ūüďĆ Integration industrieller Prozesse mit Fischertechnik-Demonstrator
IoT & Industry 4.0

Fischertechnik-Demonstrator veranschaulicht Integration industrieller Prozesse

| | SEEBURGER AG
Fischertechnik-Demonstrator veranschaulicht Integration industrieller Prozesse

Im Gegensatz zu den meisten anderen Anwendungen hat Software zur Datenintegration oft keine intuitiv verst√§ndliche Oberfl√§che, sondern verrichtet weitgehend unsichtbar im Hintergrund ihre Aufgaben. Was f√ľr Experten zwar kein Problem darstellt, f√ľhrt dennoch dazu, dass Personen, die keine solchen sind, schwerer Zugang zur Thematik finden. Bei der Integration industrieller Prozesse k√∂nnen Demonstratoren auf Basis von Fischertechnik oder Lego komplexe und abstrakte Konzepte vereinfacht veranschaulichen und sogar haptisch erfahrbar machen. Daraus ergeben sich mehrere interessante Vorteile, die in diesem Blog n√§her erl√§utert werden sollen.

Forschungsprojekt KoKoMo

Zum Einsatz kam dieser Ansatz auch im Forschungsprojekt KoKoMo, dessen Ergebnisse in einer Reihe von SEEBURGER Blog-Beiträgen vorgestellt wurden, die mit diesem Beitrag ihren Abschluss findet.

Demonstrator f√ľr kollaborative Montage

Besonders bei der kollaborativen Montage spielt die Mensch-Maschine-Schnittstelle eine besondere Rolle, sowohl im Hinblick auf die Hardware, als auch auf die Software. Mit einem vereinfachten Fischertechnik-Modell (siehe Abbildung 1) k√∂nnen elementare Bestandteile der Mensch-Roboter-Kollaboration anschaulich gezeigt werden. Der 2-Achs-Roboter mit pneumatischem Greifer kann Werkst√ľcke (gelbe Zylinder) aus einem Vorrat zum Arbeitsplatz holen, sie w√§hrend der Bearbeitung durch den Werker festhalten und anschlie√üend zur√ľcklegen. Einige Lichtschranken zur Lokalisierung der Werkst√ľcke dienen als zu integrierende Sensoren. Die Schnittstelle zwischen Roboter und Werker ist auf ein Minimum reduziert und besteht aus einer Ampel, die den Zustand des Roboters anzeigt und einem Taster, mit dem der Werker das Ende seines Bearbeitungsschrittes quittiert. Gesteuert wird die Mini-Anlage von zwei Fischertechnik Robotics TXT Controllern, die hier die Rolle einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) (engl. Programmable Logic Controller, PLC) wie in einer echten industriellen Anlage √ľbernehmen.

Elementare Bestandteile der Mensch-Roboter-Kollaboration mit einem vereinfachten Fischertechnik-Modell
Abbildung 1: Elementare Bestandteile der Mensch-Roboter-Kollaboration mit einem vereinfachten Fischertechnik-Modell

Integrations-Software auf OPC UA-Basis

Die Controller (siehe Abbildung 2) haben zahlreiche Schnittstellen einschlie√ülich Bluetooth und Infrarot und auch die weitgehend offene Struktur des Systems auf Linux-Basis er√∂ffnet viele M√∂glichkeiten. Da das Ziel des Aufbaus jedoch die Erprobung tats√§chlicher industrieller Protokolle war, ist zus√§tzlich noch ein Raspberry Pi angebunden, der in Python geschriebene Roboterprogramme in Verbindung mit der Bibliothek „ftrobopy“ auf den Fischertechnik Robotics TXT Controllern zur Ausf√ľhrung bringen kann.

