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ForschungsprojekteForschungsprojekteKurzinformationen über laufende Forschungs- und Verbundprojekte
1. EsIMiPEffiziente und sichere Interaktion von Menschen und intelligenten Produktionsanlagen Projektpartner
Projektinhalt An industrielle Produktionsanlagen werden vom Anlagenbetreiber in zunehmenden Maße Anforderungen an größere Wirtschaftlichkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit durch flexible und adaptiv rekonfigurierbare Strukturen und Produktionsabläufe gestellt. Aktuelle Entwicklungen im Kontext „intelligenter“ Produktionsanlagen zielen besonders auf die Art von Automatisierung, bei der die Anlage veränderte Randbedingungen, wie Störungen im nominellen Ablauf, veränderte Eigenschaften von Rohmaterialien, variable Produktspezifikationen oder veränderliche Interaktionen mit menschlichen Bedienern messtechnisch erfassen und den weiteren Produktionsvorgang selbstständig anpassen kann. Die Anpassungsvorgänge ermöglichen einerseits eine effiziente und kostengünstige Herstellung unterschiedlicher Produktvarianten und Losgrößen bei hoher Zuverlässigkeit. Andererseits führt der Übergang von starren auf adaptive Anlagenstrukturen und Automatisierungskonzepte zu neuen Herausforderungen in Bezug auf die Sicherheit und Verfügbarkeit der Anlage: In solchen intelligenten Produktionssystemen sind nicht mehr sämtliche Abläufe vor Inbetriebnahme explizit vorhersagbar und entsprechend in der Steuerungssoftware enthalten, sondern der zeitliche Verlauf der genannten Randbedingungen zusammen mit den gewählten Adaptionsmechanismen bestimmt das spezifische Verhalten. Im Projekt EsIMiP wird ein Verfahren entwickelt, das optimierte Lösungen für Zuverlässigkeit, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit ermöglicht. Die Berücksichtigung der Auswirkung von menschlichem Verhalten ermöglicht dabei eine hohe Produktivität im operativen Anlagenbetrieb bei gleichzeitig hoher Sicherheit für den in und an der Anlage arbeitenden Menschen. Dieser Effekt wird durch eine Zweiteilung der Steuerarchitektur in die Hauptkomponenten der strategischen Automatisierungskomponente (SAK) und in die operative Automatisierungskomponente (OAK) erreicht. Ein Anwender kann so neben der hohen Produktivität auch den Aufwand für sicherheitstechnische Maßnahmen reduzieren, während ein Hersteller von den Innovationen aus der strategischen Planung durch die SAK profitieren kann. Aus diesem Ansatz folgt außerdem, dass auch nach technischen Änderungen an der SAK kein neuer Sicherheitsnachweis notwendig ist.
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2. AsProMedAssistenzsysteme für die Produktion und für Medizin nahe Anwendungen Projektpartner
Projektinhalt Die demographischen Entwicklungen in Europa besagen eindeutig, dass fast alle europäischen Gesellschaften aufgrund der niedrigen Geburtenraten in den nächsten Jahren und Jahrzehnten weiter altern werden. Das hat auch für das zur Verfügung stehende Personal im Bereich der Produktion weit reichende Konsequenzen: die Anzahl der zur Verfügung stehenden Personen wird abnehmen, das Durchschnittalter des Personals wird weiter steigen und voraussichtlich wird auch die zu leistende Lebensarbeitszeit ansteigen. Um dennoch den möglichen Personenkreis im Produktionssektor zu erweitern, werden Maßnahmen zur Unterstützung des im Produktionsprozess eingesetzten Personals erforderlich. Die Grundidee des Projekts AsProMed ist die Entwicklung von Roboter basierten Assistenzsystemen für verschiedene Bereiche der Produktion und für Medizin nahe Anwendungen. Die Roboter-Assistenten sollen im kollaborierenden Betrieb zusammen mit dem Produktionspersonal eingesetzt werden. Dabei sollen insbesondere auch die folgenden medizinischen Aspekte berücksichtigt werden: Gesunderhaltung von Werkern, Wiedereingliederung von vorgeschädigten Personen und insbesondere auch die Eingliederung von behin-derten Personen in den Arbeitsprozess. In einzelnen werden folgende Zielstellungen be-trachtet: • Roboter basierte Assistenzsysteme zur Prävention von arbeitsbedingten Schädigungen bei im Erwerbsleben stehenden Personen durch Reduzierung der Belastungen von Werkern in Produktionsprozessen, • Roboter basierte Assistenzsysteme zur Rehabilitation von leistungsgewandelten bzw. gesundheitlich vorgeschädigten Personen, damit diese Personen schneller wieder ins Erwerbsleben eingegliedert werden können bzw. länger im Erwerbsleben bleiben können, • Roboter basierte Assistenzsysteme zur Integration von behinderten Personen in das Erwerbsleben, damit diesem Personenkreis ermöglicht wird, aktiv am Erwerbsleben teilzunehmen.
