Universität Stuttgart
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Item Open Access Wandelbare, echtzeitfähige Kommunikationsinfrastruktur für Cyber-Physische Produktionssysteme(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2021) Prinz, Frederick; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Heutzutage agieren Unternehmen in einem immer volatileren Umfeld mit einem unmittelbaren Einfluss auf die Produktionssysteme. Um die Wandelbarkeit von zukünftigen Produktionssystemen zu verbessern wird daher eine Automation basierend auf Cyber-Physischen Systemen (CPS) angestrebt. Diese CPS-basierte Automation zeichnet sich durch eine einheitliche, wandelbare und echtzeitfähige Kommunikationsinfrastruktur aus. Stand heute existieren verschiedene Lösungsansätze mit unterschiedlichen Technologien zur Etablierung einer echtzeitfähigen Kommunikationsinfrastruktur. Diese Lösungen erfüllen allerdings die Anforderungen an eine zukünftige Kommunikationsinfrastruktur nur teilweise und stellen daher keine ganzheitliche Lösung dar. Insbesondere der Aspekt der Wandelbarkeit mit einer dynamischen Konfiguration von Echtzeitverbindungen zur Laufzeit wird heutzutage nur bedingt unterstützt. Dadurch wird die Vision einer CPS-basierten Automation und die Wandelbarkeit von zukünftigen Produktionssystemen allgemein eingeschränkt. Als Grundlage für eine CPS-basierte Automation wird in dieser Arbeit eine wandelbare, echtzeitfähige Kommunikationsinfrastruktur für zukünftige Produktionssysteme vorgestellt. Diese Kommunikationsinfrastruktur ermöglicht eine deterministische Kommunikation mit geringer Latenz und erfüllt die harten Echtzeitanforderungen in Produktionssystemen. Gleichzeitig wird die dynamische Konfiguration von Echtzeitverbindungen zur Laufzeit ermöglicht. Mit dem Fokus auf einer ganzheitlichen Lösung basiert die vorgestellte Kommunikationsinfrastruktur auf den drei wesentlichen Aspekten: Echtzeitkommunikation, Parametrierung und Netzwerkkonfiguration. Die Echtzeitkommunikation basiert auf der neuen IEEE Technologie Time-Sensitive Networking (TSN, IEEE 802.1). TSN ermöglicht eine einheitliche, herstellerunabhängige Kommunikationsbasis für den echtzeitkritischen und bestmöglichen Datenverkehr im Netzwerk. Dazu werden die erforderlichen TSN Mechanismen in die echtzeitfähigen Assets integriert und in einem TSN SDK (Software Development Kit) zusammengefasst. Zur einheitlichen Parametrierung der Echtzeitkommunikation wird das Konzept der echtzeitfähigen I4.0 Komponente vorgestellt. Das neue Konzept beschreibt ein echtzeitfähiges Asset mit einer sogenannten Verwaltungsschale, d.h. einer virtuellen digitalen Repräsentanz des Assets. Diese Verwaltungsschale spezifiziert die individuellen Fähigkeiten des Assets und beinhaltet zusätzliche Konfigurationsparameter für die Echtzeitkommunikation. Zur automatischen Konfiguration der Echtzeitverbindungen im Netzwerk wird ein zentraler SDN (Software-defined Networking) Controller erweitert. Dieser Controller etabliert dynamische, redundante und komplexe TSN Verbindungen zwischen verschiedenen echtzeitfähigen Assets zur Laufzeit. Dabei werden sowohl die TSN Switches in der Netzwerkinfrastruktur als auch die echtzeitfähigen Assets konfiguriert. Schließlich wird die Machbarkeit der neuen wandelbaren, echtzeitfähigen Kommunikationsinfrastruktur durch eine prototypische Implementierung gezeigt. Darauf aufbauend wird die Performance des neuen TSN SDKs evaluiert und die Integration ins Engineering beschrieben.Item Open Access Methode zur Flexibilisierung des Energieverbrauchs von automatischen Hochregallagern(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2020) Voss, Michael; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Energiekosten