Controller mit zahlreichen Schnittstellen einschließlich Bluetooth und Infrarot
Abbildung 2: Controller mit zahlreichen Schnittstellen einschließlich Bluetooth und Infrarot

Zentraler Bestandteil der Integrationsl√∂sung ist ein dazu auf Basis des Eclipse-Projekts Milo implementierter OPC-UA-Server. Im Ergebnis l√§sst sich die gesamte Miniatur-Anlage √ľber OPC UA ansprechen und die Vorteile dieses Standards einschlie√ülich der darin integrierten Sicherheitsmerkmale nutzen. Damit ist einerseits die l√ľckenlose Anbindung an den Manufacturing Integration Bus garantiert, andererseits kann ein Monitoring direkt auf der Verbindung zum OPC UA-Server aufgebaut werden. Der Video-Stream der an der Fischertechnik-Anlage angebrachten Kamera kann ebenfalls zu Monitoring-Zwecken verwendet werden. Abbildung 3 gibt einen √úberblick √ľber die einfache Informationsarchitektur der Miniatur-Anlage.

Informationsarchitektur der Miniatur-Anlage f√ľr die kollaborative Montage auf Basis von OPC UA
Abbildung 3: Informationsarchitektur der Miniatur-Anlage f√ľr die kollaborative Montage auf Basis von OPC UA

Manufacturing Integration Bus und Monitoring

Mit ihrem OPC UA-Adapter √ľbernimmt die SEEBURGER Business Integration Suite die Rolle des Manufacturing Integration Bus. Aus anderen Systemen im Unternehmen k√∂nnen ganz im Sinne der Industrie-4.0-Idee Arbeitsauftr√§ge an die Anlage gesendet werden. In der anderen Richtung ist eine √úberwachung und Auswertung des gesamten Zustands der Anlage in Nahezu-Echtzeit m√∂glich, indem direkt oder indirekt auf den angebundenen OPC UA-Server zugegriffen wird. Welche M√∂glichkeiten sich dadurch bieten, beschreibt Artikel Industrielle Datenintegration ‚Äď Aggregieruing und Logging industrieller Prozessdaten durch Integration heterogener Datenstr√∂me.

Nutzen und Anwendungsgebiete von Miniatur-Demonstratoren

Je fr√ľher ein technisches Problem bei der Entwicklung einer Anlage bekannt wird, desto geringer ist sein Einfluss auf das Gesamtprojekt. Neben Simulation und anderen Ans√§tzen kann auch der Aufbau von Miniatur-Demonstratoren wie dem hier vorgestellten dazu einen Beitrag leisten. Auch der Einsatz im Rahmen von Messen oder bei √§hnlichen Gelegenheiten ist naheliegend. Von besonderem Interesse sind jedoch die M√∂glichkeiten in der Aus- und Weiterbildung, nicht nur im Studium oder f√ľr spezielle Trainings im Unternehmen. Vor dem Hintergrund von rund 80.000 offenen Ingenieurstellen in Deutschland k√∂nnen der Einsatz von Fischertechnik und Lego Robotik-Systemen Kinder und Jugendliche f√ľr Technik begeistern und letztlich auch einen ersten Zugang zu Fragen der Programmierung und Software-Entwicklung darstellen.

Übrigens: Der 12-jährige Sohn des Autors hat einen nicht unerheblichen Beitrag bei der iterativen Entwicklung des Fischertechnik-Demonstrators geleistet und dabei einigen Spaß gehabt.

Weitere Informationen

d1g1tal AGENDA No. 10 2019/2, Seite 18-21: Automatisierung, Steuerung und Industrie 4.0 entdecken in 9V und 24V

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Marcus Schneider

√úber den Autor:

Dr.-Ing. Marcus Schneider arbeitet im SEEBURGER Research an der Integration der umfangreichen Datenstr√∂me im Bereich IoT und Industrie 4.0 vom Shop Floor bis zum Top Floor, insbesondere auf Basis moderner Standards wie OPC UA. Er promovierte am Karlsruher Institut f√ľr Technologie (KIT) √ľber das Informationsmanagement bei der kollaborativen Montage variantenreicher Produkte. Als Projektleiter im durch das BMBF gef√∂rderten Projekt KoKoMo (Kompetenz Kollaborative Montage) besch√§ftigte er sich mit der prototypischen Umsetzung von Integrationsl√∂sungen in mehreren Anwendungsf√§llen der Industriepartner auf Basis der SEEBURGER Business Integration Suite.