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MANUSERV

Vom manuellen Prozess zum in­dus­tri­el­len Serviceroboter

(Projektlaufzeit Januar 2014 bis De­zem­ber 2016; Projektbearbeitung erfolgt durch RIF e.V., Abteilung Ar­beits- und Pro­duk­tions­sys­te­me, Abteilung Produktionsautomatisierung)

MANUSERV Logo © IPS​/​TU Dort­mund

Problemstellung

Die verstärkte sozio-tech­ni­sche Interaktion jeglicher an der Pro­duk­tion beteiligten Akteure und Ressourcen wird unter dem Begriff „Industrie 4.0“ zu­sam­men­ge­fasst. Dies umfasst die Vernetzung autonomer, sich situativ selbststeuernder und -konfigurierender, wissensbasierter, sensorgestützter sowie räumlich verteilter Produktionsressourcen ein­schließ­lich der zugehörigen Planungs- und Steuerungssysteme. Eine Folge dieser Ent­wick­lung ist die Entstehung von Produktionssystemen, innerhalb derer zuvor rein manuell ausgeführte Prozesse zunehmend in Ko­ope­ra­ti­on von Mensch und Maschine durch­ge­führt wer­den. Dabei ist neben dem Aspekt der Si­cher­heit die Arbeits­orga­ni­sa­tion und -gestaltung ein wesentliches Handlungsfeld.

Zentrale Entwicklungsschritte betreffen diesbezüglich sämtliche An­wen­dungs­be­rei­che der in­dus­tri­el­len Automatisierung und im Speziellen die Service- und Assistenzsysteme. Insbesondere der Bereich der Servicerobotik, wel­che als die Fähigkeit von tech­nisch­en Systemen definiert ist, selbstständig oder interagierend mit dem Men­schen in­di­vi­du­elle Aufgaben oder Dienste zu verrichten, ist aktuell gekennzeichnet durch große Ambitionen und Fortschritte im Bereich der For­schung. Gleichzeitig finden die Applikationen der Servicerobotik jedoch in der in­dus­tri­el­len Praxis kaum An­wen­dung. Hindernisse für eine effizientere Nutzung der For­schungs­er­geb­nis­se sind der hohe Aufwand für die Auswahl und Implementierung ge­eig­ne­ter servicerobotischer Systeme, die hohe Un­sicher­heit bezüglich Leis­tungs­fähig­keit und Rentabilität sowie die Tatsache, dass zurzeit lediglich wenige, ein­ge­schränkt übertragbare Spezialentwicklungen existieren.

Zielsetzung

Das For­schungs­vor­ha­ben MANUSERV soll in diesem Kontext eine stärkere Vernetzung von Herstellern und Anwendern industrieller Servicerobotikapplikationen bewirken, sodass die bereits entwickelten Produktansätze im Bereich der Servicerobotik auf ein breiteres Anwendungsfeld übertragen wer­den kön­nen. Somit ist die Ent­wick­lung eines Planungs- und Unterstützungswerkzeugs für die Realisierung von Servicerobotik-Applikationen im in­dus­tri­el­len Umfeld ein wesentliches Ziel des Forschungsvorhabens. Zu diesem Zweck ist zu­nächst eine standardisierte, abstrahierte und hin­rei­chend detaillierte Prozessbeschreibungssprache zur sys­te­ma­tisch­en Analyse manueller Ar­beits­pro­zesse auszuwählen und um automatisierungstechnische Einflussgrößen zu erweitern. Diese bildet die Basis für die nachfolgende Ent­wick­lung eines Planungskerns zur au­to­ma­tischen Handlungsplanung für servicerobotische Systeme. Der zu erarbeitende Planungskern dient der Durchführung der tech­nisch­en und wirtschaftlichen Bewertung des jeweiligen manuellen Prozesses hinsichtlich der Automatisierbarkeit. Das Ergebnis ist die Unter­stüt­zung des Anwenders bei der Auswahl eines geeigneten Servicerobotik-Systems unter den spezifizierten Randbedingungen des jeweiligen Anwendungsszenarios.