zu senken ist einer der wichtigsten Treiber für Energieeffizienzthemen in Industrie- und Logistikunternehmen. Mit den fortlaufenden Entwicklungen werden die Maßnahmen aufwändiger und die Energiekosteneinsparung immer geringer. Die Rentabilität der Maßnahmen sinkt. Die Energiekosten für an der Energiebörse gehandelte Energie jedoch sinken stetig seit den letzten Jahren und weisen über den Tagesverlauf eine große Volatilität auf. Betreiber von Hochregallagern verfolgen das Ziel, Energiekosten zu reduzieren, um weiterhin wirtschaftlich agieren zu können. Mit dieser Arbeit wird daher das Ziel verfolgt, Betreibern von Hochregallagern den Bezug von Energie an der Energiebörse zu ermöglichen, um die Energiekosten durch Flexibilisierung des Energieverbrauchs zu senken. Es wird ein Konzept entwickelt, um den Energiebedarf zu planen, zu handeln und anschließend auch zuverlässig zu verbrauchen. Nach der Untersuchung bestehender Methoden, Maßnahmen und Strategien hinsichtlich deren Energieflexibilitätspotentials wird zunächst ein Hochregallager modelliert, um dafür die neue Methode entwickeln und gefahrlos testen zu können. Anschließend wird eine Planungssystematik entwickelt, die den Energiebedarf tags zuvor plant und anschließend handelt. Die energieflexible Lagerstrategie ermöglicht es, die gehandelte Energie durch geeignete Lagerplatzwahl und Umlagerungen zu verbrauchen. Die Lagerstrategie verwendet das Hochregallager als Speicher für potentielle Energie und basiert methodisch auf der dynamischen Programmierung. Die Lastverteilung sorgt durch einen Fuzzy-Regler anschließend dafür, dass Lastspitzen so gering wie nötig gehalten werden, um die Rentabilität durch hohe Netzentgelte zu schmälern. Im zuvor entwickelten virtuellen Hochregallager werden die Methode implementiert und die Funktion der Methode zur Flexibilisierung des Energiebedarfs validiert. Die Kostenreduktion durch die in dieser Arbeit entwickelte Methode wird aufgezeigt.Item Open Access Neuro-Fuzzy-Modellierung zur umfassenden Prozessüberwachung am Beispiel des Ultraschallschweißens von Kunststoffteilen(2012) Neher, Joachim; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)In Deutschland rechnet sich eine Fertigung oft nur noch für komplexe Produkte. Die benötigten Fertigungsprozesse sind zunehmend automatisiert und verkettet. In gleichem Maße steigt der Bedarf an Systemen zur Prozessüberwachung. Diese Arbeit befasst sich mit dem Aufbau eines Prozessüberwachungssystems auf der Basis von erfassten Sensordaten aus dem Fertigungsprozess. Einerseits ermöglicht das System eine Qualitätsprognose. Andererseits können geänderte oder unbekannte Zustände, die ihre Ursache in Veränderungen im überwachten Prozess oder in Prozessen der vorausgehenden Prozesskette haben können, erkannt werden. Kernelement dabei ist die Prozessmodellierung auf Basis von 'general regression neuro-fuzzy networks' (GRNFN), welche klassische Neuronale Netze mit Elementen von Fuzzy-Systemen verbinden. Die Eigenschaften der Modellstruktur werden detailiert untersucht. Anschließend werden die GRNFN-Modelle um einige neue Fähigkeiten erweitert. So ist es möglich, neben dem sonst auf Versuchsdaten basierenden Trainingsprozess auch vorhandenes Expertenwissen in Form von Fuzzy-Regeln direkt zu integrieren. Des Weiteren werden Indikatoren zum Erkennen unbekannter Zustände erarbeitet. Durch systematische Versuchsreihen sowie die Analyse von Signalvarianzen können Kenngrößen abgeleitet werden, welche in Form der sogenannten Zustandsvektoren einen Fingerabdruck für jeden Fertigungszyklus bilden. Zudem werden verschiedene Methoden beschrieben, die der Optimierung der erzielbaren Modellgüte dienen. Am Beispiel des Ultraschallschweißens wird das entwickelte