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3. RoboLaSSRobotergeführter Laser zum Schneiden und Schweißen
Projektpartner
Projektinhalt Das Ziel von RoboLaSS ist die Steigerung der Wirtschaftlichkeit und der Flexibilität des Remote-Laserstrahlschneidens und -schweißens im industriellen Einsatz. Ausgangspunkt hierfür sind die Projektergebnisse aus dem Vorgängerprojekt RoFaLas hinsichtlich der Bewegungsführung des Roboters, der Prozessgrundlagen zum Remote-Laserstrahlschweißen sowie der Entwicklung von optischer Systemtechnik zur Remote-Laserstrahlschweißbearbeitung. Die auf den Schweißprozess fokussierten Vorarbeiten in RoFaLas werden in diesem Projekt um den Remote-Laserstrahlschneidprozess erweitert. Dazu werden mit neuen, kommerziell verfügbaren brillanten Faserlaserstrahlquellen die Prozessgrundlagen zum Remote-Laserstrahlschneiden erarbeitet. Diese Untersuchungen ergeben ein umfassendes Pro-zessmodell, welches die Anforderungen für die Erweiterung und die Neuentwicklung von Schneidoptiken und -scannern definiert. Gleichzeitig bildet das Prozessmodell die Eingangsgröße für eine automatisierte Bahnplanung von hochredundanten, kinematischen Bewe-gungssystemen zur Positionierung der Schneidoptik über dem Bauteil. Zur industriellen Um-setzung des Remote-Laserstrahlschneidens werden Optik- und Scannersysteme entwickelt und erprobt, welche eine Verbesserung der Effizienz der Lasermaterialbearbeitung ermöglichen. Zusammen mit den Prozessuntersuchungen zum Remote-Laserstrahlschweißen wird das Anforderungsprofil für die Entwicklung einer produktionstauglichen Systemtechnik zur Kombination der beiden Remote-Verfahren in einer Bearbeitungszelle erarbeitet. Der multifunktionale Einsatz eines brillanten Lasersystems für die beiden unterschiedlichen Fertigungsprozesse stellt eine Herausforderung an die Auswahl und die Einsatzflexibilität der peripheren Einrichtungen wie Strahlweiche, Optik, Sensorik, Robotersystem und Prozesssteuerung dar. Dieses Ziel mit reduzierter Ausrüstung zu erreichen, macht die Verwendung solcher Systemtechnik für KMU wirtschaftlich attraktiv. In Kombination mit neuartigen, brillanten Laserstrahlquellen (Faser- und Scheibenlaser), soll die Remote-Bearbeitung die Lösung zur Erhöhung der Prozesseffizienz, zur Verbesserung der Bearbeitungsqualität und zur Eröffnung neuer Anwendungsfelder für das Laserstrahl-schneiden und -schweißen werden.
