„Der Demonstrator ist so angelegt, dass wir ihn jährlich weiterentwickeln können, bis wir in fünf Jahren Production Level 4 verwirklicht haben,“ erklärt der Prof. Martin Ruskowski, Vorstandsvorsitzender des Technologie-Initiative Smart Factory KL, den Plan mit dem Demonstrator.

„Der Demonstrator ist so angelegt, dass wir ihn jährlich weiterentwickeln können, bis wir in fünf Jahren Production Level 4 verwirklicht haben,“ erklärt Prof. Martin Ruskowski, Vorstandsvorsitzender des Technologie-Initiative Smart Factory KL, den Plan mit dem Demonstrator. Technologie-Initiative SmartFactory KL

Mit der dort realisierten Produktionstechnik haben die Wissenschaftler der Smart Factory-KL, des DFKI und der TU Kaiserslautern ein Update von Industrie 4.0 formuliert. 2025 soll die Anlage in dieser Richtung ausentwickelt sein. An der Entwicklung und dem Bau des Demonstrators haben 11 Unternehmen aus der Automatisierungstechnik mitgewirkt. „Die neuen Techniken leiten ein Umdenken in der Produktion ein“, sagt Prof. Martin Ruskowski, Vorstandsvorsitzender der Technologie-Initiative. Die starre Produktionslinie ist aufgebrochen und weicht autonomen Arbeitsmodulen. Der Demonstrator ist in wenigen Minuten umkonfiguriert, was eine flexible Produktion ermöglicht. „Das war bisher Zukunftsmusik. Wir zeigen, dass und wie es funktioniert“, sagt Ruskowski.

Der Anwendungsfall ist einfach gehalten

Das Produkt ist einfach: ein USB-Stick in Form eines Noppensteins, allerdings in verschiedenen Varianten: Der Kunde kann Noppengehäuse in verschiedenen Farben auswählen nebst einem Aufbaustein sowie bestimmte Daten, die auf dem USB-Stick gespeichert werden können. „Das Produkt ist ein Platzhalter“, erklärt Ruskowski. Der USB-Noppenstein stehe stellvertretend für Smartphones, Waschmaschinen oder komplette Autos. „Es geht um die neue Art der Produktion“, betont er. Auf dem Demonstrator lässt sich das Produkt individuell konfiguriert in Kleinserien bis Losgröße 1 herstellen. Was dahinter steht, das ist das Besondere: eine besondere Produktionsarchitektur, deren Grundlage Produktionsmodule sind.

Das Produkt der Demonstratoranlage ist ein individuell konfigurierbarer USB-Stick in Form eines Noppensteins. Dieses Produkt steht als Modell für viele andere mögliche Produkte; wesentlich ist die Art und Weise, wie es hergestellt wird.

Das Produkt der Demonstratoranlage ist ein individuell konfigurierbarer USB-Stick in Form eines Noppensteins. Dieses Produkt steht als Modell für viele andere mögliche Produkte; wesentlich ist die Art und Weise, wie es hergestellt wird. Technologie-Initiative SmartFactory KL

In den Modulen ‚Montage‘ und ‚Daten-Betankung‘ wird der Noppen-USB dann nach diesen Vorgaben montiert und mit Daten versehen. Abschließend wird er in dem Modul  Qualitätskontrolle (Kamera und KI-Applikationen) überprüft. Dabei werden auch die Bestelldaten des Kunden (Produktkonfiguration) mit dem für ihn hergestellten Produkt abgeglichen. Der Produkttransport von Modul zu Modul erfolgt über ein flexibles Logistiksystem. Die einzelnen Module werden auch als Fähigkeiten der Anlage bezeichnet.

Wählt der Kunde allerdings die spezielle Option ‚Fotos der Qualitätskontrolle auf USB speichern“, dann muss die Demonstrationsanlage auf ein spezielles Qualitätsmodul mit Fotokamera zurückgreifen. Dieses Modul ist jedoch nicht ständig in die Anlage integriert, sondern nur bei Bedarf. Jetzt muss es an dem vorgesehenen Platz zwischen den Modulen Montage und Datenbetankung  eingebaut werden. Zunächst einmal erkennt die Anlage, dass sie das gewünschte Produkt nicht ohne dieses Modul herstellen kann. Eine Rekonfiguration der Anlage wird automatisch angestoßen, das heißt ein Techniker wird benachrichtigt, das betreffende Modul in die Anlage zu integrieren. Dazu wird er von einem Assistenzsystem angeleitet. Wird das neue Modul angedockt, beginnt ein automatisierter Freigabeprozess über mehrere Schritte, der durch den Techniker manuell bestätigt werden muss. Zum Einsatz kommt dabei auch ein speziell entwickelter Steckverbinder, der mit Sensorik, Aktuatorik und dezentraler Intelligenz ausgestattet ist. Der klassische Steckverbinder wird so in eine intelligente Modulschnittstelle zur Produktionslinie transformiert. Ist das Modul dann freigegeben, erkennt dies die Anlage und beginnt mit der Produktion.

Prof. Martin Ruskowski erklärt den Demonstrator

Verbunden ist die Anlage mit dem Prototyp der europäischen Cloud-Plattform Gaia-X. Sie dient zum sicheren Austausch von Produktionsdaten oder dazu, an einem anderen Standort die Produktion eines fehlenden Bauteils zu aktivieren, das dann geliefert wird. „Der einfache Modultausch und die sichere digitale Plattform ermöglichen eine hohe Produktionsrobustheit und Agilität“, fährt Ruskowski fort. „Im Störungsfall kann schnell ein neues Modul in Betrieb genommen oder die Produktion verlagert werden.“

In ein Qualitätsmodul der Anlage ist eine spezielle Methode lernfähiger Künstlicher Intelligenz implementiert. Die Algorithmen können je nach Notwendigkeit auf mehreren Ebenen arbeiten: in einem übergeordneten System der Anlage (Edge-Rechenzentrum) oder in einer Cloud oder direkt im Modul (im Edge Device oder direkt am Sensor).

Die Systemarchitektur der Anlage orientiert sich an den benötigten Fähigkeiten. In ihr manifestieren sich physische Maschinenfähigkeiten und Produktressourcen sowie übergeordnete Software-Dienste zur Steuerung, Planung und Analyse in der Fabriklandschaft. Die Automatisierungspyramide löst sich auf, ein Netzwerk entsteht. Der modulare Aufbau der Struktur ermöglicht eine agile Erweiterung.

DIE Projekt-Partner für den Demonstrator

An dem Bau und der Entwickung des Production-Level-4-Demonstrators waren die Forschungseinrichtungen Technologie-Initiative Smart Factory KL, das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) und die TU Kaiserslautern beteiligt sowie 11 Industrieunternehmen: B&R Industrial Automation, Empolis Information Management, Eplan Software & Service, German Edge Cloud, Harting Deutschland, IBM Deutschland (Watson), Huawei Technologies Deutschland, Mini Tec Smart Solutions, Pro Alpha Business Solutions, TÜV Süd und Pilz.