Nr. 248 / 29. September 2015 SC

Das Projekt „Cyber-Physische Produktionssysteme – Produktivitäts- und Flexibilitätssteigerung durch die Vernetzung intelligenter Systeme in der Fabrik“ (CyProS) ist eines der ersten drei Forschungsvorhaben, die die Bundesregierung im Rahmen der Hightech-Strategie als „Zukunftsprojekt Industrie 4.0“ vorangetrieben hat. Unter dem Motto „Forschung trifft Praxis“ präsentieren das BIBA – Bremer Institut für Produktion und Logistik an der Universität Bremen und seine Projektpartner ihre Forschungsergebnisse am 29. und 30. September 2015 im Pilotbetrieb in der „Schaufensterfabrik Industrie 4.0“ des Gesamtprojektleiters Wittenstein in Fellbach.

Flexible, anpassbare und transparente Produktions- und Logistikprozesse

Cyber-Physische Systeme (CPS) ermöglichen es physischen Objekten wie Maschinen, Fördersystemen und Produkten, Daten zu erfassen, zu speichern, zu verarbeiten sowie über digitale Netze miteinander zu kommunizieren. Über Sensoren erfassen CPS die Umgebungsparameter und wirken mithilfe von Aktoren auf physische Vorgänge ein. Das heißt, eingebunden in die existierenden IT-Systeme können sie auf Situationen reagieren und auf Basis ihrer individuellen Aufgaben zielorientiert ohne Eingriffe von außen eigene Entscheidungen treffen und Prozesse steuern.

Unter anderem per Chips mit einem digitalen Gedächtnis ausgestattet, können zum Beispiel auch die Produkte selbst über das Internet Daten austauschen und die Prozesse aktiv beeinflussen – bis hin zur autonomen Steuerung der Produktion. Diese ermöglicht flexible, anpassbare und transparente Produktions- und Logistikprozesse. Hierdurch kann das produzierende Gewerbe den aktuellen Trends wie der zunehmenden Variantenvielfalt und Individualisierung von Produkten besser gerecht werden. „Darüber hinaus erlaubt diese Technologie auch eine Betrachtung der Produkte über ihren ganzen Lebenszyklus hinweg“, sagt Prof.Dr.-Ing. Klaus-Dieter Thoben, Leiter des BIBA-Bereiches Informations- und kommunikationstechnische Anwendungen in der Produktion (IKAP). „Durch die zunehmende Verfügbarkeit von produktbeschreibenden Informationen im Lebenszyklus steigt auch die Qualität eines Produktes.“

Im realen Industrieumfeld im Einsatz: neue Industrie-4.0-Methoden und –Werkzeuge

Durch die Verwendung von CPS entstehen Cyber-Physische Produktionssysteme (CPPS). Ziel von CyProS  war es, CPPS zu entwickeln und die Basis für deren Einsatz in der Industrie zu schaffen. Dafür haben die Projektpartner ein repräsentatives Spektrum an CPS-Modulen entwickelt und deren Einsatz in Produktion und Logistik erforscht und erprobt. So entstanden die technische und methodische Grundlage für den wirtschaftlichen Betrieb von CPS in realen Produktionsumgebungen sowie universelle Vorgehensweisen und Plattformen zur Einführung von CPPS.

Mithilfe der in CyProS entwickelten Methoden und Werkzeuge können bestehende Produktions- und Logistikumgebungen in CPPS übertragen werden – zu sehen nun in der Schaufensterfabrik sowie im Kompetenz- und Transferzentrum für Cyber-Physische Systeme in der Logistik, das im Rahmen des Projektes am BIBA aufgebaut wurde. „Die Akzeptanz und die Potenziale durch den Einsatz von CPS sollen durch die Demonstratoren gefördert werden, wie es zum Beispiel durch das Kompetenz- und Transferzentrum im BIBA möglich ist“, sagt Thoben.

