Forschungs- und Entwicklungsprojekte

Was ist WaPro

Wandlungsfähige Unternehmen, welche agil gegenüber Störungen in den Wertschöpfungs- netzen und ihren Produktionssystemen reagieren können, sind ein Schlüssel für eine krisenfeste Wirtschaft. Sächsische Unternehmen müssen künftig in die Lage versetzt werden, risikobehaftete Veränderungen rechtzeitig zu erkennen und diese zu bewerten. Ihre Produktionssysteme müssen in der Lage sein, auf diese Veränderungen flexibel und agil zu reagieren. 

Zur Erreichung der Wandlungsfähigkeit eines Produktionssystems werden in der Literatur fünf Wandlungsbefähiger (Universalität, Mobilität, Skalierbarkeit, Modularität und Kompatibilität) vorgeschlagen. Es gilt, diese Befähiger hinsichtlich ihrer Operationalisierbarkeit für Produktionssysteme von sächsischen KMUs zu untersuchen und geeignete Methoden für die Implementierung der Wandlungsfähigkeit abzuleiten. Die REACT-Forschungsgruppe "WaPro - Wandlungsfähige Produktionsumgebungen" verfolgt dabei einen ganzheitlichen Forschungsansatz, welcher die Wandlungsfähigkeit zur Erreichung aus den Perspektiven Mensch, Technik und Organisation miteinander verbindet. Hierfür wird die Auswirkung des digitalen Wandels auf sozio-technische Produktionssysteme in produzierenden KMUs erforscht. Dabei qualifiziert die Forschungsgruppe künftigen Fachkräfte für die sächsische Wissenschaft und Wirtschaft zur Erforschung und Gestaltung von wandlungsfähigen Produktionsumgebungen als sozio-technische Systeme, welche zur Vorbereitung einer grünen, digitalen und stabilen Erholung der Wirtschaft beitragen. 

Das Ziel

WaPro hat das Ziel, den wissenschaftlichen Nachwuchs zur Entwicklung von Konzepten für die Wiederherstellung und Weiterentwicklung einer stabilen, digitalen und grünen sächsischen Wirtschaft zu qualifizieren. Durch die Forschungsgruppe werden neue Konzepte für die Realisierung wandlungsfähiger Produktionssysteme für die diskrete Fertigung in einem interdisziplinären Ansatz erforscht. Mit den Projektergebnissen wird die Innovationskraft des Freistaates Sachsen im Bereich wandlungsfähiger KMUs gestärkt. Hierfür vernetzt die forschungsgruppe die Disziplinen Informatik, Wirtschaftsinformatik, Wirtschaftsingenieurwesen, Betriebswirtschaftslehre, Medieninformatik und Arbeitswissenschaften miteinander.

Abgeleitet aus den Kernzielen ”stabil, grün und digital” werden durch die Nachwuchswissenschaftler die Wandlungsbefähiger Universalität, Mobilität, Skalierbarkeit, Modularität und Kompatibilität hinsichtlich ihrer Eignung zur operativen Umsetzung der Ziele auf den vier Ebenen zwischenbetrieblicher Zusammenarbeit (Vernetzte Wertschöpfung), Fabrikplanung, Maschine/Anlage und Mensch-Technik-Schnittstelle untersucht. Ein wesentlicher Fokus liegt dabei auf der Operationalisierbarkeit der Befähiger für produzierende, sächsische KMU.

Auf der inhaltlich, methodischen Seite ist es das Ziel, Synergien durch die fächerübergreifende Zusammenarbeit zwischen den einzelnen Teildisziplinen zu generieren und die Nachwuchswissenschaftler für die fächer- und methodenübergreifende Zusammenarbeit sowie für die Schaffung von innovativen Lösungen für wandlungsfähige Produktionssysteme zu sensibilisieren und zu motivieren.

Werkzeuge für das Engineering von Digitalisierungslösungen

Das Projekt Arrowhead Tools zielt auf Digitalisierungs- und Automatisierungslösungen für die europäische Industrie. Die technologischen Lücken, die eine IT/OT-Integration behindern, sollen durch Einführung neuer Technologien in einer Open Source Plattform für Design und Laufzeit Engineering von IoT Systemen geschlossen werden. Das Teilvorhaben der HTW Dresden umfasst die Realisierung von Use Cases für die Interoperabilität zwischen sicheren SMART Industrieanwendungen. Aufgabenbereiche umfassen inhaltlich die Unterstützung der Produktion, die Energieeffizienz, das Aufgabenmanagement, die Datenanalytik und smarte Wartung/Instandhaltung.