System zur Prozessüberwachung sowohl an einem speziell entwickelten Probekörper als auch an Praxisbauteilen verifiziert und die Leistungsfähigkeit nachgewiesen. Neben der Prognose der Schweißnahtqualität können auch Änderungen des Werkstoffs, Variationen des vorgelagerten Spritzgießprozesses sowie Veränderungen des Feuchtegehalts, die auf eine veränderte Lagerung zurückzuführen sind, sicher erkannt werden.Item Open Access Entwicklung eines modularen und stückzahlflexiblen Qualitätskonzepts für schwere Nfz-Hybridgetriebe(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2020) Butov, Alexej; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Die Elektrifizierung der Fahrzeuge nimmt sowohl im Pkw als auch im Bereich der Nfz stetig zu und damit auch der Druck auf die Hersteller und Zulieferer eigene Fertigungsstraßen weiter zu optimieren. Potentiale sind für Nfz andere als die für Pkw, da zum einen die Anzahl der Neuzulassungen und die Lebensdauer der Komponenten unterschiedlich sind. Die Fertigungsstraßen im Nfz-Bereich sind daher effizient, und flexibel zu gestalten. Potentiale dafür bietet der Bereich der Elektromotorenfertigung, speziell für Permanenterregte Synchronmotoren (PMSM). Die Notwendigkeit flexible und modulare Fertigungsstraßen auf Grund ungewisser Stückzahlen zu entwerfen, ist in öffentlich, geförderten Projekten wie bspw. Erforschung eines prozessmodularen Fertigungskonzepts für die E-Motorenfertigung (Epromo) thematisiert worden. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, unter welchen Voraussetzungen eine passive und damit rein generatorische End of Line (EoL) Funktionsprüfung für einen PMSM, der für den Einsatz in einem schweren Nutzfahrzeuggetriebe ausgelegt ist, durchgeführt werden kann. Neben den bereits genannten Gründen sind die hohen Investitions- und Wartungskosten für eine aktiven, dynamischen EoL-Funktionsprüfstand insbesondere für den OEM wichtig zu betrachten und abzuwägen. Dazu wird zunächst der Stand der Technik zu bekannten Fehlererkennungsmethoden ermittelt und mit vorhandenen Normenvorgaben abgeglichen. Weiter werden Fehlervarianten identifiziert, historische Messwerte unterschiedlicher EoL-Serienprüfstände betrachtet und signifikante Fehler an Hand von Versuchsmotoren an unterschiedlichen Prüfständen untersucht. Der erarbeitete Vergleich soll bspw. einem Fertigungsplaner dabei helfen eine bessere Entscheidung zu treffen, welche Prüfphilosophie an der EoL-Prüfstation auch bei geringen oder unsicheren Stückzahlen eingesetzt werden kann. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass die Entscheidung der Prüfphilosophie systematisch und anhand der Analyse vorhandener Kriterien getroffen werden kann.Item Open Access Robotermanipulationsfähigkeiten zur Automatisierung von Instandhaltungsaufgaben(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2019) Friedrich, Christian; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)In Produktionssystemen spielt die Anlagenverfügbarkeit und Produktqualität, vor allem im Hinblick auf ökonomische Unternehmensziele, eine entscheidende Rolle. Damit dies erreicht werden kann, unterliegen Produktionseinrichtungen regelmäßigen Instandhaltungsarbeiten. Während für Inspektionsaufgaben bereits Verfahren zur Verfügung stehen, welche die automatisierte Fehlerdetektion, -isolation und -identifikation erlauben, bestehen bisher keine Systeme, die eine automatische Wiederherstellung des Sollzustands ermöglichen. Aufgrund dessen untersucht diese Arbeit neuartige Manipulationsfähigkeiten, die es einem autonomen Robotersystem erlauben, Wartungs- und Instandsetzungsaufgaben zu automatisieren, hierdurch den menschlichen Akteur unterstützen und langfristig zu einer Attraktivitätssteigerung der