Milchbote als Vorbild, doch „Milkrun 4.0“ mit 30 Prozent weniger Aufwand unterwegs

Die BIBA-Aufgaben in dem Verbundprojekt lagen unter anderem in der Entwicklung eines Cyber-Physischen Logistiksystems sowie in der Anpassung autonomer Steuerungsmethoden. Ein plastisches Beispiel für den Gewinn in der Produktionslogistik durch die neue Technologie ist der „Milkrun 4.0“, ein Versorgungsfahrzeug, das in der Fabrik von morgen für den bedarfsgerechten Nachschub an Material sorgt. Das BIBA entwickelte das Konzept, die Umsetzung lag bei Projektpartner aio IT for logistics, die erste Erprobung erfolgte im Kompetenz- und Transferzentrum des BIBA und der prototypische Test im realen Umfeld in der Schaufensterfabrik.

Wie beim Milchboten, der nur dann eine neue Milchflasche vor der Tür abstellte, wenn dort ein leere Flasche stand, es also einen Bedarf an Nachschub gab, liefert der „Milkrun 4.0“ in der Fabrik zu berechneten, idealen Zeiten auf optimalen Touren das erforderliche Material. Die Digitalisierung des Materialflusses und die bessere Vernetzung der bestehenden IT-Systeme, so zeigte es die Simulation, reduziert den Aufwand gegenüber herkömmlichen Systemen um bis zu 30 Prozent. Der Schwerpunkt in diesem Projektbeitrag lag in der Vernetzung intelligenter Systeme. Dazu Prof.Dr.-Ing. Michael Freitag, Leiter des BIBA-Bereiches Intelligente Produktions- und Logistiksysteme (IPS): “Die im Projekt implementierte Materialversorgung ‚Milkrun 4.0‘ zeigt, wie bereits mit Industrie-4.0-Basistechnologien logistische Prozesse transparenter und effizienter gestaltet werden können.“

Ein weiterer CyProS-Beitrag des BIBA ist der „Semantische Mediator“, ein Softwaretool, das verschiedenste Datenquellen miteinander verbindet und dabei auch die Semantik der Daten übermittelt. Es erspart aufwendige Schnittstellenprogrammierungen. Die theoretischen Grundlagen für diese Entwicklung schaffte das BIBA bereits vor Jahren im DFG-Sonderforschungsbereich „Selbststeuerung logistischer Prozesse“ (SFB 637). Mit CyProS wurden sie jetzt in die Praxis transferiert.

„Stets im Fokus unserer Forschung: Der Mensch in seiner täglichen Arbeit.“

„CyProS und die Schaufensterfabrik zeigen sehr gut, dass die lückenlose Digitalisierung im Rahmen von Industrie 4.0 voranschreitet. Es wird deutlich, wie sich logistische Objekte wie Ladungsträger oder Produkte in Zukunft selbstständig durch die Materialflussketten steuern können“, sagt Freitag und ergänzt: „Neben diesen vor allem technischen Ansätzen verfolgt das BIBA auch Möglichkeiten zur Nutzung von CPS zur Generierung neuer Geschäftsmodelle sowie für die Aus- und Weiterbildung des Menschen, der in seiner täglichen Arbeit durch CPS unterstützt werden soll und daher stets im Fokus unserer Forschungsarbeit steht.“

Sabine Nollmann

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www.biba.uni-bremen.de , www.projekt-cypros.de , www.biba.uni-bremen.de/industrie4.html
Prof.Dr.-Ing. Michael Freitag (Institutsleiter BIBA)
Telefon: 0421 218-500 02, E-Mail: freprotect me ?!biba.uni-bremenprotect me ?!.de
Prof.Dr.-Ing. Klaus-Dieter Thoben (Institutsleiter BIBA)
Telefon: 0421 218-500 05, E-Mail: thoprotect me ?!biba.uni-bremenprotect me ?!.de
Dipl.-Wi.-Ing. Marius Veigt (BIBA, Mitglied der Gesamtprojektleitung)
Telefon: 0421 218-501 65, E-Mail: veiprotect me ?!biba.uni-bremenprotect me ?!.de