Mit dem Projekt „Capabilities-bAsed and Self-Organizing Manufacturing Management" (CASO) soll ein Softwareframework entstehen, dass die Fertigungsplanung und -steuerung einer solchen Smart Factory mittels einer kombinierten zentralen und dezentralen Planung unterstützt und die sichere Anbindung von Fertigungskapazitäten von Auftragsfertigern ermöglicht. Das Projekt untersucht die Kombination von Selbstorganisation und zentraler Produktionsplanung in einer Smart Factory, die Möglichkeit zur Beschreibung von Maschinen mittels semantischer Modelle, die darauf basierende dynamisch Generierung von Anlagenrezepten sowie die digitale Absicherung von Rezeptdaten zum Schutz vor Produktfälschungen und dem Schutz von geistigem Eigentum bei Fremdfertigung. Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit den Praxispartnern: adidas AG, TecWare Gesellschaft für Softwareentwicklung mbH, DUALIS GmbH IT Solution, Tobias Prometall GmbH & Co. KG und Carl Zeiss Innovationszentrum für Messtechnik GmbH durchgeführt.

SmaRTHI steht für Smarte Robotik für zeitflexible, immersive und ortsunabhängige Teamarbeit in Handwerk und Industrie und ist ein gemeinsames Projekt der TU Chemnitz, TU Dresden, HTW Dresden und des Fraunhofer IWU gewesen im Rahmen der Zukunftscluster-Initiative (Clusters4Future) des Bundesforschungsministeriums. Das Ziel: Menschen und Roboter arbeiten enger zusammen, um die Wettbewerbsfähigkeit von Handwerk und Industrie zu steigern. Die Vision des Zukunftsclusters SmaRTHI ist es, dass Menschen und Roboter zukünftig als sich optimal ergänzende zeitflexible und ortsunabhängig Teams zusammenarbeiten. So können bessere Arbeitsbedingungen geschaffen werden, der Mensch bei seinen manuellen Tätigkeiten geschützt, die Teilhabe am Arbeitsmarkt demokratisiert werden und auch dem Fachkräftemangel im Handwerk soll mit den neuen Technologien etwas entgegensetzt werden. Gleichzeitig werden die Fabriken und Betriebe effizienter, flexibler und resilienter. Im Ergebnis kann der gesamtgesellschaftliche Wohlstand gesteigert werden. SmaRTHI baut ein Ökosystem auf, in dem neuartige Technologien erforscht, entwickelt und industrialisiert werden. Der Digitalisierung als verbindendes Element wird verstärkt zu einer wertschöpfenden Wirkung in physischen Prozessen verholfen.

Aktuelle Informationen zum Forschungsverbund finden Sie hier im Web: https://www.smarthi.de/

Intelligente Automatisierung des Reifenmontageprozesses

Motivation und Zielstellung

Ziel des Projektes ist es, durch smarte Automatisierung des Reifenmontageprozesses eine kontinuierlich hohe Qualität zu sichern, die Quantität zu steigern und somit die Kundenzufriedenheit zu erhöhen. Hierfür entwickelt das Projekt Funktionsmuster und Demonstratoren, welche eine Automatisierung des Montageprozesses unter Nutzung bereits heute in der Montage genutzter Anlagen ermöglichen. Diese Anlagen werden im Sinne eines Retrofit-Ansatzes um Sensoren und Aktoren erweitert. Mit einer solchen Anlage werden die körperlich schweren Arbeiten von den Mitarbeitern auf den Montageautomaten verlagert und sehr hohe, gleichbleibende Qualität sowie höherer Durchsatz möglich.

Teilprojekt: Softwaresysteme und Testumgebung für die RFID-Sensortag-Plattform

In RISE4PM werden neue Methoden für die Nutzung von drahtlosen RFID-Sensorsystemen zur Realisierung von Industrie 4.0-Anwendungsfällen untersucht. Hierfür sollen neue Ansätze in Form von Cyber-Physischen-Systemen für die Produktion erforscht und entwickelt werden. Im Ergebnis entsteht ein holistisches Framework eines Cyber-Physischen-Production-Systems (CPPS) aus Hard- und Softwarekomponenten, welches industrielle Anwender in die Lage versetzt, typische Messaufgaben für Industrie 4.0-Anwendungsfälle einem Plug-and-Work-Ansatz folgend unter Nutzung von RFID-Technologien, effizient zu realisieren.

