Forschungsprojekte
Kurzinformationen über laufende Forschungs- und Verbundprojekte
1. Fit4Age
Zukunftsorientierte Produkte und Dienstleistungen für die demographischen Herausforderungen - Fit4Age
• Themenfeld III: Menschen bleiben länger im Arbeitsleben - Fit4Work
• Teilprojekt III-3: Roboterunterstützung an manuellen Arbeitsplätzen
Projektpartner [Teilprojekt III-3]
Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der TU München
Institut für Robotik und Telematik, Uni Würzburg
BMW AG, Forschungs- und Innovationszentrum, München
BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH, Dillingen
Projektinhalt
Gesamtverbund: Gemeinsame Zielsetzung des Forschungsvorhabens ist es, den Herausforderungen des demographischen Wandels in den Themenfeldern
• Menschen leben länger selbstbestimmt,
• Menschen bleiben länger mobil,
• Menschen bleiben länger im Arbeitsleben
durch technische Lösungsansätze zu begegnen, die alternden Menschen in Wohnung und Haus, im Arbeitsleben wie in der Kommunikation mit der Umwelt und im Verkehr ein aktives und bezahlbares Leben erhalten können.
Themenfeld III: Die demographische Entwicklung wird in den nächsten Jahren auch zu einer weiter steigenden Anzahl an älteren Mitarbeitern in den Unternehmen führen.
Die Unternehmen stehen daher vor der Herausforderung, älteren und so genannten leistungsgewandelten Mitarbeitern geeignet gestaltete Arbeitsplätze in angemessener Zahl zur Verfügung zu stellen, um auch in Zukunft eine wettbewerbsfähige Produktion aufrechterhalten zu können und insbesondere die heute oftmals unterschätzten Fähigkeiten und Erfahrungswerte älterer Mitarbeiter bestmöglich zu nutzen. Von dieser Problemstellung betroffen sind insbesondere die Bereiche der Montage und der Logistik, da hier aufgrund komplexer Aufgabenstellungen oder hoher Flexibilitätsanforderungen oft ein hoher Anteil an manuellen Tätigkeiten vorliegt.
Im Themenfeld III sollen daher für die beiden Unternehmensbereiche Montage und Logistik innovative, flexible und wirtschaftliche Konzepte entwickelt werden, um ältere und leistungsgewandelte Mitarbeiter effizient und nachhaltig im Arbeitsleben einsetzen und ihre spezifischen Stärken verstärkt in die Unternehmensabläufe integrieren zu können. Im Sinne nachhaltig ergonomischer Prozesse werden die Arbeiten zudem durch die Integration von Robotern unterstützt.
Ansprechpartner
Dr.-Ing. Manfred Dresselhaus
Tel.: +49 / 6022 / 503 575
Fax: +49 / 6022 / 503 589
E-Mail: m.dresselhaus@reisrobotics.de
2. LARISSA
LaserRobotik - Integration von Scan- und Fokussiereinheiten als hochdynamische System-Achsen
Projektpartner
Hochschule Aschaffenburg, Fachgebiete Elektrotechnik und Mechatronik
Raylase AG, Weßling
Projektinhalt
In vielen Bereichen der industriellen Fertigung haben sich Industrieroboter für die Lasermaterialbearbeitung etabliert. Sie werden zum Schneiden, Schweißen, Markieren und Beschriften von Werkstücken aus unterschiedlichsten Materialien verwendet. Bei diesen Bearbeitungsprozessen muss der Fokuspunkt des Laserstrahls sehr schnell auf dem Werkstück positioniert und der gewünschten Bearbeitungskontur möglichst exakt nachgeführt werden.
Im Forschungsprojekt LARISSA entwickelt und erproben die Projektpartner neuartige Systemkonzepte für die Lasermaterialbearbeitung mit Industrierobotern. Die Bewegungsführung des Laserstrahls soll gemeinsam von den mechanischen Achsen des Roboters sowie einer mitgeführten optischen Scan- und Fokussiereinheit übernommen werden.
