EINSATZ MOBILER ENDGERÄTE ZUR OPTIMIERUNG DER PRO ZESSE IM ANLAGENLEBENSZYKLUS

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1 EINSATZ MOBILER ENDGERÄTE ZUR OPTIMIERUNG DER PRO ZESSE IM ANLAGENLEBENSZYKLUS 19. Industriearbeitskreis 2013 Kooperation im Anlagenbau

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3 19. Industriearbeitskreis KOOPERATION IM ANLAGENBAU EINSATZ MOBILER ENDGERÄTE ZUR OPTIMIERUNG DER PROZESSE IM ANLAGENLEBENSZYKLUS Herausgeber: FASA e.v. In Kooperation mit:

4 IMPRESSUM Arbeitsbericht 19. Industriearbeitskreis»Kooperation im AnlagenbauEinsatz mobiler Endgeräte zur Optimierung der Prozesse im Anlagenlebenszyklus« , Magdeburg, Germany Herausgeber: FASA e.v. Dipl.-Ing. Andrea Urbansky Sandtorstraße Magdeburg Telefon Telefax Redaktion: Andrea Urbansky Titelfoto: Dirk Mahler/Fraunhofer IFF Fotos, Bilder, Grafiken: Soweit nicht anders angegeben, liegen alle Rechte bei den Autoren der einzelnen Beiträge. Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. ISSN Alle Rechte vorbehalten Für den Inhalt der Vorträge zeichnen die Autoren verantwortlich. Dieses Werk ist einschließlich aller seiner Teile urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die über die engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes hinausgeht, ist ohne schriftliche Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen sowie die Speicherung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen und Handelsnamen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass solche Bezeichnungen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz- Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und deshalb von jedermann benutzt werden dürften. Soweit in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z.b. DIN, VDI) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden ist, kann der Verlag keine Gewähr für Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. 06/2013 FASA e.v.

5 INHALTSVERZEICHNIS Vorwort 7 Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. mult. Michael Schenk Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF Augmented Reality in der Anlagen-Industrie Optimierung der Prozesse im Anlagenlebenszyklus mit Hilfe mobiler Lösungen 9 Dipl.-Ing. (FH) Achim Ewig PWT Wasser- und Abwassertechnik GmbH Dipl.-Wirt.-Ing. Alexander Mankel Augmensys Deutschland GmbH Transformation des klassischen MDE/BDE-Geräte-Einsatzes zu Cyber-Physical-Systems in Anlehnung an die Plattform Industrie Dipl.-Ing. Ioannis Karathanassis ICC, Industry Consulting & Cooperation Von der PDF-Produktbeschreibung über virtuelle Lernübungen zum mobilen Lernen am Beispiel der Elektromotoren und Gerätebau Barleben 19 MBA, Dipl.-Ing., Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) Helge Fredrich, Dipl.-Ing. Stefan Leye Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF Janine Dettloff, Klaus Olbricht EMB Barleben GmbH Nutzung mobiler Endgeräte im Produktionsprozess eines Windenergieanlagenherstellers 25 Dipl.-Inf. Tobias Kutzler Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF 5

6 Mobile Augmented-Reality-Systeme für Montageund Marketingunterstützung 35 Simon Adler M.Sc., Dipl.-Ing. Eric Bayrhammer Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF Dipl.-Ing. Gerhard Krossing VAKOMA GmbH Linked Factory Datenintegration zur mobilen Informationsbereitstellung in der Produktion 41 Dipl.-Inf. Ariel Firlej, Dipl.-Inf. Tino Langer, Prof. Dr.-Ing. Matthias Putz, Dr. Andreas Schlegel, Dipl.-Inf. Antje Schreiber Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU 6

7 VORWORT Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. mult. Michael Schenk Institutsleiter des Fraunhofer- Instituts für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF Foto: Fraunhofer IFF/Dirk Mahler Sehr geehrte Damen und Herren, liebe Partner und Freunde, die Digitalisierung vereinfacht uns heutzutage den Zugang zu Informationen sowie deren Verwaltung an beliebigen Orten und Zeitpunkten. Sie bestimmt bereits unseren Alltag. Die Digitalisierung industrieller Prozesse befindet sich jedoch erst am Anfang. Warum ist das so und welche Lösungsansätze gibt es bereits? Die Einführung und Weiterentwicklung innovativer mobiler Endgeräte ist auf dem Vormarsch. Neue Lösungsansätze gewinnen stetig an Bedeutung, denn bei der Integration mobiler Endgeräte in die Prozesse des Anlagenbaus sind noch große Hürden zu überwinden. Diese Problematik stand im Mittelpunkt des Austausches auf dem 19. Industriearbeitskreis»Kooperation im Anlagenbau«, der im Rahmen der IFF-Wissenschaftstage stattfand. Bereits zum 19. Mal trafen sich Entscheider und Kenner der Branche, um über die Möglichkeiten und Trends im Anlagenbau zu konferieren und die Zusammenarbeit zu fördern. Die 43 Teilnehmer diskutierten angeregt zum Thema»Einsatz mobiler Endgeräte zur Optimierung der Prozesse im Anlagenlebenszyklus«. Großer Dank gilt wie immer den Teilnehmern und Mitwirkenden der Veranstaltung, zu der sich wieder eine positive Bilanz ziehen lässt. Ihr Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. mult. Michael Schenk 7

