Virtuelle Fabrik 4.0

  • 02. December 2013

Bei intelligenten, industriellen Prozessen müssen reale und virtuelle Welt zukünftig noch besser verzahnt werden.

Industriebetrieben stehen große Änderungen bevor: Kunden fragen immer individuellere und unterschiedlichere Produkte nach. Die Hersteller erleben eine vierte industrielle Revolution: Nach Wasser- und Dampfkraft, elektrischer Energie sowie Elektronik und Informationstechnologie zieht nun vernetzte Sensorik und Simulation in die Fabrikhallen ein: Die Produkte der Zukunft wissen jederzeit, wo sie sind, kennen ihre Historie, ihren aktuellen Zustand und die Produktionsschritte, die ihnen zum fertigen Produkt noch fehlen. Damit das gelingt, müssen sich reale und virtuelle Welt noch enger verzahnen.

virtuelle Fabrik

Abb.: Auf dem Weg zur vierten industriellen Revolution: Die Miniaturfabrik von Fraunhofer verbindet die reale mit der virtuellen Welt (kleines Motiv rechts unten; Bild: Fh. IGD).

Auf der Messe EuroMold zeigen Forscher des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD, wie sich diese Kluft überbrücken lässt. Dazu haben die Wissenschaftler eine Miniaturfabrik gebaut – unter anderem mit einem kleinen Roboter, der Tonnen versetzt. Die Forscher beobachten die Abläufe des Modells mit einer Kamera. Sie nimmt zehn Bilder pro Sekunde auf und erfasst kontinuierlich den Status der realen Welt. Diesen überträgt sie dann ins Virtuelle.

So ist es etwa möglich, die Fahrbahn eines Gabelstaplers zu planen: Während sich dieser virtuell durch die digitalisierte Fabrikhalle bewegt, analysiert das System, wo und wann es zu einer Kollision zwischen ihm und einem realen Roboter kommt. Das System erkennt auch, wenn neue Hindernisse in der Miniaturfabrik auftauchen. „Dies ist der erste Schritt in Richtung Cyber-physische Äquivalenz. Einem Zustand, indem man beliebig zwischen realer und virtueller Welt hin und her wechseln kann“, sagt André Stork, Abteilungsleiter am Fraunhofer-IGD.

Cyber-physische Äquivalenz, Industrie 4.0 – was verbirgt sich genau hinter diesen Bezeichnungen? „Während die Herstellungsprozesse heute zentral ausgerichtet sind, soll zukünftig jedes Objekt mit künstlicher Intelligenz ausgestattet sein – sei es Maschine, Anlage, Werkstück und Werkzeug“, erläutert Uwe Freiherr von Lukas vom Rostocker Standort des Fraunhofer-Instituts. Im Alltag hieße das: Maschinen und Roboter tauschen gegenseitig Informationen aus, treffen eigene Entscheidungen und steuern sich selbst – alles in Kooperation mit den beteiligten Menschen.

Diese neue Industrie soll Deutschland und Europa ihre Rolle als Industriestandort sichern. Denn während Asien bei der Massenproduktion die Nase vorne hat, liegt Europas Zukunft in der Produktion von Einzelstücken und Kleinserien. Genau das soll die flexible Industrie 4.0 ermöglichen: Produktionslinien werden schnell umgestaltet und angepasst, dass sich auch Kleinserien und individuelle Produkte rentabel fertigen lassen. Bislang nutzen Betriebe lediglich den umgekehrten Weg: Sie planen und optimieren die Produktionsstraßen im Computer und übertragen sie ins Reale. Der Weg zurück wird nicht oder nur selten beschritten. Ändert sich etwas im Produktionsablauf, überträgt man das nur in Einzelfällen in die virtuelle Anlage.

Fh.-IGD / AH

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