Ansprechpartner
4. COSMOSWirtschaftliche adaptive Fertigungslinie basierend auf modularen eigenständigen Ferti-gungszellen
Projektpartner
Projektinhalt Die Herstellung von Windkraftanlagen und die Aeronautik sind zwei Sektoren, in denen Europa heute eine weltweite Spitzenposition innehat. Um diese Wettbewerbsfähigkeit auch für die Zukunft zu erhalten, muss die Produktivität in den relevanten Herstellungsprozessen verbessert werden. Im Industriesektor zur Herstellung von Windkraftanlagen ist die Montage einer der Kernprozesse in der Produktionskette. Die überwiegende Anzahl der Montageoperationen wird heute manuell ausgeführt. Die Hauptnachteile dabei sind ein relativ hoher Grad an Schwankungen im Ergebnis, eine niedrige Prozessstabilität, die Notwendigkeit, bestimmte Aufgaben schon beim ersten Mal korrekt auszuführen und auch die Erzeugung von hohen Nacharbeitsquoten. Trotz der Schwierigkeiten, eine schlanke Produktionsstrategie in diesen Fabriken zu schaffen, gibt es ein enormes Potenzial für Verbesserungen bezüglich Produktivität, Qualitätskosten und Lieferzeiten. Im Allgemeinen ist die Einführung einer Automatisierungsstrategie der Schlüsselfaktor für die Steigerung der Produktivität im genannten Sektor. Trotzdem muss eine solche Strategie sorgfältig analysiert werden, um die erforderliche Flexibilität zu erhalten und um die Realisierungskosten in vertretbarem Rahmen zu halten. In diesem Sinne sind klassische Automati-sierungsstrategien nicht die am besten geeigneten, sondern Automatisierungslösungen mit mittleren Kosten und mit modularer und entwicklungsfähiger Automatisierungsstrategie. Die aktuelle Praxis in den meisten Montageprozessen erfordert eine sorgfältige Inbetriebnahme der Fertigungslinien, der Handhabungsgeräte und der zu fertigenden Komponenten. Jede Montageaufgabe muss individuell geplant und programmiert werden. Dieser enorme Aufwand zur Inbetriebnahme der gesamten Fertigungslinie ist nur bei Produktion in größeren Losgrößen praktikabel. Neben den erforderlichen Planungsaufwänden bzgl. der Genauigkeit müssen die Bauteiltoleranzen auf einem streng kontrollierten Minimum gehalten werden. Der Vorteil dieses Ansatzes liegt darin, dass zusätzliche Sensoren und komplexe und anpassungsfähige Rückkopplungsmethoden nicht unbedingt notwendig sind. In einem Produktionsumfeld mit kleinen Losgrößen und mit häufigen Produktwechseln kann jedoch solch ein Ansatz nicht kosteneffektiv eingeführt werden. Weiterhin kann in einem Szenario, in dem auf der einen Seite große Komponenten mit ziemlich großen Toleranzen verwendet werden und in dem auf der anderen Seite kritische Montage-, Test- und Inspektionsprozesse mit einer sehr geringen Fehlerrate ausgeführt werden müssen, ein komplett vorab programmierter und fest verdrahteter Montageansatz nicht eingeführt werden. Die Hauptziele des Projekts COSMOS sind das Design, die Entwicklung und die Implementierung eines Steuerungssystems für eine Fertigungslinie mit einem flexiblen, modularen und entwicklungsfähigen Automatisierungsansatz, der es ermöglicht, die Produktivität der Montagelinie signifikant zu erhöhen ohne dabei an Flexibilität einzubüßen. Obwohl im Rahmen des Projekts der Schwerpunkt auf dem Montageprozess von Windkraftanlagen liegt, soll das Lösungskonzept auch auf andere Sektoren übertragbar sein.