Gesamtablauf © IPS​/​TU Dort­mund

Darüber hinaus erfolgt für die gefundene Automatisierungslösung die Generierung eines konkreten Bewegungsablaufplans, welcher aus sogenannten Elementaraktionen besteht. Um eine aussagefähige und abgesicherte Entscheidung über die Eig­nung einer Automatisierungslösung zu treffen, sind ver­schie­de­ne In­for­ma­ti­onen, wie bspw. die Zuordnung von Elementarfunktionen je Robotertyp, der zulässige Parameterbereich, aber auch die Größe und Form des Arbeitsbereichs von besonderer Be­deu­tung. Zur Zusammenführung dieser erfolgt im Rah­men des Forschungsvorhabens der Aufbau des Internetportals „Servicerobotik“. In Form von internetbasierten Katalogen, wel­che durch die Anbieter technischer Automatisierungslösungen aufgebaut, aktualisiert und gepflegt wer­den, kön­nen dem Nutzer differenzierte tech­ni­sche Lö­sun­gen zur Durchführung seiner zuvor rein manuellen Prozesse bereitgestellt wer­den. Automatisierungs- und Servicerobotiklösungen wer­den somit zentral abrufbar, größtmöglichen Anwenderkreis zur Ver­fü­gung gestellt und er­mög­li­chen die Kom­mu­ni­ka­ti­on zwischen Herstellern und Nutzern industrieller Servicerobotik. Zusätzlich zur Mög­lich­keit der Identifikation ge­eig­ne­ter industrieller Servicerobotiklösungen und deren Ein­satz für zuvor definierte Elementarfunktionen, erfolgt die virtuelle Verifikation und Verfeinerung der aus­ge­wähl­ten Konfiguration in einer generierten Simulationsumgebung (eRobotik-System).

Mittels des vorgestellten Planungskerns und eRobotik-Systems innerhalb des Internetportals wird dem Anwender von der Planung bis zur Realisierung des hybriden Arbeitssystems eine Planungs- und Entscheidungsunterstützung zur Ver­fü­gung gestellt. Auf diese Weise wird die Komplexität der Planungsaufgabe reduziert und ins­be­son­de­re für kleine und mittlere Un­ter­neh­men beherrschbar ge­macht. Die beschriebenen Arbeiten im Rah­men des Forschungsvorhabens er­mög­li­chen die flexible Zu­sam­men­arbeit von Mensch und Roboter in ver­schie­de­nen Anwendungsfällen. Das Ergebnis ist die effiziente Kombination aus Wiederholungsgenauigkeit sowie Leis­tungs­fähig­keit automatisierter Systeme und der Flexibilität und schnellen Adaptionsfähigkeit des Men­schen.

Vorgehensweise

Das For­schungs­pro­jekt ist auf eine Laufzeit von 3 Jahren ausgelegt. Dabei wer­den die angestrebten For­schungs­er­geb­nis­se in Form von sechs Arbeitspaketen er­ar­bei­tet, wel­che auf zwei aufeinanderfolgenden Projektphasen verteilt sind. In der ersten Phase erfolgt die Analyse und Überprüfung des manuellen Prozesses hinsichtlich der Automatisierbarkeit sowie die an­schlie­ßen­de Systemauswahl. Teilschritte dieser Phase sind neben der Auf­nah­me und Aufbereitung des manuellen Arbeitsprozesses die automatische Handlungsplanung auf Basis definierter, konkreter Bewegungsablaufpläne sowie die Bestimmung des Automatisierungsgrades des Arbeitssystems. Abschließend erfolgt die Auswahl einer geeigneten servicerobotischen Lö­sung anhand zuvor festgelegter Kriterien in­klu­si­ve eines möglichen Ablaufplans. Hauptbestandteil der daran anschließenden zwei­ten Projektphase ist die virtuelle Planung und Um­set­zung der gefundenen Automatisierungslösung. In Ko­ope­ra­ti­on mit den Konsortialpartnern wer­den differenzierte Anwendungsszenarien ent­wickelt. Die zweite Projektphase umfasst sowohl die Verifikation des generierten Ablaufplans mittels Simulation als auch die detaillierte Bewertung der geplanten Lö­sung unter an­de­rem anhand von Kos­ten, Ausführungszeit und Si­cher­heit. Zur Validierung wird ein Soft- und Hardwaredemonstrator ent­wickelt, angepasst und erprobt. Abschließend erfolgt die tech­ni­sche Realisierung der aus­ge­wähl­ten Lö­sung.