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9 AUGMENTED REALITY IN DER ANLAGEN-INDUSTRIE OPTIMIERUNG DER PROZESSE IM ANLAGENLEBENSZYKLUS MIT HILFE MOBILER LÖSUNGEN Dipl.-Ing. (FH) Achim Ewig, PWT Wasser- und Abwassertechnik GmbH Dipl.-Wirt.-Ing. Alexander Mankel, Augmensys Deutschland GmbH 9

10 Dipl.-Ing. (FH) Achim Ewig PWT Wasser- und Abwassertechnik GmbH, Abteilungsleiter Anlagenbau Platanenallee Zwingenberg Telefon: Telefax: ewig.achim@pwt.de Ausbildung Feingeräteelektroniker, Honeywell Maintal Elektroniker und Programmierer, Applikationserstellung Montage, Inbetriebnahme bei verschiedenen Firmen im Bereich der Kunststoff- und Druckindustrie, Schweißroboter, Gebäudeautomatisierung Fachhochschule Frankfurt, Abschluss Dipl.-Ing. Verfahrenstechnik (FH) Projektingenieur, Projektierung, Montage, Anlagenbetrieb für Grundwasser- und Bodenluftsanierungsanlagen Projektleiter, Planung, Projektierung, Abwicklung, Inbetriebnahme von Wasseraufbereitungsanlagen zur Schwermetallentfernung, katalytischen Oxidationsanlagen sowie im Bereich EMSR-Technik für Trinkwasser-, Grundwasseraufbereitungs- und Abwasseranlagen Abteilungsleiter EMSR-Technik, Planung, Projektierung, Kalkulation und Abwicklung von nationalen und internationalen Trink- und Abwasseranlagen mit Schwerpunkt Automatisierungs- und Leittechnik 10

11 seit 2005 Abteilungsleiter Anlagenbau, Gesamtplanung, Projektierung, Kalkulation und Abwicklung von nationalen und internationalen Anlagen zur Aufbereitung von Trinkwasser, Abwasser und Prozessabwasser 11

12 LEBENSLAUF Dipl.-Wirt.-Ing. Alexander Mankel Augmensys Deutschland GmbH, Geschäftsführer Eisenwerkstraße Schwelm Mobil: alexander.mankel@augmensys.com Ausbildung zum Industriekaufmann Studium Wirtschaftsingenieurswesen Key-Account-Manager in einem Software-Unternehmen 2005 Vertriebsleiter Head of Global Sales & Services seit 2013 Geschäftsführer Augmensys Deutschland GmbH 12

13 AUGMENTED REALITY IN DER ANLAGEN- INDUSTRIE OPTIMIERUNG DER PROZESSE IM ANLAGENLEBENSZYKLUS MIT HILFE MOBILER LÖSUNGEN Dipl.-Ing. (FH) Achim Ewig, Dipl.-Wirt.-Ing. Alexander Mankel Das Ziel, weitere Optimierungen im Anlagenlebenszyklus zu erreichen, erfordert den Einsatz neuer Methoden aber auch Technologien im Umgang mit Anlagenplanungs- und Bestandsdaten. Die wenigsten Anlagen werden einheitlich mit der Planungstool-Suite eines Herstellers geplant. Zusätzlich werden wesentliche Daten meist auch in ERP-Systemen (SAP, ), Leitsystemen oder Dokumentenmanagementsystemen gehalten. Daher ist die Voraussetzung für eine komplette digitale Anlage, die Konsolidierung mehrerer Systeme in eine Datenbasis. In großen Bereichen ist dies das Ziel der ISO15926, welche als Datenaustauschstandard herangezogen werden kann. Abbildung 1: Datenkonsolidierung und Transfer Quelle: Augmensys Deutschland GmbH, Schwelm Die Konsolidierung muss auch bei Vorhandensein von mannigfaltigen Systemlandschaften ständig und workflowgestützt erfolgen, damit eine mobile Nutzung der digitalen Gesamtdaten, zum einen von den Ingenieuren bei Anlagenbestandsaufnahme oder Inbetriebnahmen und zum anderen im Betreiberumfeld vom Anlagenpersonal, Sinn macht. Die Herausforderung heute ist nicht mehr alle Anlagendaten digital zu vorrätig zu haben, sondern die enorme Menge an Daten auch orts-, personen- und aufgabenabhängig zu nutzen und auf Stand halten zu können. Hierbei spielt die Augmented Reality zukünftig DIE entscheidende Rolle. So wird durch das Mobilgerät (Smartphone, Tablet, Head Up Display) der Kontext zur aktuell im Sichtbereich befindlichen Anlage gebildet und eben nur mehr die dort für den Anwender notwendigen, konsolidierten Daten angeboten. Dabei werden zuerst lediglich grundsätzliche Equipmentdaten als Einsprungpunkt in das digitale Gesamtobjekt angeboten. Bei Bedarf kann der Anwender aber beliebig tief Daten (Daten, Dokumente, Tasks, ) abrufen. Weiterführend kann er bei entsprechender Berechtigung über das Mobilgerät auch Daten eingeben, die dann über die Konsolidierungszwischenschicht wieder in die bestehenden Planungs- und Dokumentationssysteme zurückgespeist werden. 13

