Einer der Teilbereiche von transform.RMF ist die Erstellung mobiler Demonstratoren, mit denen wir die Themen der digitalen Transformation anhand einzelner Fokusthemen "greifbar" machen möchten. Bereits bei diversen Veranstaltungen im Rahmen des Projektes konnten wir auf erste Demonstratoren der Themengebiete Augmented Reality (AR), Künstliche Intelligenz (KI), Robotik und Additive Fertigung aus dem Umfeld der THWS zurückgreifen.

Aufbauend darauf werden im Projekt eigene mobile Demonstratoren designt. Mit diesen möchten wir mit Hilfe kleiner Use Cases Themen wie Automatisierung, neuste Funktechnologien (z.B.: 5G & LoRaWAN), KI, Datennutzung in der Fabrik und weitere Themen anschaulich darstellen.

Die Demonstratoren fokussieren den fachlichen Dialog und unterstützen ein voneinander und miteinander Lernen. Somit wird nicht nur ein starkes Netzwerk etabliert, sondern der Transfer in alle Richtungen unter Beteiligung aller Akteursgruppen sichergestellt.

USE CASE: AUTOMATISIERUNG

Use Case: Additive Fertigung

Use Case: LoRaWAN

Use Case: augmented reality

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Der aufgebaute Use Case zeigt eine beispielhafte Anwendung, bei der die Automatisierung von Teilprozessen mit der Sortierung durch künstliche Intelligenz kombiniert wurde. Dabei übernehmen die beiden Roboter in Kombination mit dem Förderband die Transporttätigkeit und die Kamera mit hinterlegter Objekterkennung die Zuordnung der Objekte zum jeweiligen Lagerplatz.

Zur Abbildung des Prozesses simulieren die beiden Roboter den Produktionsablauf einer Fertigungslinie. Dazu werden sie über ein Python-Skript gesteuert. Die Kamera über dem Startplatz dient der Objekterkennung. Damit wird die Position und die Art des Objekts bestimmt.

Zur Verdeutlichung der Sortiertätigkeit wurden separate Behälter gewählt, die farblich die Zuordnung zu den jeweiligen Objekten symbolisieren. Ergänzt wurde der Anwendungsfall durch mehrere 3D-gedruckte Elemente wie z.B. den Kollisionsschutz und eine Positioniereinrichtung. Neben dem Fokus auf Automatisierung und KI soll so auch das Potenzial der additiven Fertigung im Rahmen der Prozessoptimierung berücksichtigt werden.

Vorteile

• Kostenreduktion durch Automatisierung der Prozesse
• Mögliche Integration von automatischen Kontrollparametern zur Fehlervermeidung
• Schneller Prozessablauf und Adaption
• Kollaboratives Arbeiten mit dem Roboter

Herausforderungen

• Anfangsinvestition erforderlich
• Objekterkennung meist nur für zuvor abgelegte Objekte möglich
• Teilweise Sicherheitseinrichtungen erforderlich

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Bei diesem mobilen Demonstrator steht die additive Fertigungstechnologie im Vordergrund. Anhand eines 3D-Druckers sollen beispielhafte Anwendungsfälle sowie die Funktionsweise dieser Technologie veranschaulicht werden.

Die additive Fertigung, oft auch als 3D-Druck bezeichnet, gewinnt in der Industrie zunehmend an Bedeutung. Sie ermöglicht den schichtweisen Aufbau von Objekten direkt aus digitalen Modellen und bietet damit eine außergewöhnliche Flexibilität in der Produktion. Diese Technologie unterstützt nicht nur die Entwicklung komplexer Bauteile und die individuelle Massenproduktion, sondern trägt auch zur Senkung der Produktionskosten bei. Mit einem starken Fokus auf Effizienz, Nachhaltigkeit und Designfreiheit ist die additive Fertigung ein zentrales Element für die Transformation traditioneller Fertigungsverfahren und ebnet den Weg für Innovationen in verschiedenen Industriezweigen.

