw. erhalten ihren Strom per Induktion. So bleibt der Arbeitsplatz lean und clean. Docking-Stationen werden beispielsweise nicht mehr benötigt. Dies sorgt für einen flexiblen Übergang von einer Arbeitssituation in eine andere, da hierfür nur das eigene Endgerät mitgebracht werden muss und sämtliche andere Infrastruktur bereit steht. - (Bild: Frauehofer)

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