Produktion in Hochlohnländern führen könnten. Damit Robotersysteme derart komplexe Aufgaben unter realitätsnahen Bedingungen autonom lösen können, entwickelt diese Arbeit spezielle Fähigkeiten zur Planung, Steuerung und Regelung von Robotermanipulationen. Ein besonderes Hauptaugenmerk bei der Entwicklung dieser Methoden liegt dabei vor allem auf der zeiteffizienten Planung sowie der Möglichkeit zur Kompensation von Umweltunsicherheiten zwischen a priori und Sensordaten. Für die Aufgabenplanung wird ein Verfahren entwickelt, welches auf Basis von CAD- und visuellen Sensordaten, die notwendigen Manipulationen in Form symbolischer Anweisungen generiert. Durch einen neuartigen stichprobenbasierten Ansatz wird eine zeiteffiziente Berechnung möglicher Demontageräume erlaubt. Damit eine zielgerichtete Akquirierung relevanter Sensordaten ermöglicht werden kann, wird ein Algorithmus vorgestellt, der mittels aufgabenabhängiger Metriken die Kombination von Kartenexploration und Objekterkennung in einer geeigneten Sensorpose zulässt. Zur Planung einer Bewegungsbahn, für die Ausführung der einzelnen Manipulationsaufgaben, werden, dem Stand der Technik gemäß, bekannte globale Bahnplanungsverfahren verwendet. Jedoch wird eine Vorverarbeitungsstrategie vorgeschlagen, die auf Grundlage einer adaptiven Schrittweitensteuerung eine deutliche Reduktion des Planungsraums zulässt, wodurch eine niedrigere Planungszeit bei höherer Erfolgsrate in der Lösungsfindung erzielt wird. Die aus der Planung generierte Beschreibung wird weitergehend in ein Anwenderprogramm umgesetzt. Hierzu wird ausgehend von einer allgemeinen Dekompositionsvorschrift die Generierung elementarer Roboterkontrollanweisungen erlaubt, welche aufgabenabhängig über propriozeptive oder exterozeptive Regler ausgeführt werden. Die entwickelten Manipulationsfähigkeiten werden in eine Steuerungsarchitektur integriert und ganzheitlich an einem Demonstratorsystem, anhand praxisrelevanter Anwendungsfälle, experimentell validiert.Item Open Access Knowledge-based cost-benefit analysis of robotics for SME-like manufacturing(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2019) Dietz, Thomas; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Robot systems promise high potential for improvement of production processes in small and medium-sized enterprises (SME). Often, reliable data for the assessment of costs and benefits of robot systems is missing, because they are special machinery and because the required information is distributed among component manufacturer, system integrator and end-user. The problem of cost-benefit assessment of industrial robot systems in the face of uncertain and incomplete information is of high relevance for unlocking the potential of robotics in SME-like production environments. In order to solve this problem, methods from business economics and from knowledge management in robotics are combined in a cost-benefit model for robot systems. This cost-benefit model builds on the established PPR-approach, which separates the concerns of product, process and resources. The PPR-approach is expanded with specific cost-relevant aspects. Domain specific costing models, borrowing from activity-based costing (ABC), for product, process, resources and cost information are proposed. These models and the meta-information required for their usage are collected in a knowledge base. The input for the cost-benefit assessment is a description of the current planning status in AutomationML. This information is matched to the information in the knowledge base through reasoning. This allows to automatically build an overall cost-benefit model for the robot system. Missing or inaccurate information causes uncertainties. These