SmartF-IT – Die IT für Industrie 4.0 - Cyber-physische IT-Systeme in der Fabrik von morgen

Komplexe Produkte wissen, aus welchen Einzelbauteilen sie bestehen, wie sie montiert und gewartet werden wollen und was beim Austausch beachtet werden muss. In der Fabrik der Zukunft steuern sie über cyber-physische Systeme (CPS) ihre Fertigung selbst und erlauben so eine flexible Produktion. Das Projekt SmartF-IT arbeitet an cyber-physischen IT-Systemen für Industrie 4.0 und entwickelt Software-Werkzeuge für das Zusammenspiel von Prozessen, Produkten, Betriebsmitteln und Beschäftigten in multiadaptiven Smart Factories. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt unter Leitung des DFKI startet am 19. Juni mit einer Kick-off Veranstaltung in Saarbrücken.

In SmartF-IT werden Technologien entwickelt, die die Produktion kleiner Stückzahlen in Echtzeit bei maximaler Qualität, aber dennoch niedrigen Kosten beherrschbar machen. Hersteller können so profitabel schwankende Märkte und globale Trends bedienen, eine hohe Variantenzahl oder Kleinstserien anbieten und individuellen Kundenanforderungen gerecht werden. SmartF-IT begegnet dieser Herausforderung mit dem Einsatz adaptiver cyber-physischer IT-Systeme auf allen Ebenen der Fertigung, um die Einführung, Umsetzung und den Betrieb ganzheitlicher Produktionssysteme zu erreichen.

„In SmartF-IT erforschen wir die nächste Generation intelligenter IT-Systeme zur Komplexitätsbeherrschung bei der Planung, dem Betrieb, der Wartung und dem Störungsmanagement von cyber-physischen Produktionssystemen in vernetzten Smart Factories. Dabei werden diese innovativen IT-Systeme in konkreten Umsetzungsprojekten in zwei Bestandsfabriken unserer Kooperationspartner Bosch Rexroth und Miele sowie einer neuen Produktionslinie bei BMW in der industriellen Praxis erprobt.“, erläutert Prof. Dr. Wolfgang Wahlster, wissenschaftlicher Direktor und Vorsitzender der Geschäftsführung des DFKI. „Damit können die Migrationsstrategien für die variantenreiche Produktion in Industrie 4.0 in multiadaptiven Fabriken unter realistischen Bedingungen entwickelt und getestet werden. Das Spektrum reicht dabei von Montagelinien für hydraulische Steuerungskomponenten über elektrische Küchengeräte bis hin zu Sondermotoren für Fahrzeuge.“

In cyber-physischen IT-Systemen kommunizieren Produkte über RFID-Funketiketten und Smart Labels mit integrierten Sensoren. Sie liefern Daten über ihre Eigenschaften und Zustände und werden so vernetzt zu einem Internet der Dinge.

Die Forschungsziele in SmartF-IT gehen deutlich über die Ebene einzelner Produktionslinien hinaus. Die dezentrale Steuerung des Fabrikationsprozesses durch das Werkstück selbst ist dabei nur ein Faktor. Voraussetzung für einen effizienten und flexibel anpassbaren Produktionsprozess ist die Interoperabilität von Softwaresystemen und die reibungslose, medienbruchfreie Informationsverarbeitung innerhalb des produzierenden Unternehmens. SmartF-IT stellt die einzelne Produktionseinheit in den Vordergrund und fokussiert dabei auf den Einsatz von IT-Verfahren, um Agilität und Multiadaptivität als wesentliche Bestandteile der Smart Factory zu implementieren.

Als Basis der Smart Factory etabliert SmartF-IT ein IT-gestütztes, integriertes und ausführbares Gesamtmodell mit der bedarfsgerechten Anpassung an die menschliche Arbeitskraft und berücksichtigt das nachhaltige Wohlergehen aller am Produktionsprozess Beteiligten. Im Fokus steht die wandlungsfähige rekonfigurierbare Produktionseinheit zur optimierten Herstellung variantenreicher, kundenindividueller Produkte im Sinne von „High-Mix, Low-Volume Manufacturing“ bis hin zur Losgröße 1 in einer hybriden Zusammenstellung von Betriebsmitteln und menschlicher Arbeitskraft unterstützt durch neue personalisierte industrielle Assistenzsysteme. SmartF-IT untersucht zwei typische Anwendungsbereiche neuer Technologien: Dazu gehören in erster Linie die Migration einer bestehenden Produktion (Retrofitting) und ebenso die Neuplanung und der anschließende Betrieb einer erst aufzubauenden Produktionslinie.

Durch die IT-Methoden von SmartF-IT werden grundlegend die Aufwände für das Anfahren einer Produktion und während des Betriebs für die dynamische Rekonfiguration entscheidend reduziert. Ein CPPS-Cockpit (Cyber-Physische Produktionssysteme) veranschaulicht die IT-Integration auf Ebene der Planung und Steuerung und bringt dabei Transparenz in die Wirkzusammenhänge multiadaptiver Prozesse.

Getestet und konkretisiert werden die Technologien in den Produktionswerken der Projektpartner BMW, Bosch Rexroth und Miele. Im kontrollierten Parallelbetrieb wird hier geprüft, wie die erreichten Ergebnisse den Anforderungen einer hochproduktiven Anlage gerecht werden können.

„Ich hoffe, dass Industrie 4.0 uns in Deutschland Vorteile im internationalen Wettbewerb verschafft. Die drei starken deutschen Branchen Elektrotechnik, Informatik und Maschinenbau zusammen können dies erreichen. Wenn nicht wir, wer dann?“, so Dr. Matthias Möller, Bosch Rexroth in Homburg.

Die enge Zusammenarbeit von Vertretern aus Wirtschaft und Wissenschaft gewährleistet, dass Ergebnisse und Lösungen den unmittelbaren industriellen Bedarf adressieren und dass generische Modelle, Methoden und Werkzeuge entstehen, die branchenübergreifend ausgerollt und verwertet werden können. Als Forum dient dabei die Geschäftsstelle Industrie 4.0, die von den Branchenverbänden BITKOM, VDMA und ZVEI getragen wird.

SmartF-IT wird im Rahmen der High-Tech Strategie vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über eine Laufzeit von drei Jahren (1.6.2013 - 31.5.2016) gefördert und vom Projektträger im DLR, Abteilung Softwaresysteme und Wissenstechnologien, betreut.

Partner im Konsortium:

  • DFKI GmbH, Saarbrücken (Konsortialleitung)
  • Bosch Rexroth AG, Stuttgart und Homburg (Saar)
  • Fortiss GmbH, München
  • Miele & Cie. KG, Bünde
  • PLATOS GmbH, Herzogenrath
  • Robert Bosch GmbH, Schwieberdingen
  • TU Darmstadt, DiK - Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion und IAD - Institut für Arbeitswissenschaft
  • Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik gGmbH (ZeMA), Saarbrücken
  • BMW AG (assoziiert), München

 

Kontakt:

 

Dr. Dietmar Dengler
Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH (DFKI)
Campus D3 2
66123 Saarbrücken
Tel.: +49 681 85775 5259

Teilnehmer SmartF-IT Kickoff-Meeting

Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz
German Research Center for Artificial Intelligence