14 Abbildung 2: Augmented Reality im realen Einsatz, Quelle: Augmensys Deutschland GmbH, Schwelm UBIK (Produktname der Augmented Reality Lösung für die Prozessindustrie) wird sowohl bei EPCs als auch Anlagenbetreibern sehr erfolgreich eingesetzt. Den Vortrag würden wir gerne in enger Kooperation mit einem unserer deutschen Kunden halten, um den tatsächlichen Nutzen und die zukünftigen Strategien hinsichtlich des Einsatzes mobiler Lösungen in der Anlagenindustrie zu erörtern und darzustellen (Best Practice). Im Vortragsteil Best Practice wird u.a. auf die Punkte a) Wie wird eine solche Lösung in die vorhandenen Prozesse integriert und b) Was sind die Rückmeldungen der Anwender, eingegangen. Als Mobilgeräte werden je nach Anwendungsfall unterschiedliche Typen eingesetzt (Best Practise Beispiel»Rohölaufsuchungs-AG«). Anforderungen bezüglich Umgebungsbedingungen (Robustheit, Lesbarkeit, ATEX-Tauglichkeit, ) sind bei der Auswahl maßgeblich. 14

15 TRANSFORMATION DES KLASSISCHEN MDE/BDE-GERÄTE- EINSATZES ZU CYBER-PHYSICAL- SYSTEMS IN ANLEHNUNG AN DIE PLATTFORM INDUSTRIE Dipl.-Ing. Ioannis Karathanassis, ICC, Industry Consulting & Cooperation 15

16 LEBENSLAUF Dipl.-Ing. Ioannis Karathanassis ICC Industry Consulting and Cooperation Rote Reihe Garbsen Telefon: Mobil: seit 2002 Abschluss an der Universität Hannover: Diplom in Maschinenbau und Schiffsmaschinenbau Preussag Erdöl und Erdgas Offshore Engineering, Hannover Project Engineer Subsea Engineering and Services (CEAS) GmbH, Hannover Projekt Manager NIS Norddeutsche Informations-Systeme GmbH, Kiel Systemberater Preussag Wasser und Rohrtechnik GmbH, Hannover Niederlassungsleiter Pfeifer Hellas, Hannover / Athens Geschäftsführer Hellenic Shipyards S.A., Athens IT Direktor 16

17 TRANSFORMATION DES KLASSISCHEN MDE/BDE-GERÄTE-EINSATZES ZU CYBER-PHYSICAL-SYSTEMS IN ANLEHNUNG AN DIE PLATTFORM INDUSTRIE 4.0 Dipl.-Ing. Ioannis Karathanassis In der Welt der»cyber-physical-systems«werden ehemals passive Objekte nun zu kommunikationsfähigen Informationsträgern mit dem Potenzial, sich selbständig zu vernetzen und zu organisieren. Dieser Weg ist ein evolutionärer Prozess mit sehr großen Hindernissen, die bedacht, analysiert, implementiert, getestet und freigegeben werden müssen. Hier sind nicht nur die Technik, sondern auch die Gesellschaft und die Politik gefragt, um ihre eigenen Beiträge zu liefern. Das Zusammenspiel der o.g. Akteuren ist der Garant für die Führung und die Kontrolle des Evolutionsprozesses, um Wettbewerbsstärke, flexible Fertigung, individuelle Produkte, innovative Geschäftsmodelle, optimierte Entscheidungsfindung, Ressourcenproduktivität und -effizienz, sowie um Work-Life- Ballance zu managen. 17

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19 VON DER PDF-PRODUKTBE- SCHREIBUNG ÜBER VIRTUELLE LERNUMGEBUNGEN ZUM MOBILEN LERNEN AM BEISPIEL DER ELEKTROMOTOREN UND GERÄTEBAU BARLEBEN MBA, Dipl.-Ing., Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) Helge Fredrich, Dipl.-Ing. Stefan Leye, Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF Janine Dettloff, Dipl.-Ing. Klaus Olbricht, EMB Barleben GmbH 19

20 LEBENSLAUF MBA, Dipl.-Ing., Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) Helge Fredrich Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF, Projektleiter Joseph-von-Fraunhofer-Straße Magdeburg Telefon: Telefax: helge.fredrich@iff.fraunhofer.de seit 2009 Berufsausbildung zum Facharbeiter: Maschinen- und Anlagenmonteur, KBS Wolmirstedt Sachbearbeiter Technologie, VEB Baumechanisierung Barleben Studium Maschinenbau mit Abschluss als Dipl.-Ing. an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Studium Wirtschaftsingenieurwesen mit Abschluss als Dipl.- Wirt.-Ing.(FH) an der FH Magdeburg Studium Betriebswirtschaft mit Abschluss als MBA an der Sheffield Hallam University Inhaber C-Native (Medien + Training) Wiss. Mitarbeiter, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Geschäftsführender Gesellschafter, Ideenformer, Magdeburg Projektmanager New Business, IMC AG, Saarbrücken Stellv. Geschäftsfeldleiter, Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF 20