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5. ProAktiWProduktionssysteme aktiv wandeln
Projektpartner
Projektinhalt Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines wandlungsfähigen Produktionssytems durch die integrierte Betrachtung von Technologie, Organisation und Information. Am Beispiel von Produkten mit einem maßgeblichen Anteil an Stahlverarbeitung und Montage soll die komplette innerbetriebliche Wertschöpfungskette abgebildet werden. Dabei steht die Gestaltung des Zusammenspiels der einzelnen Elemente im Vordergrund: Es gilt, den richtigen Grad an Wandlungsfähigkeit und die Kombination von Lösungselementen zu bestimmen, um gezielt die entscheidenden „Engpässe“ weiter zu qualifizieren und schließlich das Gesamtsystem nivelliert wandlungsfähiger zu gestalten. Auf diese Weise sollen auch Einzelprodukte über wandlungsfähige Prozessketten effizient produziert werden können und Skaleneffekte in der Einzel- und Kleinserienfertigung nutzbar werden. Stand der Technik sind heute entweder vollmechanisierte oder automatische Fertigungssysteme, in denen ein oder mehrere Schweißroboter ein oder mehrere Werkstücke bearbeiten, die in hochkomplexen Vorrichtungen sitzen. Wirtschaftlichkeit ist hier nur bei mittleren und großen Stückzahlen gegeben. Flexibilität und vor allem Wandlungsfähigkeit zu neuen Produkten sind nur mit erheblichem Umrüstaufwand zu gewährleisten. Als anderes Extrem wird im Bereich der Einzel- und Kleinserienfertigung vor allem manuelles Schweißen eingesetzt.
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6. EffiPressOrEffizientes Pressverfahren zur Herstellung faserverstärkter thermoplastischer Bauteile mit Endlosfasern hoher Orientierung
Projektpartner
Projektinhalt Der wesentliche Inhalt des Projekts ist die Entwicklung eines werkstofflichen und energetisch effizienten Herstellungsverfahrens für optimierte FKV-Bauteile. Zur Umsetzung dieser Zielvorstellungen werden etablierte Technologien so kombiniert und angepasst, dass die gesamte Prozesskette in einen Aufheizzyklus integriert wird und somit der Zwischenschritt über das Halbzeug entfällt. Das Technologiekonzept der belastungsgerechten endkonturnahen Ablage des Faser- / Matrix-Strangs bündelt die bisher vereinzelt laufenden Prozessschritte und ermöglicht somit einen breiten Einsatz von optimal an die Belastungen angepassten Strukturbauteilen. Zur ganzheitlichen Betrachtung müssen Kenntnisse über die vorherrschenden Temperaturverteilungen während der einzelnen Fertigungsteilprozesse durch rechnerische Modellbildung erarbeitet werden. Die angestrebte Prozesskette innerhalb des Verbundvorhabens enthält die Prozessschritte Imprägnieren, Ablegen und Pressen.
Ansprechpartner Dr.-Ing. Manfred Dresselhaus
7. ForTeRobForce Controlled Teleoperated Machining with Standard Industrial Robots - Qualifizierung von Standard-Industrierobotern für kraftsensitive Werkstückbearbeitung mit telematischer Anwenderunterstützung
Projektpartner
Projektinhalt Für die Robotikindustrie stellt die gezielte Weiterentwicklung und industrienahe Umsetzung von Kraft- / Drehmomentregelungen einen elementaren Schlüssel zum Ausbau derzeitiger Anwendungsfelder sowie zur Erschließung neuer Anwendungsgebiete dar. Die Kraftregelungs-Funktionalität ist unabdingbar für viele Einsatzbereiche, z.B. für die robotergestützte Materialbearbeitung, die Assistenzrobotik sowie die robotergestützte Rehabilitation. Bei der Einführung der Kraft-/Drehmomentregelung in das industrielle Umfeld gibt es eine Reihe technologischer Hemmnissen zu überwinden, die den Einsatz dieser vielversprechenden Technologie im Bereich der Industrierobotik derzeit noch erschweren. Das Projekt ForTeRob soll hier - vor dem Anwendungshintergrund des kraftsensitiven Schleifens und Polierens mit Industrierobotern - einen Forschungsbeitrag leisten und wesentliche Einführungshemmnisse beseitigen. Das Projekt setzt dabei auf eine Kombination aus innovativen Kraftregelungsansätzen und Telematik basierten Funktionen zur Unterstützung der Endanwender. Dieser Lösungsansatz selbst, sowie sein Anwendungspotenzial in der industriellen Fertigung sollen auf der Basis von prototypischen Implementierungen und realitätsnahen Tests erforscht werden.
