SmarDe’s@Work – Smart Devices in der Produktion

Kurzbezeichnung: SmarDe’s@Work
Förderung:  Informations- und Kommunikationstechnologie
Projektbeginn: ​​01.01.2017
Projektende: 31.12.2018
Projektdauer: 2 Jahre
Projektträger: Bayerische Forschungsstiftung
Projektleitung: Prof. Dr. Maximilian Röglinger & Prof. Dr. Nils Urbach

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Smart Devices (z.B. Smartphones, Smart Watches) bieten in der Produktion vielfältige Möglichkeiten u.a. in der Prozessoptimierung und bei der Mitarbeiterunterstützung. Bisher existieren allerdings weder Umsetzungsempfehlungen noch wurden standardisierte Schnittstellen definiert. Ziel des Projektes „SmarDe’s@Work – Smart Devices in der Produktion“ ist es, Smart Devices im Produktionsumfeld nutzbringend einzusetzen. Im Vordergrund steht die Vernetzung von Produktionsteilnehmern, wie Mensch, Maschine und produktionsnaher IT-Systeme. Die optimale Kombination aus Software- und Hardware-Komponenten soll Produktionsprozesse durch eine interaktive und intuitive Informationsverarbeitung bei der Arbeitsvorbereitung (z.B. Arbeits- und Maschinenpläne, Rüstung von Anlagen) und der eigentlichen Produktion (z.B. Arbeitsanweisungen, Störungen, Echtzeit-Rückmeldung) unterstützen und dadurch Effizienz- und Optimierungspotenziale zu heben. Um die Anwendbarkeit für ein breites Spektrum an Unternehmen mit heterogener Prozess- und IT-Landschaft zu gewährleisten, ist es erforderlich, Daten beliebiger IT-Systeme, wie z.B. ERP, MES oder Qualitätsmanagement zu integrieren. Daher ist ein zentraler Bestandteil des Vorhabens die Entwicklung einer „Middleware“ sowie die zugehörigen Client-Applikationen für unterschiedliche Smart Devices. Mittels dieser Lösung sollen Smart Devices an bestehende Produktionssysteme angebunden werden. Diese Vorgehensweise verringert Integrationshürden bei der Nutzung von Smart Devices und stellt die Übertragbarkeit auf vielfältige Anwendungsfälle sicher. Zudem wird durch den Einsatz von Smart Devices eine zeit- und ortsunabhängige Produktionssteuerung ermöglicht. Die Produktionsprozesse werden digital optimiert, eine Qualitätsüberwachung, -steuerung und -sicherung anhand von Echtzeitdaten implementiert sowie eine für Industrie 4.0 erforderliche Prozessflexibilität erreicht.

Die Vision der Industrie 4.0 besteht in der durchgängigen digitalen Vernetzung der Produktion mit dem Ziel der Verschmelzung von realer und digitaler Welt. Die deutsche Wirtschaft steht folglich vor einem gewaltigen technologischen Umbruch. Industrie 4.0 basiert auf der Einführung digitaler Technologien in der Produktion. Diese ermöglichen eine Vernetzung von Mitarbeitern, Maschinen, IT-Systemen und Produkten in Produktionsprozessen. Durch die vertikale und horizontale Vernetzung in Einzelunternehmen und Wertschöpfungsnetzen entsteht ein Internet der Dinge und Dienste, das die Echtzeitfähigkeit des Wirtschaftsgeschehens ermöglicht Diese Entwicklungen ermöglichen es unter anderem Produktionsmitarbeiter und Schichtleiter durch innovative digitale Technologien wie Smart Devices zu unterstützen. Smart Devices sind elektronische Geräte, die kabellos, mobil und vernetzt sind sowie über Sensoren (z. B. Geosensoren, Gyroskopen) und Aktoren (z. B. Vibration, Projektion) verfügen (z. B. Smart Phones, Smart Watches, Fitnesstracker oder Datenbrillen). Unternehmen profitieren erheblich vom Einsatz von Smart Devices in der Produktion. Zum einen sind Mitarbeiter bereits aus dem privaten Umfeld mit Smart Devices vertraut, sodass mit hoher Akzeptanz im betrieblichen Umfeld zu rechnen ist. Zum anderen unterstützen Smart Devices die vertikale und horizontale Vernetzung in der Produktion. Der innovative Charakter und die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Smart Devices bergen im Produktionsumfeld großes Potenzial für Prozessinnovationen und -verbesserungen. Beispielsweise unterstützen Smart Devices als Intermediäre sowohl die Arbeitsvorbereitung (z. B. Arbeits- und Maschinenpläne, Einrüstung von Maschinen und Anlagen) als auch die eigentliche Produktion (z. B. Arbeitsanweisungen, Reaktion bei Störungen, Echtzeit-Rückmeldung). Auf diese Weise können Smart Devices auch als Frühwarnsysteme fungieren, um Ausfallzeiten zu reduzieren. Zudem ermöglichen Smart Devices eine zeit- und standortunabhängige Produktionssteuerung (z. B. Auftragsfreigabe, Bereitstellung von Betriebsdaten, Umplanung von Produktionsaufträgen) und damit eine interaktive, dezentrale Kommunikation zwischen Mensch, Maschine und IT-Systemen. Dadurch können Ressourcen und Kapazitäten effizienter genutzt, kontextspezifische Informationen bereitgestellt und eine unmittelbarere Steuerung der Produktionsabläufe erreicht werden. Darüber hinaus wird auch eine Optimierung der Produktionsprozesse, eine Qualitätsüberwachung, -steuerung und -sicherung anhand von Echtzeitdaten sowie eine für Industrie 4.0 erforderliche Prozessflexibilität unterstützt. Das Forschungsvorhaben zielt darauf ab, kleine und mittlere Unternehmen (KMU) sowie Familienunternehmen in Oberfranken auf Basis ausgewählter Anwendungsfälle bei der Umsetzung von Industrie 4.0-Technologien, speziell zur Anwendung von Smart Devices (z. B. in ihren Produktionsprozessen) zu unterstützen. Auf diese Weise können zum einen die Schwierigkeiten von KMU bei der Nutzung bestehender Systeme sowie bei der Entwicklung eigener Lösungen überwunden und zum anderen die Digitalisierung der Produktion vorangetrieben werden. Es steht die Vernetzung von Produktionsteilnehmern über Smart Devices im Vordergrund. Ein zentraler Bestandteil des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Evaluierung eines Demonstrators für eine Middleware sowie zugehöriger Client-Applikationen für Smart Devices, die als Integrationsschicht zwischen Mensch, Maschine und IT-System im Produktionsumfeld dienen. Um die beschriebenen Ziele zu erreichen, werden am Markt verfügbare Smart Devices gemäß den Anforderungen unterschiedlicher Produktionsumfelder identifiziert, analysiert, selektiert und für den industriellen Einsatz vorgesehen. Die Middleware soll als eine plattformübergreifende, technologieunabhängige Vernetzung von Software- und Hardware-Komponenten gestaltet werden und durch einheitliche sowie modulare Schnittstellen gekennzeichnet sein, die jederzeit erweitert werden können. Sie bildet die Infrastruktur für eine interaktive und dezentrale Kommunikation zwischen Mitarbeitern, Maschinen und IT-Systemen mittels Smart Devices. Die optimale Kombination aus Software- (d. h. Middleware, Client-Applikation) und Hardware-Komponenten (d. h. Smart Devices) soll Produktionsprozesse durch eine interaktive und intuitive Informationsverarbeitung bei der Arbeitsvorbereitung sowie während der Produktion unterstützen.​