21 LEBENSLAUF Dipl.-Ing. Stefan Leye Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF Wissenschaftlicher Mitarbeiter Joseph-von-Fraunhofer-Straße Magdeburg Telefon: Telefax: stefan.leye@iff.fraunhofer.de seit 2011 Diplomstudiengang Maschinenbau an der Otto-von-Guericke- Universität Magdeburg, Fachrichtung»Integrierte Produktentwicklung«Diplomarbeit zum Forschungsthema»Konzeptionierung einer VR-Anwendung für die interaktive Montageplanung in KMU«Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF, Geschäftsfeld Virtuell Interaktives Training 21

22 VON DER PDF-PRODUKTBESCHREIBUNG ÜBER VIRTUELLE LERNUMGEBUNGEN ZUM MOBILEN LERNEN AM BEISPIEL DER ELEKTROMOTOREN UND GERÄTEBAU BARLEBEN MBA, Dipl.-Ing., Dipl.-Wirt.-Ing.(FH) Helge Fredrich, Dipl.-Ing. Stefan Leye, Janine Dettloff, Dipl.-Ing. Klaus Olbricht 1 Motivation und Ausgangslage Die Firma Elektromotoren und Gerätebau Barleben GmbH (EMB) hat sich unter anderem spezialisiert auf die Entwicklung, Konstruktion, Produktion und den Vertrieb von Transformatorenschutzausrüstungen und elektronischen Vorschaltgeräten. Ein wichtiges Produkt im Portfolio der EMB ist zum Beispiel das Buchholzrelais, welches international vertrieben und eingesetzt wird. Nicht zuletzt durch die Übernahme von Inbetriebnahme, Wartung und Instandhaltung der Buchholzrelais durch externe, internationale Dienstleister ist der Einsatz einer intuitiven, multilingualen Produktdokumentation einerseits zur Qualifizierung der Fachkräfte sowie andererseits zur Etablierung eines Firmenstandards bzgl. der Montage, Demontage und Funktionsprüfung erforderlich. 2 Zielstellung und Vorgehensweise Fokus der kundenspezifischen Entwicklungsarbeit liegt auf der praxisorientierten Weiterentwicklung konventioneller Produktdokumentationen mithilfe Virtueller Technologien, um diese auf mobilen Endgeräten (Smart Devices, z.b. ipad, iphone) zu nutzen. 3 Ergebnis und Nutzen Abbildung 1: Virtuelles Buchholzrelais, Quelle: Fraunhofer IFF Die onlinegestützte Lösung legt den Fokus auf die wesentlichen Kernaussagen im Umgang mit dem Buchholzrelais. Dieses System ermöglicht es einfach und schnell die Funktionsweise des Buchholzrelais videobasiert anschaulich darzustellen und grundlegende Fragen wie z.b. Aufbau, Betrieb und Funktionskontrolle zu klären. Ebenso ist ein solches Tool für die Darstellung des Buchholzrelais auf Messen sowie für die Unterstützung der Qualifizierung von Mitar- 22

23 beitern des Vertriebes und des Bedienpersonals sehr gut geeignet. Die Einführung VRbasierter Technologien beim Vertrieb und bei der Qualifizierung erhöht die Wettbewerbsfähigkeit der Elektromotoren- und Gerätebau Barleben GmbH entscheidend. Abbildung 2: Onlinegestützte Produktdokumentation, Quelle: Fraunhofer IFF 23

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25 NUTZUNG MOBILER ENDGERÄTE IM PRODUKTIONSPROZESS EINES WINDENERGIEANLAGENHER- STELLERS Dipl.-Inf. Tobias Kutzler, Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF 25

26 LEBENSLAUF Dipl.-Inf. Tobias Kutzler Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF, Projektleiter Sandtorstr Magdeburg Telefon: Telefax: seit 2006 Studium Informatik an der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg Abschluss Diplom-Informatiker Wissenschaftlicher Assistent und Praktikant am Fraunhofer- Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF Wissenschaftlicher Mitarbeiter und Projektleiter am Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF 26

