Augmented-Reality-Anwendungen unterstützen Maschinenbedienung und Service

Smart Devices schaffen Durchblick in der Fertigung

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Augmented Reality (AR), die Erweiterung und Unterstützung der eigenen Wahrnehmung mit Smart Devices wie Brillen, ist mittlerweile eine etablierte Technologie – nicht zuletzt dank Google Glass und Microsoft Hololens. Dennoch tut sich trotz vielfältiger Nutzenpotenziale der produzierende Mittelstand oft noch schwer damit. Analysten erwarten jedoch, dass mit der Entwicklung von Internet-of-Things-Anwendungen (IoT) die Verbreitung der so genannten Wearables im Industriesektor zunimmt.

Das zunehmende Wachstum des Internet of Things (IoT) und der verstärkte Einsatz von Echtzeitdaten, Monitoring und Rückverfolgung im Produktionsalltag treiben die Entwicklung von Wearable-Technologien im Industriesektor weiter voran – so die Ergebnisse einer Studie des Marktforschungsunternehmens Frost & Sullivan. Denn Wearable-Technologien in Kappen, Brillen oder am Handgelenk, die mit fortschrittlichen Sensoren, Spracherkennung, Sehhilfen oder berührungssensitiver Technik ausgestattet sind, gewährleisteten mehr Anwendersicherheit und böten einen einfachen Datenzugriff.

„Entwickler arbeiten derzeit an Wearables, die leichter, bequemer und einfach zu handhaben sind und die mit Hilfe längerer Batterielaufzeit und fortschrittlichen Sensortechnologien die menschliche Ergonomie verbessern und Probleme aufgrund von Ermüdungserscheinungen verringern”, erklärt Frost & Sullivan-Analyst Ranjana Lakshmi Venkatesh Kumar.

Die Anwendungsbereiche sind vielfältig und reichen von der Produktion über die Montage und Qualitätskontrolle bis hin zur Warenabholung und -transport sowie der Versandterminierung. Allerdings verhinderten die hohen Investitionskosten und der begrenzte Support bestehender Plattformen die Akzeptanz im Industriesektor. Unternehmen stünden zudem den technologischen Möglichkeiten der Geräte, die sich nahtlos in bestehende Arbeitsprozesse integrieren, skeptisch gegenüber. Viele Entwickler haben noch nicht einmal Zugang zu den notwendigen Technologien, um Ergonomik und das Nutzungsumfeld in ihrem Produktdesign berücksichtigen zu können.

Dennoch erwartet Kumar im Verlauf der nächsten zwei bis fünf Jahre hochdisruptive Entwicklungen im Markt für Wearables. „Die fortschreitende Digitalisierung wird den derzeitigen Industriesektor in eine ‚smarte‘ Industrie mit internen Anwendern und externen Kunden verwandeln, die mit der Lieferkette verbunden sind und durch Mensch-Maschine-Schnittstellen die Produktivität, Nutzersensibilisierung und Arbeitsbedingungen verbessern.”

Smart Devices und CNC kommunizieren

Wie sich mithilfe von AR-Lösungen anwenderorientierte Überwachungs- und Schulungsfunktionen von CNC-Maschinen realisieren lassen, hat beispielsweise Mitsubishi Electric auf der EMO 2017 gezeigt. Am Stand des Unternehmens kommunizierten Smart Devices wie Tablets und Smart Glasses direkt mit der Maschinensteuerung. Das gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen entwickelte Pilotprojekt nutzt mobile Endgeräte und AR als Benutzerschnittstelle zur CNC-Steuerung einer fünfachsigen Werkzeugmaschine und unterstützt so den Anwender in neuen digitalen Dimensionen.

Das große Potenzial von Smart Devices in der Industrie sehen die Entwickler in der flexiblen und situationsbezogenen Unterstützung des Anwenders bei Aufgaben wie Maschinenbedienung, Produktionsüberwachung, Systemstart, Schulung an der Maschine, Support/Kundendienst und Instandhaltung. Eine intuitive Benutzeroberfläche präsentiert dabei das Ergebnis der innovativen Echtzeitdatenanalyse und -auswertung innerhalb des Informationssystems. Zur Maschinenüberwachung lassen sich z. B. aktuelle Maschinen- und Produktionsdaten wie Fortschritt, verbleibende Zeit, Maschinenstatus und Gesamtanlageneffektivität (GAE) anzeigen.

Die Funktionalität des Systems setzt den direkten Austausch zwischen Maschinensteuerung und Endgerät voraus. Gleichzeitig muss diese Kommunikation in Quasi-Echtzeit ablaufen, denn viele Situationen verlangen umgehendes Eingreifen des Maschinenbedieners. Hierfür werden die Rohdaten kontinuierlich aufbereitet, visualisiert und automatisch im Endgerät aktualisiert, so dass sich dem Anwender eine neue, transparente Informationsgrundlage erschließt.

Kommt es zu unerwarteten Produktionsstörungen oder Auffälligkeiten, sieht er automatisch eine entsprechende Warnmeldung. Dabei werden vordefinierte Fehlerbibliotheken und -codes in Textmeldungen übersetzt, die über mögliche Ursachen informieren und entsprechende Korrekturmaßnahmen empfehlen. Weil sich so der Zeitaufwand für die Fehlerbehebung reduzieren lässt, steht am Ende eine verbesserte GAE.