uncertainties are modeled using interval arithmetics. The overall cost-benefit model is able to process interval numbers and hence to compute on the uncertain information. The interval representation offers an intuitive description of uncertainties in costs and benefits. An amortization graph allows to intuitively represent the results of the cost-benefit assessment for the entire life-cycle. A test implementation of the cost-benefit assessment method allows an evaluation of its results for two realistic use cases. The resulting costs, benefits, and project planning are plausible and in agreement with real experience. Concluding, the cost-benefit assessment method has high potential to improve decision making in the development of robot systems.Item Open Access Modelle zur aufgabengeführten Produktionsausführung in der wandlungsfähigen Produktion(2013) Hoffmeister, Michael; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Der Produktionssektor in der Europäischen Gemeinschaft steht vor der Aufgabe, immer mehr kundenindividuelle Produkte steigender Komplexität bei gleich bleibenden Beschäftigungszahlen zu produzieren. Wandlungsfähige Produktionssysteme sollen preisgünstige Produkte hoher Qualität herstellen, sich aber auch schnell auf veränderte Gegebenheiten hinsichtlich Produktvarianten, Materialien und Fertigungsprozesse einstellen. Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, diese Veränderungsprozesse und damit die Zeit bis Markteintritt für neue Produktvarianten zu beschleunigen. Dazu wird die Veränderung als Fertigungsaufgabe begriffen, welche gegen das ganze Fertigungssystem gestellt wird und möglichst automatisiert abzuarbeiten ist. Zur Erfüllung dieser Anforderungen wurde ein dezentraler Lösungsansatz gewählt, welcher sowohl notwendige Simulations- und Bewertungsinstrumente als auch die Parametrierung der Prozesse (Ableitung der Kontrollrezepte) auf die einzelnen Fertigungsanlagen verteilt. Produktionsplanung, -ausführung und die Einbindung der Anlagen werden mittels einem durchgängigen Daten- und Qualitätsmanagement verbunden. Ein Synchronisationsverfahren sichert die Aufrüstung des Fertigungssystems auf Basis universeller, modularer und kompatibler Anlagenteile. Die erarbeiteten Konzepte werden durch drei Fallbeispiele aus Automobilbau, Luftfahrzeugbau und Elektroindustrie validiert. Eine beschleunigte Planung und Simulation neuer Produktvarianten, eine überlappende Produktion dieser Varianten und Operationen- und Routing-Flexibilität wird nachgewiesen. Die Rekonfigurierbarkeit der Gesamtsysteme und eine umfassende Qualitätserfassung werden demonstriert.Item Open Access Ein gekoppeltes Materialflussmodell zur durchgängigen Entwicklungsunterstützung von Materialflusssteuerungen(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2017) Hoher, Simon; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult.)Innerbetriebliche Materialflusssysteme beeinflussen unmittelbar die Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens. Die Anforderungen an die Materialflusssteuerung haben zugleich ein hohes Ausmaß an Komplexität erreicht. Die Eintrittswahrscheinlichkeit und das Schadensausmaß von Ausfällen der Steuerungstechnik durch Softwarefehler stellen ein dominierendes Problem im innerbetrieblichen Materialfluss dar. Deshalb werden je nach Entwicklungsphase und Zielsetzung neue individuelle und problemspezifische Materialflusssimulationen entworfen, um die Entwicklung des innerbetrieblichen Materialflusssystems abzusichern. Die Kosten, die aufgrund des zusätzlichen Zeitaufwandes für die Erstellung der Simulation entstehen, und diejenigen für die Simulationssoftware amortisieren sich schon nach dem einmaligen Einsatz. Dennoch ist die Erstellung der