27 NUTZUNG MOBILER ENDGERÄTE IM PRODUKTIONSPROZESS EINES WINDENERGIEANLAGENHERSTELLERS Dipl.-Inf. Tobias Kutzler 1 Ausgangssituation Die Produktion und die damit eng verknüpfte Logistik sind mit vielen Problemen konfrontiert: Durch die Vielzahl an Produktionsbereichen und den an verschiedenen ablaufenden Prozessen beteiligten Akteuren, werden große Mengen an produktions- und logistikrelevanten Informationen und Daten ausgetauscht. Sie dienen einerseits der Sicherung der Produktion, indem relevante Informationen über zu produzierende Komponenten oder Konfigurationen bereitgestellt oder Rückmeldungen über den Produktionsfortschritt für weitere Produktionsschritte erfolgen und dokumentiert werden müssen. An die innerbetrieblichen Logistikprozesse, welche eng mit der Produktion verbunden sind, bestehen Anforderungen darin, gelagerte Bauteile oder Komponenten zum Einbau oder Auslieferung wiederzufinden. Dies kann nur gelingen, wenn die Übersicht über den tatsächlichen Lagerbestand stets aktuell gehalten wird. Erfolgt dies nicht, kann die Suche nach vielen kleinen Komponenten aber auch großen Bauteilen unnötigen Mehraufwand, der Zeit und Ressourcen kostet, verursachen. Für den Informationsaustausch sowie zur Dokumentation wird in vielen Fällen noch auf einfache Hilfsmittel wie Telefon, oder unstrukturierten Datenformaten, verschiedenster Dokumente in Papierform und auch in digitaler Form eingesetzt. Und auch hier kann die Menge an existierenden Hilfsmitteln sowie den zu erfassenden Informationen schnell zu einem hohen manuellen Aufwand bei der Suche in den Unterlagen oder Dokumenten selbst führen. Außerdem müssen diese Unterlagen stets gepflegt und auf dem aktuellen Stand gehalten werden. Insbesondere bei Lagerprozessen müssen bei ungenauen Informationen über den tatsächlichen Lagerbestand zeit- und ressourcenintensive Inventuren für eine gesicherte Bestandsmeldung durchgeführt werden. Bei der manuellen Pflege der Unterlagen liegen daher häufig die Schwierigkeiten darin, dass sie relativ ungenau und die Überprüfung zeitverzögert stattfindet. Der sich ergebende Mehraufwand führt zu der Gefahr, dass Informationen nur unzureichend gepflegt wurden. In vielen Unternehmen sind die dargestellten Szenarien Realität und führen zu erheblichen Problemen und Mehraufwänden. Das stellt die Betriebe vor große Herausforderungen. Aus diesem Grund wurde am Fraunhofer IFF in Magdeburg ein Lösungsansatz entwickelt, der einerseits praktikabel und andererseits auch kostengünstig bei Einführung und Betrieb ist. Im Ergebnis ist zunächst ausgerichtet auf die Unterstützung der Lagerprozesse ein digitales Lagermanagementsystem entstanden, das Ortungs- und Identifikationstechnologien in einem System vereint. Es sorgt für deutlich mehr Transparenz und eine signifikante Prozessbeschleunigung in der Lager- 27

28 verwaltung. In einem weiteren Schritt können Optimierungspotenziale auch in weiteren Unternehmensbereichen wie der Produktion erschlossen werden. Da eine Vielzahl der Systemkomponenten z.b. zur Bauteilkennzeichnung mit RFID bereits in der Produktion genutzt wird, können mit geringem Anpassungsaufwand auch im Bereich der Produktion diese Komponenten genutzt und die sich daraus ergebenden Optimierungspotenziale schneller erschlossen werden. 2 Anforderungserhebung Die Realisierung des nachfolgend beschriebenen Lösungsansatzes erforderte zunächst eine detaillierte Aufnahme der Anforderungen. Diese sind einerseits in technische und mechanische Anforderungen an die Hardware, welche innerhalb von Produktions- und Logistikprozessen eingesetzt werden soll, sowie Anforderungen an die Systemstruktur und somit einzusetzenden Softwarekomponenten und Schnittstellen zu unterscheiden. Die technischen und mechanischen Anforderungen an die Hardware beschreiben, über welche Funktionalitäten die Geräte verfügen müssen und welchen Umgebungsbedingungen sie standhalten müssen. Insbesondere Produktionsumgebungen sind je nach Branche durch ein sehr anspruchsvolles und raues Klima gekennzeichnet und stellen somit hohe Anforderungen an die Hardware. Auftretende Einwirkungen, die hohe Anforderungen an die Belastbarkeit stellen, können unter anderem Feuchtigkeit, Chemikalien, hohe/niedrige Temperaturen oder auch mechanische Einwirkungen sein. Es muss daher gewährleistet sein, dass die Funktionsbereitschaft der einzusetzenden Geräte trotz dieser Einwirkungen gewährleistet ist. Weitere technische Anforderungen wie die Betriebsbereitschaft auch über mehrere Stunden oder Tage durch ausreichend dimensionierte Akkus und eine einfache Bedienbarkeit auch mit Handschuhen fliessen ebenfalls in die Beurteilung geeigneter Hardware ein. Die Aufnahme und Spezifikation der Anforderungen an die Systemstruktur ergeben sich durch eine detaillierte Prozessanalyse sowie der sich hieraus ergebenden Verteilung der einzelnen Systemkomponenten. Durch die räumliche und auch organisatorische Aufteilung müssen Systemkomponenten und Funktionen verteilt realisiert und implementiert werden. Der Einsatz eines verteilten Systems ermöglicht durch die Nebenläufigkeit (Informations-) Prozesse eine erhebliche Beschleunigung in der Erfassung und Verteilung von Informationen. Zusätzlich wird durch die Skalierbarkeit die Erweiterung erheblich vereinfacht. Weitere Vorteile ergeben sich in der verteilten Erfassung von Informationen und zentralen Datenhaltung sowie dezentralen Verteilung der zentral vorgehaltenen Daten. Somit kann der Zugriff auf Informationen rollen- und nutzerspezifisch gesteuert werden und dennoch ein (zentraler) Gesamtüberblick geschaffen werden. Dies ermöglicht detaillierte Auswertungen und auch eine Datenbereitstellung über den gesamten Datenbestand und somit über alle stattfindenden Prozesse und Unternehmensbereiche hinweg. Ein verteiltes System sowie dessen Komponenten können auf unterschiedlichen Endgeräten genutzt werden. Dies ermöglicht die Erfassung und Bereitstellung von Informatio- 28