Schulung und vorausschauende Wartung

Die Technologie unterstützt zudem die vorausschauende Wartung, indem Datenauswertungen und Lifecycle-Informationen einer überwachten Komponente direkt an das Smart Device des Wartungsingenieurs geschickt werden. Ein Beispiel hierfür sind Verschleißindikatoren an einem Spindelantrieb: Weil das System den Wartungsbedarf bereits sehr früh erkennt, können durch rechtzeitige Korrekturmaßnahmen teure Komplettausfälle verhindert werden. Für die Reparatur oder den Teileaustausch selbst wird ein 3D-Modell des Spindelantriebs in einer AR-Umgebung ins Blickfeld eingeblendet, wo es die Wartungsaufgabe veranschaulicht.

Dieselbe Technologie eignet sich auch zur Schulung von Bedien- und Wartungspersonal, nach Bedarf in Kombination mit einer Videobibliothek, PDF-Dokumenten oder anderen Schulungsinhalten für den Zugriff über Smart Devices. AR kann das Schulungskonzept abrunden, indem Inhalte etwa die Maschine veranschaulichen und es dem Anwender erleichtern, sich mit ihr vertraut zu machen.

Der Einsatz von Smart Devices in realen Industrieumgebungen steht und fällt mit der Integration und Vernetzung der Geräte mit den relevanten Systemen. Deshalb war dies einer der Hauptaspekte der Kooperation zwischen IPT und Mitsubishi. Die auf der EMO präsentierte Machbarkeitsstudie zeigt, wie mithilfe von SLMP (Seamless Message Protocol) in der Android/SPS-Schnittstelle die Kommunikation zwischen dem Smart Device und der CNC-Steuerung M850W hergestellt werden kann. Gezeigt wird ebenfalls, dass sich unterschiedliche Geräte mit Android-Betriebssystem integrieren lassen und das System auch mit anderen Protokollen (zum Beispiel OPC UA) arbeiten kann.

Smart Devices können aus Sicht der Entwicklungspartner eine sinnvolle, naheliegende und praktische Erweiterung der Schnittstelle zwischen Maschinensteuerung und Bediener darstellen. Mit der Hinwendung zur Industrie 4.0 in der Produktion müssten Maschinenbediener flexibler reagieren können und seien hierfür auf Echtzeitinformationen und Möglichkeiten zur direkten Interaktion mit der Maschine angewiesen. Unmittelbare Abrufbarkeit, lokale Aufbereitung und übersichtliche Visualisierung der Maschinendaten würden sich als Schlüsselfaktor für das Vorankommen von Unternehmen erweisen, und moderne Smart Devices würden in diesem Zusammenhang eine maßgebliche Rolle spielen.

Mit Unterstützung von AR und künstlicher Intelligenz (KI) hat Mitsubishi in Kooperation mit IBM zudem eine innovative Lösung zur präventiven Zustandsüberwachung für Roboter, die Betriebskosten, Asset-Produktivität und Prozesseffizienz entwickelt. Die cloudbasierte Lösung ermöglicht mithilfe der KI-Plattform Watson von IBM, Betriebsdaten zu analysieren und kann so vorausschauend Wartungsbedarf erkennen.

Für die Steigerung von Geschwindigkeit und Effizienz bei erforderlichen Instandhaltungsmaßnahmen kommen AR und Sprachsteuerungsfunktionen zum Einsatz. Hierdurch lassen sich laut Hersteller die Stillstandzeiten bedeutend reduzieren. Denn die präventive Zustandsüberwachung kann schon im Vorhinein entstehende Probleme erkennen, bevor sie zu ungeplanten Ausfallzeiten führen. Der Wartungsdienst hat somit in der Regel noch ausreichend Zeit für die Instandsetzung, bevor die beanstandete Maschine ausfällt oder Ausschuss produziert.

Die Watson-Plattform arbeitet mit der präventiven Zustandsüberwachung, digitaler Simulation und der Hochrechnung von Trends, um Wartungsempfehlungen auf der Grundlage der gegebenen Nutzungs- und Verschleißsituation zu erstellen. Für die Robotik ist dieses Konzept vor allem deshalb interessant, weil die regelmäßige Standardwartung den Betrieb in vielen Fällen massiv stört.

Sprachsteuerung für Roboter

In der Demonstration auf der EMO zeigte Mitsubishi besondere Wartungseffizienz durch die freihändige Bedienung des Roboters mittels Sprachsteuerung. Grundlage für die Sprachsteuerung des Roboters ist die Zwei-Wege-Kommunikation zwischen Roboter und Anwender über die Cloud. Präsentiert wird, wie sich der Wartungstechniker die Arbeit mit einer Reihe von Sprachbefehlen erleichtern kann.

Mithilfe von Datenbrillen lassen sich Wartungsmaßnahmen noch weiter optimieren, indem sie den ausführenden Techniker bei der Arbeit anleiten. Die Brille kann vor dem Hintergrund des realen Roboters CAD-Zeichnungen der einzelnen Roboterkomponenten einblenden und zudem das Wartungshandbuch oder einzelne Anleitungen anzeigen.

Mitsubishi Electric Europe B.V.
www.mitsubishi-cnc.de

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
www.ipt.fraunhofer.de

Frost & Sullivan
www.frost.com



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