individuellen und problemspezifischen Simulationen in den Entwicklungsphasen immer noch sehr zeitaufwändig. Für jede Modellerstellung wird speziell ausgebildetes Fachpersonal benötigt. Ferner können die jeweiligen Simulationsergebnisse nicht direkt für die Entwicklungsunterstützung von Materialflusssteuerungen verwendet werden. Die Modellvalidität - also die Richtigkeit der Simulation für den Einsatzzweck - geht zwischen den jeweiligen Simulationsläufen in den Entwicklungsphasen wegen der neu erstellten Modelle verloren und muss jedes Mal erneut nachgewiesen werden. Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, die unterschiedlichen Materialflussmodelle in einem Materialflussmodell zu koppeln. Die Entwicklung der Materialflusssteuerung kann dann mit einem einzigen Simulationsmodell und gezielten Simulationsläufen unterstützt werden. Dadurch reduziert sich der Modellerstellungsaufwand erheblich. Außerdem können doppelte Schritte bei der Modellerstellung vermieden werden und die Modellvalidität für bereits erstellte Modelle bleibt erhalten.Item Open Access Semantische Wiki-Systeme in der wandlungsfähigen Produktion(2014) Zapp, Matthias; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult.)Europäische Produktionsunternehmen nehmen weltweit eine führende Rolle bei der Herstellung von qualitativ hochwertigen und an Kundenanforderungen angepassten Gütern ein. Zur Erhaltung und zum Ausbau ihrer Wettbewerbsfähigkeit müssen diese Unternehmen die Attraktivität ihres Angebots und ihre Reaktionsfähigkeit auf die sich immer schneller ändernden Anforderungen und Markbedingungen kontinuierlich verbessern. Hierzu müssen die eingesetzten Produktionssysteme, als soziotechnische Gesamtsysteme, über Wandlungsfähigkeit verfügen. Dies verlangt, zum einen, nach flexiblen und rekonfigurierbaren Maschinen in der Produktion und, zum anderen, nach leistungsfähigen und flexibel einsetzbaren Mitarbeitern. Diese benötigen für die Lösung von immer komplexeren und schneller wechselnden Aufgabenstellungen ein gestiegenes Maß an Daten, Informationen und Wissen, welches in unterschiedlichen Kontexten anwendbar ist. Als Folge steigt die Bedeutung von Methoden und Werkzeugen zur Verbesserungdes Wissensmanagements in produzierenden Unternehmen. Am Markt existiert bereits eine Vielzahl von IT-Werkzeugen zum Wissensmanagement, die jedoch in der Produktion und insbesondere in KMU auf Grund ihrer fehlenden Flexibilität und Anpassbarkeit sowie wegen ihres hohen Ressourcenbedarfs nicht verbreitet sind. Für die Verbesserung des Wissensmanagements der Mitarbeiter in der Produktion sind Systeme zu entwickeln, welche die spezifischen Anforderungen in wandlungsfähigen Produktionssystemen und in KMU erfüllen. Das in dieser Arbeit vorgestellte Lösungskonzept stellt einen Bauplan und einen Leitfaden für die Entwicklung organisationsspezifischer semantischer Wissensmanagementsysteme in wandlungsfähigen Produktionssystemen bei KMU dar. Die Systemarchitektur beschreibt die Systemkomponenten des Wissensmanagementsystems und ordnet diese anhand von drei funktionalen Ebenen an. In der Präsentations- und Anwendungsebene wird ein Semantisches Wiki-System eingesetzt. Dieses ermöglicht denMitarbeitern die flexible Erfassung, die semantische Verknüpfung und die Anfrage von heterogenen Informationsobjekten. Für die Unterstützung komplexerer Arbeitsabläufe können zudem Anwendungsmodule als Web-Anwendungen entwickelt und in das Wiki-System integriert werden. Die mit der Präsentations- und Anwendungsebene verbundene Integrations- und Auswertungsebene umfasst eine semantische Middleware, welche alle im System vorhandenen Informations- und Datenobjekte verknüpft und auswertet. Das System verwendet hierfür ein Wissensmodell. Dieses