Ansprechpartner
8. InProLightIntegrative Prozesskette zur Ressourcen schonenden Serienfertigung von Leichtbauteilen aus thermoplastischen Faserverbundkunststoffen für die Fahrzeugin¬dustrie
Projektpartner
Projektinhalt Die Einsparung von Rohstoffen und Energie sowohl bei der Herstellung als auch in der Nutzung von Produkten ist eine zentrale Herausforderung, der sich die Gesellschaft stellen muss. Gleichzeitig soll dabei die Leistungsfähigkeit der Bauteile erhalten, wenn nicht gar erhöht werden. Dies gilt insbesondere für Bauteile der Fahrzeugtechnik, bei denen zur Reduzierung des Eigengewichtes vermehrt innovative Leichtbaukonzepte zum Tragen kommen, die zu einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs beitragen sollen. Dabei werden vermehrt nicht nur nichttragende Karosseriebauteile aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt, sondern auch Funktionskomponenten aus dem Fahrwerksbereich und sicherheitsrelevante Bauteile wie Sitze aus dem Innenbereich. Ein vernünftiger Mix aus klassischen metallischen Bauteilen und hochstabilen Kunststoffbauteilen kann hier Gewichtseinsparungen von fast einer Hälfte bewirken. Diesen Ansatz verfolgt das Projekt InProLight, in dem eine Prozesskette zur vollautomatischen Herstellung von Langfaser verstärkten thermoplastischen Faserverbund-Bauteilen entwickelt werden soll, die folgende Teilschritte enthält: • Vollautomatische Herstellung von 3D-Preforms durch roboterbasiertes Faserspritzen Langfaser verstärkter Kunststoffe, • Variothermes Konsolidieren der fasergespritzen Preforms für kurze Zykluszeiten, • Besäumen der Rohbauteile mit athermischen und kräftefreien Hochleistungs-Laserschneidverfahren • Fertigstellung und Konfektionierung der Bauteile mit weiteren FVK-Elementen und metallischen Montageelementen durch laserbasierte Fügeverfahren
Ansprechpartner Dr.-Ing. Manfred Dresselhaus
9. ERICABewertung von Mensch-Roboter Interaktion und Kooperation basierend auf der Analyse von 3D Bildsequenzen
Projektpartner
Projektinhalt Die Vision des Menschen, eine Aufgabe gemeinsam mit einem Roboterassistenten zu lösen bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten für Roboterapplikationen. Eine sichere Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) ist dabei eine herausfordernde Aufgabe. Der Ansatz in diesem Projekt verwendet ein kinematisches Modell für den menschlichen Körper, nach dem die signifikanten Teile dieses Modells mit Hilfe eines einzelnen Kamerasystems nach dem Laufzeitverfahren (time of flight, TOF) geschätzt werden, das an der Decke einer Roboterzelle angebracht ist und dabei keine Markierungen verwendet. Das Projekt hat zum Ziel, die Systemarchitektur durch eine verbesserte Echtzeit-Schätzung der signifikanten Teile des menschlichen Körpers zu verbessern. Dazu wird ein zweites 3D-Kamerasystem in der Roboterzelle integriert. Um den bestehenden Stand der Technik zu verbessern ist geplant, das System mit zwei TOF-Kameras aufzubauen, um die Parameter des menschlichen Körpers mit höherer Komplexität schätzen zu können. Statt Merkmale wie Hautfarbe zu verwenden, basiert das im Projekt geplante Verfahren rein auf Tiefeninformation und verwendet als Abschätzungsmethode den optischen 3D-Fluss. Der optische 3D-Fluss dient als zusätzliches Merkmal zur Bewegungsschätzung und ist wichtig für die robuste Schätzung von dynamischen kinematischen Parametern. Eine weitere Besonderheit, die durch das entwickelte System bereitgestellt wird, ist die Behandlung von verschiedenen Arten von Verdeckungen, die durch den Menschen während der Kooperation mit dem Roboterassistenten verursacht werden. Im Projekt wird das auf 3D Bildverarbeitung basierende kognitive System verschiedene kooperierende Aufgaben ausführen und gleichzeitig für die Sicherheit für den Menschen und für eine optimierte Bewegungsplanung und effiziente Interaktion sorgen.
