ReApp

Plug-and-Play-Integration von Robotern in der Industrieautomatisierung


© Fraunhofer

Kurzsteckbrief

In ReApp werden standardisierte Schnittstellen zur herstellerübergreifenden Integration von Soft- und Hardware für Robotersysteme definiert. Zusammen mit einem Katalog wiederverwendbarer intelligenter Dienste (Robotik-Apps) und einer modellgetriebenen Entwicklungsumgebung sollen sich Robotersysteme schneller und kostengünstiger an spezifische Anforderungen vor allem kleiner und mittlerer Unternehmen (KMU) anpassen lassen. Der flexible und wirtschaftliche Einsatz von Robotersystemen soll so auch für KMU in der Fertigung, Montage und Logistik möglich werden.

Herausforderung

Robotergestützte Automatisierungssysteme werden zunehmend komplexer. Der Kosten- und Zeitaufwand für deren Programmierung, Integration, Wartung und Anpassung übersteigt die eigentlichen Komponentenkosten um ein Vielfaches. Dadurch ist der Einsatz robotergestützter Automatisierungssysteme für kleine Stückzahlen, wie sie vor allem bei KMU zu finden sind, nicht wirtschaftlich realisierbar. Zwar gibt es in der Forschung und in der konsumentenbasierten Servicerobotik bereits Softwarearchitekturen, die zwischen der Programmierung einzelner Komponenten und der Programmierung des Gesamtsystems unterscheiden. Doch diese Softwarearchitekturen genügen noch nicht den hohen Qualitäts- und Zuverlässigkeitsstandards der Industrie. Ebenso gibt es eine große Anzahl von Komponenten, die fast das gesamte Spektrum an (Robotik-)Funktionalitäten, Algorithmen und Steuerungsparadigmen abdecken. Diese sind aber meistens auf eine bestimmte Anwendung und Hardwarekonfiguration zugeschnitten. Das soll sich ändern. So arbeitet das Open-Source-Projekt ROS-Industrial derzeit daran, die offene Softwarearchitektur Robot Operating System (ROS) an die industriellen Anforderungen anzupassen und gleichzeitig Qualitäts- und Schnittstellenstandards für ROS-Komponenten zu etablieren.

Ziel

Das Projekt ReApp greift die Konzepte von ROS-Industrial auf, um standardisierte Schnittstellen zu definieren und Soft- sowie Hardwarebibliotheken anzulegen, die echtes Plug-and-Play verschiedenster Komponenten erlauben. Zusammen mit einem Katalog wiederverwendbarer intelligenter Dienste und einer modellgetriebenen Entwicklungsumgebung sollen sich Robotersysteme schneller und kostengünstiger an spezifische Anforderungen vor allem kleiner und mittlerer Unternehmen (KMU) anpassen lassen.

Technologien

Integraler Bestandteil der Entwicklungsumgebung ist ein innovativer intelligenter Programmierassistent, durch den der Anwender direkt vor Ort ohne Expertenwissen das Robotersystem für seine Anwendung einrichten kann, indem diese für eine Anwendung nötige Software- und Hardwarekomponenten aus den Bibliotheken ermittelt und bei Anschluss an die Integrationsplattform (weiterer Bestandteil der Entwicklungsumgebung) automatisch konfiguriert. Weiterhin werden cloudbasierte Simulationsumgebungen zur automatisierten Testung von Komponenten und Anwendungen bereitgestellt, um die hohen Qualitäts- und Zuverlässigkeitsanforderungen zu erfüllen. Das Simulationswerkzeug sorgt dafür, dass beispielsweise virtuelle Roboterzellen, aber auch ganze Fertigungsanlagen vor der eigentlichen Installation getestet und optimiert werden können. ReApp wird es so insbesondere kleinen und mittelständischen Unternehmen ermöglichen, ihre Effizienz durch flexible und zuverlässige Automatisierungslösungen steigern zu können. Gleichzeitig erweitern sich so auch die Märkte für Systemintegratoren sowie Roboter- und Komponentenhersteller.

Use Case

Die Konzepte von ReApp werden in drei Szenarien erprobt: zwei im Automobilbau und eines in der Elektronikindustrie. Angesichts der steigenden Anzahl unterschiedlicher Fahrzeugmodelle stehen Automobilzulieferer zunehmend vor dem Problem, die geforderte Qualität und Liefergeschwindigkeit bei stark schwankenden Stückzahlen aufrechtzuerhalten. Insbesondere Werkstücke für die Kommissionierung und Montage sowie die Verpackung der fertigen Teile werden weitgehend von Hand erledigt, weil sie schwer automatisierbar sind – noch. ReApp wird eine Demonstrationsanlage für diesen Fall entwickeln, bei dem ein Roboter je nach Produkt leicht und schnell mit unterschiedlichen Greifwerkzeugen und Sensoren ausgestattet werden kann. Dabei übernimmt er vor allem monotone Teilaufgaben wie das Zählen, Abwiegen und Anordnen verschiedener Teile. Die Plug-and-Play-Fähigkeit erlaubt ein schnelles Umrüsten bei neuen Aufträgen und der Programmierassistent ein einfaches Anpassen des Verhaltens direkt durch den Mitarbeiter im Werk.

Flexibilität und einfache Rekonfigurierbarkeit spielen auch bei den Automobilherstellern eine immer größere Rolle. Die von ReApp entwickelten Technologien werden anhand der Türvormontage, des Klebens, der optischen Qualitätsüberprüfung und von Schraubvorgängen demonstriert, die bisher nur zum Teil kostengünstig automatisiert werden konnten. Maßgeschneiderte Lösungen sind auch im Nischenmarkt der Bestückung elektronischer Leiterplatten gefragt. Die Fertigung sehr kleiner Stückzahlen wird derzeit hauptsächlich von KMU übernommen, für die sich existierende Automatisierungslösungen aufgrund der hohen Hardware-, Software- und Integrationskosten wirtschaftlich nicht rechnen.

 

Konsortialpartner: Fraunhofer IPA (Konsortialführer), BMW AG, Dresden Elektronik Ingenieurtechnik GmbH, Fischer IMF GmbH & Co. KG, Fluid Operations AG, fortiss GmbH, FZI Forschungszentrum Informatik, InSystems Automation GmbH, ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH, Karlsruher Institut für Technologie (KIT) – Institut für Prozessrechentechnik, Automation und Robotik, Ruhrbotics GmbH, SICK AG

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