Beschreibung des Verfahrens (bei FDM):

Zunächst wird das Objekt mit einer geeigneten Software oder einem 3D-Scan als 3D-Modell erstellt. Für den 3D-Druck schneidet die Software das Modell in Scheiben und sendet diese an den Drucker. Bei der Materialextrusion wird ein Filament aus einem thermoplastischen Material geschmolzen und durch die Düse des Extruders gepresst. Der Extruder folgt der vorgegebenen Bahn und legt das Filament in Schichten auf einer Bauplattform ab. Das Filament kühlt ab und verfestigt sich zum gewünschten Objekt.

Vorteile

• Zeit- und Kostenersparnis gegenüber anderen Fertigungsverfahren
• Beschleunigung der Produktentwicklung
• Individuelle Herstellung und Modifikation von Bauteilen

Herausforderungen

• Anfangsinvestition erforderlich
• Objektgröße abhängig von der Kapazität des Druckers

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Mit Hilfe von Augmented Reality (AR) können digitale Objekte in die reale Welt eingeblendet werden. Dies wird durch den Einsatz entsprechender Brillen realisiert. Ziel ist es, dem Nutzer Zusatzinformationen in das Sichtfeld einblenden zu können.

In der modernen Fabrikplanung stehen die Optimierung von Arbeitsabläufen und die effiziente Nutzung von Ressourcen im Vordergrund. Durch den Einsatz von AR können Planer Modelle oder Abbilder der geplanten Anlagen erstellen und diese virtuell in die eigene Produktionshalle einblenden. Dabei werden virtuelle Elemente in die reale Umgebung des Planers integriert, so dass Machbarkeitsanalysen und Layoutoptimierungen bereits vor der physischen Umsetzung durchgeführt werden können.

Beschreibung des Verfahrens

Zunächst wird ein detailliertes 3D-Modell der geplanten Fabrik erstellt, das beispielsweise Maschinen oder Produktionslinien enthält. Dieses Modell wird dann in eine AR-Umgebung integriert, die durch eine AR-Brille betrachtet werden kann. Auf diese Weise können die Planer gleichzeitig die reale und die virtuelle Umgebung gleichzeitig sehen, wodurch ein realistischer Eindruck der geplanten Fabrik entsteht. Mit der AR-Brille kann der Nutzer einen virtuell unterstützten Rundgang machen, bei dem er Maschinen und Arbeitsabläufe aus verschiedenen Perspektiven betrachten und simulieren kann. Er hat die Möglichkeit, Layouts interaktiv anzupassen und Optimierungen in Echtzeit vorzunehmen, was eine schnelle und flexible Planung ermöglicht.

Vorteile

• Realistische Visualisierung
• Frühe Fehlererkennung
• Kosteneffizienz und Flexibilität

Herausforderungen

• Hohe Anschaffungskosten
• Begrenzte Genauigkeit

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LoRaWAN - LoRa steht für Long Range - hat sich als eine der wichtigsten Low Power Wide Area Network (LPWAN) Technologien entwickelt und wird für die Vernetzung von Geräten im Zusammenhang mit dem Internet der Dinge (IoT) eingesetzt. Die LoRa-Technologie ist ein drahtloses Übertragungssystem für große Entfernungen (Long Range) mit geringem Stromverbrauch und einer Batterielebensdauer von bis zu fünf Jahren. LoRa nutzt weltweit freie Frequenzbänder.

Die Architektur eines LoRaWAN Netzwerkes besteht aus den folgenden Komponenten:

• END-Nodes, d.h. Endgeräte wie Sensoren und Messgeräte, die Datenpakete senden
• Gateways, die sich in Reichweite der Endknoten befinden und die Daten weiterleiten
• Server, die die Daten filtern und den richtigen Anwendungen zur Verfügung stellen
• Applikationsserver, der die anwendungsspezifische Verarbeitung der Daten übernimmt

Der LoRaWAN Standard wird von der LoRa Alliance überwacht. Diese besteht aus über 500 Mitgliedern, die das Protokoll unterstützen und viele ihrer Komponenten, Produkte und Dienstleistungen auf LoRaWAN ausrichten. Dazu gehören Unternehmen wie IBM, Cisco, Semtech, Schneider, Bosch, Diehl und THWS.

Vorteile:

• Fernübertragung mit geringem Stromverbrauch
• Geringe Bandbreite, einfache Netzwerkstruktur
• Niedrige Betriebskosten

Herausforderungen:

• Niedrige Datenrate
• Höhere Latenz

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