Transferzentrum Funktionsintegration für die Mikro­/Nanoelektronik - Teilprojekt SimiKom - Systemintegration miniaturisierter Komponenten für strukturintegrierte, drahtlose Sensorik im Maschinenbau

In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IPMS entwickelt die HTW Dresden unter Nutzung der in SimiKom entwickelten Technologien einen drahtlosen Datenlogger mit einer RFID-Sensorik-Schnittstelle, welcher sich nahtlos in den Materialfluss in einem Fertigungssystem (z.B. durch Anbringen am Bauteil oder als separaten „Auftrags“ im System). Das Projekt entwickelt und erprobt hierfür neue Softwarearchitekturen zur effizienten Erfassung und Verarbeitung von Sensordaten. Ein weiterer Arbeitsschwerpunkt liegt auf der Entwicklung einer Verwaltungsschale für den Datenlogger und das Gesamtsystem für eine nahtlose Integration in betriebliche Informationssysteme und industrielle Steuerungen.

Moderne Lehre braucht einen zeit- und ortsunabhängigen Zugang zu Lernressourcen und -inhalten. Aktuell sind diese Lernumgebungen primär auf digitale Inhalte und Formate beschränkt. Mit dem Projekt „Ubiquitous learning environment for cyber physical systems" (ULE4CPS) wurden neue Formen der Interaktion beim Lehren und Lernen an Cyber-Physischen-Systemen (CPS) ermöglicht. CPS sind Systeme, bei denen informations- und softwaretechnische mit elektronischen und mechanischen Komponenten verbunden sind. Während in der Praxis die Arbeit mit digitalen Zwillingen und virtueller Inbetriebnahme zunehmend an Bedeutung gewinnt, existieren kaum Arbeiten, welche diese Konzepte für die Anwendung in die Hochschulbildung übertragen. Das Projekt soll, zusätzlich zur Präsenzlehre für Lernende, zu jeder Zeit und an jedem Ort den Zugang zu komplexen technischen Systemen ermöglichen. Ziel war die Schaffung einer Lern- und Experimentierumgebung, mit der zeit- und ortsunabhängig die mentale und physische Immersion in komplexe informationstechnische und physische Systeme ermöglicht wurden.

Das Projekt ULE4CPS wurde im Rahmen der Jubiläumsinitiative "Wirkung hoch 100" des Stifterverbandes, als eine der 100 herausragendsten Ideen für bessere Bildung, Wissenschaft und Innovation gefördert. 

Zur individuellen Ermittlung des digitalen Status eines Unternehmens
(digitaler Reifegrad) wurde im Rahmen des Projektes "DigiLotse" das
gleichnamige Selbstbewertungstool entwickelt. Dieses Tool bietet
neben der Einschätzung des digitalen Reifegrades auch passende,
zielorientierte Handlungsempfehlungen, die durch konzipierte
Demonstratoren und Erklärungen veranschaulicht werden. Dadurch
soll Unternehmen der Einstieg in die Digitalisierung erleichtert werden. 
Mehr Informationen zum DigiLotsen und den Zugang zum Tool finden Sie hier.

Motivation

Moderne Produktionsanlagen sind heutzutage ohne Roboter nicht mehr denkbar. Durch eine hohe Zuverlässigkeit, geringe Ausfallzeiten und das Arbeiten in Gefahrenbereichen sind Roboter der Garant dafür schnelle Produktion in hohen Stückzahlen zu ermöglichen. Robotern wird dabei nachgesagt, sie würden Arbeitsplätze vernichten. Die Praxis zeigt jedoch, dass das nicht der Fall ist. Vielmehr schaffen sie Arbeitsplätze. Ohnehin ist aktuell der Trend erkennbar, dass Produktionsprozesse im Zuge der Digitalisierung der Industrie sehr viel individueller werden. Roboter können mit diesen häufigen Änderungen bisher nicht umgehen und müssen deshalb ständig neu programmiert werden. Der dadurch entstehende Implementierungsprozess ist sehr komplex, teuer und langwierig. Aktuelle Marktzahlen belegen, dass ca. 56% der Kosten bei der Automatisierung einer bisher manuell ausgeführten Tätigkeit durch die Umsetzung der notwendigen Software entstehen. Die Kosten für die Automatisierung können so auf ein Maß ansteigen, in dem sich diese nicht mehr lohnt.

