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Das Living Lab für cyberphysische Produktionssysteme dient als Forschungslabor, reales Testfeld und Trainingsumgebung für Mitarbeiter.

Cyberphysische Produktionssysteme

Werkstück an Roboter: Arbeitest du heute?

Forscher von Siemens bringen Maschinen und Produkten bei, miteinander zu sprechen, sich selbst zu steuern und flexibel auf Veränderungen zu reagieren. Was wir künftig davon haben werden? Zufriedene Kunden! Denn wir können Produkte schneller, individualisierter und günstiger herstellen.

Förderband, zwei Roboterarme, einige Kanban-Lager, ein fahrerloses Transportsystem und diverse unterschiedliche Bauteile: Die Pilotanlage für cyberphysische Produktionssysteme (CPPS) in Wien wirkt auf den ersten Blick unspektakulär, doch hier wird im Kleinen die Fertigung der Zukunft erprobt. 

Das Produkt steuert seine Produktion

Das cyberphysische Produktionssystem prüft zunächst, ob die Maschinen der Anlage, ob sie verfügbar sind und welche Produktionsfähigkeiten sie besitzen. Beispielsweise ist ein Roboter in der Lage, zu schrauben, während ein anderer ein Werkstück zusammenfügen oder transportieren kann. Gemeinsam können sie beliebige Produktvarianten oder unterschiedliche Produkte fertigen. Im nächsten Schritt erstellt das System mithilfe von Simulationstechnologien einen digitalen Zwilling des Produkts und vergleicht die benötigten Produktionsschritte mit der Produktionsfähigkeit der Anlage. 

«Statt eine Maschine jedes Mal von neuem aufwändig zu programmieren, um ihr den Handlungsablauf für die Montage von Bauteilen beizubringen, lehren wir sie, selbst zu denken. Das Wissen wie das Produkt gefertigt werden soll, holt sie sich direkt aus dem digitalen Zwilling», erläutert Vladimir Zahorcak vom Technologiefeld Software and Systems Innovation der Corporate Technology.

Superflexible Fertigung

Damit das funktioniert, müssen die Maschinen die einzelnen Bearbeitungsschritte verstehen. Dafür wandeln die Siemens-Spezialisten Informationen aus dem Produktionsplan, z.B. über benötigte Bauteile und Reihenfolge der Fertigung, semantisch um. So entsteht ein Code, den schlaue Maschinen lesen können. Während die Anpassungszeit herkömmlicher Produktionsanlagen an ein neues Produkt Wochen, Monate oder sogar Jahre dauert, agiert ein cyberphysisches Produktionssystem schnell und flexibel. Neu zugefügte Maschinen konfigurieren und steuern sich selbstständig und reagieren dynamisch auf Veränderungen. Produktionspläne können an andere Anlagen übertragen und an anderen Standorten weiterverarbeitet werden. Geografisch getrennte cyberphysische Produktionszentren verschmelzen so zu einem «Superzentrum».

Kollege Roboter

Die Aufgabenteilung eines cyberphysischen Produktionssystems ist ebenfalls anpassungsfähig. Je nachdem, wer besser geeignet ist Mensch oder Maschine - übernimmt die Aufgabe. «Menschen besitzen assoziative, sensorische und taktile Fähigkeiten, die auch in Zukunft nicht von Maschinen oder Computern ersetzt werden können. Mitarbeiter werden künftig aber von Automatisierungslösungen in vielen Bereichen entlastet. Die Zukunft gehört nicht Mensch oder Maschine, sondern Mensch und Maschine», erklärt Stefan Petsch, Leiter SIMEA Österreich.

Die gefahrenlose Kooperation von Mitarbeitern und Robotern soll ermöglicht werden. Besonders Aufgaben, die für die menschliche Gesundheit schädlich oder zu eintönig sind, sollen von Robotern übernommen werden. Dafür entwickeln die Forscher sicherheitstechnische Anforderungen für CPPS-Anlagen. Sie erhöhen die Qualität der Produkte und des Produktionsprozesses, indem sie die Fähigkeiten der Roboter durch maschinelles Lernen, intelligente Sensorik und Spracherkennung kontinuierlich verbessern.

Wilma Mert
Picture credits: Siemens Schweiz AG