29 nen und Daten in der jeweils notwendigen Form sowie mit der für den jeweiligen Produktions- und Logistikbereich geeigneten Hardware. Während in Bürobereichen überwiegend stationäre PCs eingesetzt werden, muss in der Produktion oder Logistik auf mobile Endgeräte zurückgegriffen werden. Die Abbildung 1 zeigt schematisch, wie ein verteiltes System aufgebaut ist und aus welchen möglichen verteilten Komponenten es aus Sicht der Hardware bestehen kann. Das System besteht aus mehreren Komponenten und erlaubt eine an die jeweiligen Anforderungen angepasste Konfiguration sowie flexible Erweiterbarkeit zur Anwendung in zusätzlichen Einsatzbereichen. Im Wesentlichen besteht es aus Ortungskomponenten zur genauen Ermittlung des aktuellen Lagerplatzes sowie aus Identifikationstechnologien zur eindeutigen Ermittlung der Identität eines Bauteils. Letztere dienen gleichzeitig zur Bereitstellung prozessrelevanter Informationen am Bauteil selbst. Die Entwicklung basierte auf jahrelangen Erfahrungen, die die Logistikexperten des Instituts beim Einsatz verschiedenster Identifikations- und Indoor- Ortungstechnologien zur Unterstützung einer effizienten Lagerorganisation gesammelt haben. 4 Lösungsansatz Abbildung 1: Verteiltes System mit verteilten Systemkomponenten und unterschiedlicher Hardware, Abbildung: T. Kutzler/Fraunhofer IFF 3 Gesamtsystem Eine zentrale Komponente des für den Bereich des Lagermanagements realisierten Lösungsansatzes ist das digitale Typenschild, das im Wesentlichen aus einem RFID-Transponder besteht. Bauteile oder Komponenten können damit nicht nur eindeutig identifiziert werden. Ebenfalls können die Transponder zur Speicherung und Bereitstellung prozessrelevanter Informationen genutzt werden. Zu diesen gehören neben der Bauteilnummer etwa auch Bauteilart, Herstellungsdatum, Hersteller oder weitere beliebige bauteilrelevante Daten. Neben der Verschlüsselung der gespeicherten Informationen ist es je nach Anwendungsgebiet und Art der zu kennzeichnenden Gegenstände auch möglich, die Transponder nicht sichtbar anzubringen, sodass eine Manipulation der bereitzustellenden Informationen erheblich erschwert wird. Die eindeutige Identifikation von Bauteilen und Komponenten schafft die Grundlage für eine einfache und schnelle Ermittlung der Identität eines Bauteils oder einer Komponente. Die Erfassung und Verteilung produktionsund logistikrelevanter Informationen und Daten wird somit erheblich vereinfacht. Zu- 29

30 nen und Daten in der jeweils notwendigen Form sowie mit der für den jeweiligen Produktions- und Logistikbereich geeigneten Hardware. Während in Bürobereichen überwiegend stationäre PCs eingesetzt werden, muss in der Produktion oder Logistik auf mobile Endgeräte zurückgegriffen werden. Die Abbildung 1 zeigt schematisch, wie ein verteiltes System aufgebaut ist und aus welchen möglichen verteilten Komponenten es aus Sicht der Hardware bestehen kann. Das System besteht aus mehreren Komponenten und erlaubt eine an die jeweiligen Anforderungen angepasste Konfiguration sowie flexible Erweiterbarkeit zur Anwendung in zusätzlichen Einsatzbereichen. Im Wesentlichen besteht es aus Ortungskomponenten zur genauen Ermittlung des aktuellen Lagerplatzes sowie aus Identifikationstechnologien zur eindeutigen Ermittlung der Identität eines Bauteils. Letztere dienen gleichzeitig zur Bereitstellung prozessrelevanter Informationen am Bauteil selbst. Die Entwicklung basierte auf jahrelangen Erfahrungen, die die Logistikexperten des Instituts beim Einsatz verschiedenster Identifikations- und Indoor- Ortungstechnologien zur Unterstützung einer effizienten Lagerorganisation gesammelt haben. 4 Lösungsansatz Abbildung 1: Verteiltes System mit verteilten Systemkomponenten und unterschiedlicher Hardware, Abbildung: T. Kutzler/Fraunhofer IFF 3 Gesamtsystem 30 Eine zentrale Komponente des für den Bereich des Lagermanagements realisierten Lösungsansatzes ist das digitale Typenschild, das im Wesentlichen aus einem RFID-Transponder besteht. Bauteile oder Komponenten können damit nicht nur eindeutig identifiziert werden. Ebenfalls können die Transponder zur Speicherung und Bereitstellung prozessrelevanter Informationen genutzt werden. Zu diesen gehören neben der Bauteilnummer etwa auch Bauteilart, Herstellungsdatum, Hersteller oder weitere beliebige bauteilrelevante Daten. Neben der Verschlüsselung der gespeicherten Informationen ist es je nach Anwendungsgebiet und Art der zu kennzeichnenden Gegenstände auch möglich, die Transponder nicht sichtbar anzubringen, sodass eine Manipulation der bereitzustellenden Informationen erheblich erschwert wird. Die eindeutige Identifikation von Bauteilen und Komponenten schafft die Grundlage für eine einfache und schnelle Ermittlung der Identität eines Bauteils oder einer Komponente. Die Erfassung und Verteilung produktionsund logistikrelevanter Informationen und Daten wird somit erheblich vereinfacht. Zu- 27