Vor allem die Anpassungsfähigkeit von Menschen und deren Fähigkeit zur kreativen Problemlösung sind für heutige Produktionsanlagen unverzichtbar. Roboter sollten vielmehr dafür eingesetzt werden die Arbeit von Menschen zu erleichtern. So können diese den Teil der Arbeit erledigen, der besonders schwer, gefährlich oder monoton ist. Dazu müssen Roboter in die Lage versetzt werden schnell und adaptiv mit Menschen zu kollaborieren. Sogenannte Cobots sind genau dazu im Stande. Der Vorteil einer Kollaboration ist, dass Übergaben zwischen manuellen und automatisierten Produktionsschritten direkt ausgeführt werden können und unter Umständen auch kollaborative Manipulationen möglich sind. Der Bereich der Mensch/Roboter Kollaboration wird aktuell noch weitestgehend unbeachtet. Die Umsetzung und Etablierung dieser Schlüsseltechnologie würde die hiesigen Unternehmen auf dem internationalen Markt wettbewerbsfähig halten und auf diese Weise nachhaltig Arbeitsplätze sichern.

Zielstellung

Im Rahmen des Projektes soll ein Demonstrator entwickelt und in die Industrie 4.0 Modellfabrik integriert werden, welcher die Zusammenarbeit zwischen einem Cobot und einem Menschen an einem Handarbeitsplatz ermöglicht. Um dem hohen Kosten- und Zeitfaktor bei der Roboterprogrammierung entgegenzuwirken, wird die Lösung des Konsortialführers Wandelbots GmbH genutzt, mit der Nicht-Programmierer mit Hilfe intelligenter Kleidung und Gestenerkennung in die Lage versetzt werden Industrieroboter anzulernen, ohne dabei Programmcode schreiben zu müssen. Dabei soll die technische Integration der Sensorkleidung, der Cobot-Steuerung und der RTLS mit einem Fertigungssteuerungssystem entwickelt und erprobt werden. Im Ergebnis entsteht ein Demonstrator, welcher im Zusammenspiel aus Sensorinformationen aus der Kleidung, den Informationen aus den RTLS und den jeweiligen Auftragsinformationen aus dem Fertigungssteuerungssystem eine optimale und auf den jeweiligen Werker individuell angepasste Unterstützung durch den Cobot an einem Handarbeitsplatz ermöglicht. Durch die Integration in den Smart Systems Hub Dresden kann der Demonstrator in vielerlei Hinsicht weiterverwendet werden. Vorranging kann er als Blaupause für andere lokale Unternehmen dienen und demonstrieren wie kollaborative Robotikanwendungen in Produktionsanlagen gestaltet, geplant und kostengünstig umgesetzt werden können.

Durch die rasante Verbreitung im Alltag und die große Akzeptanz bei den Nutzern werden digitale Assistenten zu einem allgegenwärtigen Teil unseres Lebens. Der Erfolg der intelligenten Assistenten ist auf das intuitive Benutzerinterface zurückzuführen. Die Sprache ist als natürlichste Kommunikationsform zwischen Mensch und Maschine zu betrachten. Das Sprachinterface erlaubt eine beiläufige und einfache Nutzung von Geräten auch für unerfahrene und wenig technikaffine Nutzer. Aufgrund der Komplexität der natürlichen Sprache wurden sprachbasierte Assistenzsysteme zur Steuerung und Kommunikation in der Fertigung bisher nicht eingesetzt. Zielsetzung des Debuti Projektes ist die Recherche zum aktuellen Stand von sprachgesteuerten Assistenzsystemen in der Fertigung, die Konzipierung und Umsetzung eines Demonstrators zur Kontrolle eines Roboters durch einen sprachgesteuerten Assistenten sowie die Vorbereitung eines Forschungsvorhabens für den Einsatz von digitalen, sprachgesteuerten Assistenzsystemen in der Fertigung.