Ansprechpartner
Dr.-Ing. Manfred Dresselhaus
Tel.: +49 / 6022 / 503 575
Fax: +49 / 6022 / 503 589
E-Mail: m.dresselhaus@reisrobotics.de
3. IRFS
Intelligentes Rückgeregeltes Fertigungssystem
Projektpartner
APE Engineering GmbH, Niedernberg
Projektinhalt
In modernen Produktionsbetrieben werden heute Softwaresysteme eingesetzt, die in der Lage sind, Maschinen- und Betriebsdaten zu erfassen, aufzubereiten und in geeigneter Form dem Anwender darzustellen. Bei Störungen oder Prozessabweichungen können die Steuerungssysteme anhand der gemessenen Ist-Zustände in den Prozess eingreifen, um Störungen zu eliminieren oder den Prozess zu stabilisieren oder zu verändern. Diese zeitnahe Regelung und die daraus resultierenden Auswirkungen eines direkten Eingriffes in einen laufenden Fertigungsprozess sind ohne besondere Unterstützungstools nur schwer abschätzbar und stellen ein besonderes Risiko im rückgekoppelten Fertigungsprozess dar. Der Systembetreiber hat keine Gewissheit, dass das System immer den besten Lösungsweg ermittelt und diesen automatisch anwendet.
Das Ziel des Projekts IRFS ist es, ein Gesamtsystem zu entwickeln, das alle wichtigen Maschinen-, Roboter- und Betriebsdaten aus der Fertigung erfasst, nach vorgebbaren Mustern analysiert und im laufenden Fertigungsprozess auftretende Veränderungen korrigiert. Die Wirkzusammenhänge, die in der Regel sehr komplexer mehrdimensionaler Natur sind, werden anhand von Analysen ermittelt. Das System muss den besten Eingriff für die aktuelle Situation ermitteln oder wenn nötig einen neuen Ansatz wählen. Anhand der automatisch analysierten Daten der Roboter, Produktionsbereiche und Bilderkennungsmodule soll die Software korrigierend in das Produktionssystem eingreifen können, so dass der Produk¬tionsprozess automatisch optimiert wird und Störungen vermieden werden.
Ansprechpartner
Dr.-Ing. Manfred Dresselhaus
Tel.: +49 / 6022 / 503 575
Fax: +49 / 6022 / 503 589
E-Mail: m.dresselhaus@reisrobotics.de
4. EsIMiP
Effiziente und sichere Interaktion von Menschen und intelligenten Produktionsanlagen
Projektpartner
TU München, Lehrstuhl für Informationstechnik im Maschinenwesen
Uni Kassel, Fachgebiet für Regelungs- und Systemtheorie
TU München, Lehrstuhl für Ergonomie
Baumüller Anlagen-Systemtechnik GmbH & Co KG, Nürnberg
Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung e.V., Institut für Arbeitsschutz, St. Augustin
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.
Ansprechpartner
Dr.-Ing. Manfred Dresselhaus
Tel.: +49 / 6022 / 503 575
Fax: +49 / 6022 / 503 589
E-Mail: m.dresselhaus@reisrobotics.de
5. SeeRoSe
Servomotorische Roboter-Rollnaht-Schweißzange
Projektpartner
EST Elektro-Schweißtechnik Dresden
Projektinhalt
Die Inhalte des Kooperationsprojekts sind: 1. die Entwicklung einer kompakten servomotorisch angesteuerten Schweißzange für das Rollnaht-Schweißverfahren von Bauteilen aus Stahl-, Edelstahl- und Aluminium-Blechen; 2. die Entwicklung von Steuerungsfunktionalitäten für die Robotersteuerung zur angepassten Ansteuerung der Schweißzange, sowie für eine effiziente Offline Programmgenerierung für die Losgröße-1-Fertigung und 3. die Optimierung und Anpassung des Bauteilespektrums an die Rollnaht-Schweißzange, um die Schweißzange für ein möglichst breites Produktspektrum vieler Hersteller zu qualifizieren.