31 sätzlich können prozessrelevante Informationen den jeweiligen Bauteilen mitgegeben werden und stehen dort, wo sie benötigt werden, zur Verfügung. Für den Einsatz des Systems in Freiflächenlagern kommen weitere mobile Endgeräte zum Einsatz, die jedoch nicht durch Anwender direkt genutzt werden. Durch den Einsatz von GPS-basierten Ortungsgeräten, die ebenfalls Bestandteil des verteilten Systems sind, kann der aktuelle Lagerort ermittelt werden. Zur automatisierten Erkennung von Bewegungen im Lager und somit Lageveränderungen besitzen die Geräte einen Bewegungssensor, der die Ortungsgeräte bei Bewegung aktiviert und nach dem Ablegen wieder in einen Standby-Zustand versetzt. Die Ausstattung und technischen Merkmale dieser Ortungsgeräte orientieren sich ebenfalls an den in der Analyse ermittelten Anforderungen. Neben Akkus, die eine Betriebsbereitschaft für einen bestimmten Zeitraum ermöglichen müssen, sind auch mechanische Anforderungen wie Witterungsbeständigkeit zu erfüllen. Zusätzlich verfügen diese Geräte über ein GSM- Modem zur Kommunikation mit dem zentralen System. Durch diese Eigenschaften ist es nicht erforderlich, Infrastrukturen wie z.b. Antennen einzurichten, die in Anschaffung und Betrieb mit Kosten verbunden sind. Bei der Anbringung der Ortungseinheit erfolgt eine logische Verknüpfung zu einem Bauteil, sodass alle von diesem Gerät übermittelten Informationen korrekt diesem Bauteil zugeordnet werden. Dieser Vorgang wird vereinfacht, indem die sich jeweils in Bauteil und Ortungseinheit befindenden RFID- Transponder mit einem Handheld ausgelesen und einander zugeordnet werden können. So entstand eine für Außenlager bislang völlig neue Lösung zur Unterstützung der logistischen Prozesse in einem Lager. In einem Außenlager können nun die Lage und Position von Bauteilen exakt ermittelt und durch den Einsatz von RFID-Technologien alle notwendigen Daten auch am Bauteil bereitgestellt werden. 5 Zentrales System als Logistikleitwarte Durch die Echtzeitübermittlung und - protokollierung sämtlicher stattfindenden Prozesse wissen die Verantwortlichen für Produktion und Logistik jetzt, wo und in welchem Prozessschritt sich welches Teil exakt befindet und Veränderungen werden im System sofort aktualisiert. Somit kann der Gesamtzustand von Produktion und Lager mit erheblich reduziertem Aufwand ermittelt werden. Neben der schnellen Identifikation von Restkapazitäten hat sich die Suche nach einem Bauteil auf die Eingabe der Bauteilnummer und Anzeige auf einer Karte reduziert. Statt beispielsweise viele Stunden mit der Inventur eines Lagers zuzubringen, verringert sich der Aufwand jetzt auf nur wenige Minuten. 6 Alle Informationen am Bauteil und im Prozess Mit dem Einsatz der mobilen Handhelds sowie dem RFID-Chip, der einfach per Handheld beschrieben und ausgelesen wird, können alle zu den jeweiligen Bauteilen und Prozessschritten relevanten Daten digital gespeichert und jederzeit ergänzt werden. 31

32 Nicht zuletzt steht der Nutzung des Systems mit seinen verteilten mobilen Komponenten für die Unterstützung von Prozessen, welche außerhalb des Unternehmens stattfinden, nichts entgegen. Selbst auf der Baustelle lassen sich aktuelle Daten erfassen und ergänzen, z.b. wenn das Teil dort repariert oder verbaut wurde. Ist die technische Anlage in Betrieb genommen, können basierend auf den mobilen Komponenten (Handhelds) und den verbauten RFID-Chips Instandhaltungslösungen realisiert werden. Informationen über zuletzt durchgeführte Reparaturen oder Wartungen und Inspektionen können auf diesem Weg erfasst und ebenfalls zur Verfügung gestellt werden. Der Chip wird damit zum digitalen Logbuch, das die gesamte Bauteilhistorie, von der Produktion bis zum Betrieb, festhalten kann. Mit diesen Fähigkeiten ist die Technologie nicht nur eine enorme Unterstützung für die Qualitätssicherung. Sie wird auch zu einer interessanten Erweiterung, welche die Hersteller ihren Kunden zusätzlich mitliefern können. Müssen Jahre später Reparaturen durchgeführt werden, stehen automatisch alle dafür wichtigen Informationen direkt zur Verfügung. 7 Unterstützung der Disposition Die Vorteile, die sich mit der Nutzung mobiler Identifikations- und Ortungssysteme für die Produktion und Logistik ergeben, sind erheblich. Nicht nur, dass der Status der Produktions- und Logistikprozesse nun als dynamische Live-Information automatisiert zur Verfügung stehen oder jedes Detail zum Bauteil sofort abgerufen werden kann. Die zentrale Software des Systems ermöglicht auch die Unter- stützung zur optimalen Steuerung der Produktions- und Logistikprozesse. Durch die Implementierung geeigneter Steuerungsstrategien können Vorschläge für eine möglichst effiziente somit vereinfachte alltägliche Entscheidungsfindung gemacht werden. Da das System jedoch lediglich Vorschläge unterbreitet, liegt die Entscheidung, welche weiteren Schritte basierend auf den vorliegenden Informationen nachfolgend durchgeführt werden, immer noch bei den Mitarbeitern in Produktion und Logistik. Abbildung 2: Einsatz der mobilen Komponenten in der Produktion und innerbetrieblichen Logistik, Foto: Dirk Mahler/Fraunhofer IFF 8 Transparenz in Produktion und Logistik Mit der Nutzung des Systems gelingt es, eine Transparenz in Produktion und Logistik zu schaffen. Dezentral und auch mobil erfasste Informationen werden zentral in einem System vorgehalten und wieder verteilt. Somit stehen Informationen jederzeit und an der richtigen Stelle zur Verfügung und Informati- 32