Durch die Zusammensetzung des Projektkonsortiums kön­nen ver­schie­de­ne He­raus­for­de­run­gen und Problemstellungen abgebildet wer­den. Die Verteilung der Aufgaben erfolgt dabei unter Be­rück­sich­ti­gung der jeweiligen Kernkompetenzen der Konsortialpartner. Auf Softwareebene wer­den mehrere Anwendungsszenarien demonstriert und die Funktionalität der Systemauswahl und Handlungsplanung überprüft. Die hardwareseitige Realisierung der virtuell erprobten Prozesse erfolgt an­schlie­ßend zu­nächst über einen Basisaufbau am Institut für For­schung und Transfer (RIF e.V.) und da­rü­ber hinaus bei den einzelnen Anwendungspartnern.

Arbeitsteilung im Konsortium © IPS​/​TU Dort­mund

Forschungs- und Entwicklungspartner

  • RIF e.V. – Institut für For­schung und Transfer
    • Forschungsbereich „Industrial Engineering“, Prof. Dr.-Ing. J. Deuse
    • Forschungsbereich „Produktionsautomatisierung“, Prof. Dr.-Ing. B. Kuhlenkötter
    • Forschungsbereich „Robotertechnik“, Prof. Dr.-Ing. J. Rossmann
  • GEA Farm Technologies GmbH
  • ICARUS Consulting GmbH
  • KHS Corpoplast GmbH
  • Albrecht Jung GmbH & Co. KG

Förderhinweis

Das Projekt wird im Rah­men des Technologieprogramms „Autonomik für Industrie 4.0“ vom Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deut­schen Bundestages (Förderkennzeichen 01MA13011A) ge­för­dert und wird vom Projektträger Multi­media im Deut­schen Zen­trum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betreut.

Anfahrt & Lageplan

Der Cam­pus der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dort­mund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dort­mund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Cam­pus Süd, die Abfahrt Dort­mund-Dorstfeld auf der A40 zum Cam­pus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Uni­ver­si­tät ausgeschildert.

Direkt auf dem Cam­pus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dort­mund Uni­ver­si­tät“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 20- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dort­mund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duis­burg. Außerdem ist die Uni­ver­si­tät mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, au­ßer­dem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.
 

Zu den Wahrzeichen der TU Dort­mund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dort­mund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Cam­pus Süd und Dort­mund Uni­ver­si­tät S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Cam­pus Nord und Cam­pus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zu­rück.

Vom Flughafen Dort­mund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dort­mun­der Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Uni­ver­si­tät. Ein größeres Angebot an inter­natio­nalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Ki­lo­me­ter entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Uni­ver­si­tät zu erreichen ist.

Die Ein­rich­tun­gen der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund verteilen sich auf den größeren Cam­pus Nord und den kleineren Cam­pus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hoch­schu­le im angrenzenden Technologiepark. Genauere In­for­ma­ti­onen kön­nen Sie den Lageplänen entnehmen.

Interaktive Karte

Die Ein­rich­tun­gen der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund verteilen sich auf den größeren Cam­pus Nord und den kleineren Cam­pus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hoch­schu­le im angrenzenden Technologiepark.

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