Ansprechpartner
Dr.-Ing. Manfred Dresselhaus
Tel.: +49 / 6022 / 503 575
Fax: +49 / 6022 / 503 589
E-Mail: m.dresselhaus@reisrobotics.de
6. AsProMed
Assistenzsysteme für die Produktion und für Medizin nahe Anwendungen
Projektpartner
Embedded Systems Lab, Uni Passau
Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS), Uni Erlangen-Nürnberg
Lehrstuhl für Robotik und Telematik, Uni Würzburg
Sensorik Bayern GmbH, Regensburg
Evangelisch-lutherisches Diakoniewerk Neuendettelsau
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 behinderten Personen in den Arbeitsprozess. In einzelnen werden folgende Zielstellungen betrachtet:
• 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.
Ansprechpartner
Dr.-Ing. Manfred Dresselhaus
Tel.: +49 / 6022 / 503 575
Fax: +49 / 6022 / 503 589
E-Mail: m.dresselhaus@reisrobotics.de
7. RoboLaSS
Robotergeführter Laser zum Schneiden und Schweißen
Projektpartner
IWB, TU München, Garching
EADS GmbH, München
IPG Laser, Burbach
Fraunhofer IWS, Dresden
Blackbird Robotersysteme GmbH, Garching
MARS Lasertechnik GmbH, Emleben
Precitec KG, Gaggenau / Bad Rothenfels
Precitec Optronic GmbH, Rodgau
ARGES GmbH, Wackersdorf
Reinz Dichtungs GmbH, Neu Ulm (assoziiert)
Benteler Automobiltechnik GmbH, Paderborn (assoziiert)
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 Prozessmodell, 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 Bewegungssystemen zur Positionierung der Schneidoptik über dem Bauteil. Zur industriellen Umsetzung 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.
Zur Darstellung der Einzelergebnisse wird eine flexible Schneid- und Schweißzelle inklusive der erforderlichen Sicherheitseinrichtungen realisiert. Anhand dieses Demonstrators soll die wirtschaftliche Umsetzung für die industrielle Fertigung nachgewiesen werden.
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 Laserstrahlschneiden und -schweißen werden.
Ansprechpartner
Dr.-Ing. Manfred Dresselhaus
Tel.: +49 / 6022 / 503 575
Fax: +49 / 6022 / 503 589
E-Mail: m.dresselhaus@reisrobotics.de
8. COSMOS
Wirtschaftliche adaptive Fertigungslinie basierend auf modularen eigenständigen Fertigungszellen
Projektpartner
Ibermatica, San Sebastian, Spanien
Phönix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont
ASCOLAB GmbH, Erlangen
Oxford Sensor Technologies Ltd., Abingdon, UK
EDAG Design GmbH & Co KGaA, Fulda
HOLOS Solucoes Avancadas em Technologicas de Informacao, Caparica Almada, Portugal
Gamesa Innovation and Technology, Sarriguren, Spanien
Fundación Tekniker, Eibar-Gipuzkoa, Spanien
King’s College, London, UK
WZL, RWTH Aachen
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 Automatisierungsstrategien 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 um 20% zu erhöhen ohne dabei an Flexibilität einzubüßen. Obwohl im Rahmen des Projekts der Schwerpunkt auf dem Montageprozess von Windkraftanlagen liegt, wird das Lösungskonzept auch auf andere Sektoren übertragbar sein.
Ansprechpartner
Dr.-Ing. Manfred Dresselhaus
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9. ProAktiW
Produktionssysteme aktiv wandeln
Projektpartner
WZL, RWTH Aachen
Gräff Robotics, Troisdorf
Joh. Stiegelmayer GmbH & Co KG, Herford
Laser Bearbeitungs- und Beratungszentrum NRW, Geilenkirchen
Piccolo K+L Behältertechnik GmbH, St. Leon-Rot
Siemens Industry Software GmbH & Co KG, Köln
Stahl- und Metallbau Ihnen GmbH & Co KG, Aurich
Projektinhalt
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines wandlungsfähigen Produktionssystems 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.
Ansprechpartner
Dr.-Ing. Manfred Dresselhaus
Tel.: +49 / 6022 / 503 575
Fax: +49 / 6022 / 503 589
E-Mail: m.dresselhaus@reisrobotics.de