wird als Ontologie implementiert und umfasst die Metadaten der Systemdomäne, deren semantische Verknüpfungen sowie formalisiertes maschinenverständliches Expertenwissen in Form von Regeln. Die Extraktions- und Aggregationsebene als dritte Systemebene besteht aus verteilten semantischen Datenadaptern zur Übertragung und zur semantischen Annotation von Datenobjekten wie Rezepten und Reports aus den Informationssystemen in der Produktion. Das indieser Arbeit entwickelte Lösungskonzept wurde anhand von zwei praktischen Fallbeispielen erprobt. Zusätzlich wurde das Lösungskonzept anhand von Anforderungen bewertet, die in Wissenschaft und Praxis diskutiert werden. Als Ergebnis ist festzuhalten, dass die in dieser Arbeit entwickelte Systemarchitektur die Anforderungen in wandlungsfähigen Produktionssystemen bei KMU erfüllt. Insbesondere ist das System flexibel, durch Mitarbeiter in der Produktion anpassbar und hiermit für den Einsatz in turbulentem Umfeld geeignet. Für die Erfassung großer und komplexer Datenmengen aus der Produktions-IT ist das System jedoch in seiner hier vorgestellten Form nicht ausgelegt. Das komplementäre Vorgehensmodell benennt die notwendigen Aktivitäten für die Anwendung des Systemkonzeptes in produzierenden KMU. Hierbei stehen die Anpassung des erweiterbaren Wissensmodells und die Anwendung des semantischen Schnittstellenmoduls im Fokus. Die im Vorgehensmodell referenzierten Methoden und Werkzeugesind für die Anwendung in KMU besonders geeignet und ermöglichen die Entwicklung und Nutzung des Systems mit geringem Ressourcenaufwand.Item Open Access Entwicklung einer Methodik zur Planung von Arbeitssystemen in Mensch-Roboter-Kooperation(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2018) Schröter, Daniel; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Eine hybride Automatisierung mit einer direkten Kooperation von Mensch und Roboter bietet im Vergleich zu konventionellen Produktionslösungen Verbesserungspotential hinsichtlich Ergonomie, Flexibilität und Kosten. Obwohl technische Lösungen zur Umsetzung von hybriden Arbeitssystemen bestehen, wurden bisher nur wenige Applikationen in der industriellen Serienfertigung umgesetzt. Neben mangelnder praktischer Erfahrung mit dieser neuen Technologie ist ein wesentlicher Grund hierfür, dass in bestehenden Methoden der Montageplanung Mensch-Roboter- Kooperation nur unzureichend berücksichtigt wird. Diese Arbeit stellt eine Methodik zur Planung von Arbeitssystemen in Mensch-Roboter-Kooperation vor. Basierend auf bestehenden Forschungsarbeiten wird ein Konzept zur fähigkeitsorientierten Zuordnung von Montagetätigkeiten entwickelt, das darüber hinaus die Identifikation von Montageschritten mit einer hohen Eignung für eine Kooperation von Mensch und Roboter ermöglicht. Die Umsetzung einer Applikation mit einer direkten Interaktion zwischen Mensch und Roboter erfordert spezielle Sicherheitskonzepte, die unmittelbare Auswirkungen auf die Produktivität des Arbeitssystems haben. Auf Basis aktueller Normen werden formelbasierte Zusammenhänge aufgestellt, um die maximal zulässige Geschwindigkeit von Roboterbewegungen und den Mindestabstand zu Gefahrenstellen zu berechnen. Weiterhin werden Prozessbausteine zur Beschreibung roboterbasierter Montagevorgänge definiert, die eine direkte Berechnung von Sollzeiten ermöglichen. In Kombination mit bestehenden Prozessbausteinsystemen zur Planung manueller Arbeitsvorgänge ist es möglich, Arbeitsabläufe von Mensch und Roboter in einer gemeinsamen Prozesssprache zu beschreiben und aufeinander abzustimmen. Abschließend wird die Methodik in ein softwarebasiertes Planungswerkzeug umgesetzt und anhand von zwei Anwendungsbeispielen aus der Automobilproduktion validiert.