Ansprechpartner
10. SMEroboticsDie europäische Robotik-Initiative zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit von kleinen und mittleren Unternehmen in der Produktion durch die Integration von Aspekten kognitiver Systeme
Projektpartner
Projektinhalt Über zwei Drittel der europäischen Arbeiter im Bereich Produktion sind in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) beschäftigt. Ihr einziges Mittel um wettbewerbsfähig zu bleiben ist es, sehr schnell auf sich ändernde Produktionsanforderungen zu reagieren und mit sehr hoher Qualität zu arbeiten. Obwohl Roboter in der Lage sind, ihre Arbeit mit hoher Qualität und hoher Wiederholrate auszuführen, erfüllen sie dennoch nicht die KMU-Anforderungen an hohe Flexibilität. Die heutigen Roboter kennen in der Regel nur die Aufgaben, für die sie programmiert sind. Während gesteigerte Flexibilität und einfache Systemintegration für Roboter wünschenswert sind, gibt es dennoch eine inhärente Begrenzung ihrer Fähigkeit mit unvorhergesehenen Situationen fertig zu werden, wie z.B. Abweichungen im Produktionsprozess. Das Produktionswissen des Werkers wird nicht genutzt, wenn ein Roboter immer wieder neu programmiert werden muss, jedes Mal wenn es eine Änderung in den Arbeitsbedingungen gibt. Obwohl Messfühler, Sensoren und Lernmöglichkeiten zu einem solchen System hinzugefügt werden können, um mit den aktuellen Unsicherheiten fertig zu werden, werden zusätzliche hoch entwickelte Integrationsmöglichkeiten gebraucht, die in KMU nicht vorhanden sind Ein weiterer offener Punkt ist die Frage, wie Roboter produktiv in einer völlig unstrukturierten Umgebung produktiv arbeiten können, wie man sie z.B. in solchen KMU antrifft, in denen Teile in geringen Stückzahlen in manueller Arbeit hergestellt werden. Weil völlig unstrukturierte Umgebungen zunächst durch einen Roboter erkundet werden müssen, bevor er produktiv werden kann, sinkt damit seine Produktivität signifikant, wenn er voll autonom arbeitet. Stattdessen soll Kognition auf beiden Seiten von Roboter und Mensch symbiotisch stattfinden. Zusätzlich müssen für eine Werkstatt-geeignete Mensch-Roboter-Interaktion die Begriffe und Symbole innerhalb von Dialogen auf eine gemeinsame Basis gestellt werden. Die Initiative SMErobotics wird ihre Aufmerksamkeit sorgfältig auch auf diese Punkte richten insbesondere durch eine starke industrielle Beteiligung, unterstützt durch führende Forscher und aufbauend auf der erfolgreichen Zusammenarbeit von Industrie und Wissenschaft aus den Projekten SMErobot und ECHORD.
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