Heterogene, auslastungsoptimierte Roboterteams und Produktionsarchitekturen - SWAP

Kurzbeschreibung des Projekts

Die derzeitige Produktion ist oft durch Produktvarianten und Losgrößenvariationen gekennzeichnet. Eine »variantenreiche Serienproduktion« ist oftmals das Ziel. Dies erfordert hochflexible Fertigungslösungen, die variabel auf die jeweiligen Anforderungen anpassbar sind. Ein Maximum an Rekonfigurierbarkeit der Maschinentechnik, flexible Produktionsabläufe und eine automatisierte Ablaufsteuerung der einzelnen Produktionsschritte sind Ansatzpunkte, um diesen Herausforderungen zu begegnen.

Im Fraunhofer-Leitprojekt »Heterogene, auslastungsoptimierte Roboterteams und Produktionsarchitekturen« (SWAP) wurden seit 2020 technologische Konzepte erforscht und umgesetzt, mit denen die Produktion der Zukunft flexibel gestaltet werden kann. Das Projekt schafft die Grundlagen für eine Fertigung mit modularen Einheiten, die kollaborieren und (teil)autonom produktiv zusammenarbeiten.

Projektziele und Beitrag des Fraunhofer IWU

Das Konsortium hat eine Produktionsarchitektur »SWAP-IT« entwickelt, die eine verteilte, kollaborierende und selbstorganisierende Produktion in vier industriellen Anwendungsfällen ermöglicht. Die Auslastungsoptimierung der Produktionsstationen steht dabei ebenso im Vordergrund wie die dezentrale Entscheidungsfindung, um eine möglichst dynamische Neustrukturierung der Produktionsabläufe bei wechselndem Auftragsszenario umsetzen zu können. Anwendungsbeispiele aus der Automobilproduktion und dem Maschinen- und Flugzeugbau wurden ebenso betrachtet wie offene Fragestellungen der Optikfertigung.

Als Kernelement wurde im Leitprojekt eine neue Beschreibungssprache, die Production Flow Description Language (PFDL), entwickelt, die es ermöglicht, eine variable Ausgestaltung von Produktionsabläufen zu realisieren. Diese PDFL formalisiert Produktionsaufträge und steuert vollautomatisch Aufträge ein. Die Produktionsressourcen können mit der Architekturlösung dynamisch zur Laufzeit allokiert werden, was eine schnelle Reaktion auf Ausfälle oder kurzzeitige Auftragsspitzen erlaubt. Sowohl Architektur als auch PFDL der SWAP-IT stehen künftig Open-Source für einen Ausbau zur modularen Produktionsarchitektur zur Verfügung. Selbstverständlich können auch Bestandsmaschinen in diese neue Produktionsarchitektur eingebunden werden.

Am Fraunhofer IWU wurde vorrangig der Use-Case »Großbauteile« betrachtet. In diesem wurde eine Lösung zur Herstellung großvolumiger, metallischer Bauteile auf kleinen Werkzeugmaschinen entwickelt. Eine automatisierte Segmentierung der digitalen Bauteile ist dabei ebenso relevant wie die Optimierung der Maschinenbelegung und der abschließende Fügeprozess. Ein zweiter Schwerpunkt des Fraunhofer IWU im Projekt war die Anbindung verschiedener Maschinen und Anlagen an die neue Produktionsarchitektur. Dieser Ansatz basiert auf dem Skill-based Control Framework, das die einheitliche Bereitstellung produktionstechnischer Services auch bei verschiedenen Steuerungsherstellern ermöglicht. Die Arbeiten des Fraunhofer IWU werden im Versuchsfeld Dresden praktisch erlebbar, da hier eine komplette Prozesskette nach den Prinzipien von SWAP-IT aufgebaut wurde.

Mithilfe eines Integrationsleitfadens wird die Implementierung vereinfacht. Sowohl die Architektur des SWAP-IT-Ansatzes als auch die Funktionen (bspw. die PFDL) und der Integrationsleitfaden werden als Open-Source veröffentlicht, um eine breite und sich ständig erweiternde Basis für den modularen Produktionsarchitektur-Einsatz zu ermöglichen.