33 onsflüsse werden erheblich vereinfacht und sichergestellt. Durch eine effizientere Steuerung der Produktions- und Logistikprozesse können auch weitere Effekte wie eine Reduzierung der erforderlichen Lagerflächen durch effizientere Auslastung oder einer engeren Verzahnung von Produktion und Logistik erschlossen werden. 9 Nutzen für weitere Bereiche Die vielseitige Anwendbarkeit schafft zudem wichtige und gewinnbringende Vorteile über die innerbetrieblichen Prozesse hinaus. Mit der durchgängigen Erfassung sämtlicher Vorgänge im Unternehmen entsteht eine lückenlose Dokumentation der bauteilrelevanten Prozesse über die Produktion, Transporte und Lagerung, bis zur Baustelle und auch darüber hinaus im Betrieb. Hiervon profitieren jedoch nicht nur die zunächst adressierten Logistiker und Lagermanager, sondern auch die Instandhaltung und die Qualitätssicherung. Originär geplant als effiziente neue Logistikunterstützung in Freiflächenlagern und dort auch bereits erfolgreich eingesetzt, ist die neue Technologie eben nicht nur auf diese beschränkt. Ihre Flexibilität, Einfachheit und Robustheit macht sie für die Nutzung in vielen weiteren Bereichen hoch interessant. 33

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35 MOBILE AUGMENTED-REALITY- SYSTEME FÜR MONTAGE- UND MARKETINGUNTERSTÜTZUNG Simon Adler M.Sc., Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF Dipl.-Ing. Eric Bayrhammer, Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF Dipl.-Ing. Gerhard Krossing, VAKOMA GmbH 35

36 LEBENSLAUF Simon Adler M.Sc. Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF, Wissenschaftlicher Mitarbeiter Sandtorstraße Magdeburg Telefon: seit seit 2008 seit 2012 seit 2009 Studium zum Dipl.-Medieninform. (FH), S-H Freiberufliche Tätigkeit, Modellierung 3D Leitender Entwickler (Game Development), Fa. Sensator AG, Thüringen Studium zum Master of Science in Computational Visualistics, Otto-von-Guericke Universität Magdeburg Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Fraunhofer Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF Themenbereich:»medizinische Simulation«Themenbereich:»Augmented Reality«Beginn des Promotionsvorhabens»Entwicklung und Untersuchung von Verfahren zur interaktiven Simulation für die Entwicklung minimal-invasiver Operationsmethoden«36

37 LEBENSLAUF Dipl.-Ing. Eric Bayrhammer Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF, Wissenschaftlicher Mitarbeiter Sandtorstraße Magdeburg Telefon: seit 2006 Abschluss des Studiums als Diplomingenieur für Computervisualistik an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF Mitarbeit und Leitung in Forschungs- und Industrieprojekten u.a. in den Themenfeldern CAD to SIM, Produktkonfiguration, Virtuelle Inbetriebnahme, Mixed Reality 37

38 LEBENSLAUF Dipl.-Ing. Gerhard Krossing VAKOMA GmbH, Geschäftsführer Olvenstedter Chaussee Magdeburg Telefon: Telefax: vakoma@vakoma.de seit 1991 Ingenieurhochschule Zwickau, Kraftfahrzeugtechnik, Diplomverfahren, Abschluss Diplomingenieur VE Kraftverkehrs- und Instandsetzungskombinat Magdeburg Direktionsbereich Instandhaltung, zuständig für Regiewerkstätten VEB Kraftverkehr Magdeburg, Direktor für Instandhaltung VEB Zentraler Versorgungsbetrieb des VE Verkehrskombinat Magdeburg, Betriebsdirektor THA, Handelshaus Magdeburg Fahrzeugteile Fachgroßhandel GmbH, Geschäftsführer, Privatisierung und Erwerb Mitglied und Vizepräsident (seit 1995) Landesverband Großund Außenhandel S/A e.v. seit 1992 seit 2000 seit 2012 Mitglied und Vorstandsmitglied im Bundesverband Deutscher Exporteure e.v. VAKOMA Trade GmbH, Gesellschafter, Geschäftsführer Neugründung VAKOMA Production GmbH, Getriebewerk Gesellschafter, Geschäftsführer 38

39 MOBILE AUGMENTED-REALITY SYSTEME FÜR MONTAGE- UND MARKETINGUNTERSTÜTZUNG Simon Adler M.Sc., Dipl.-Ing. Eric Bayrhammer, Dipl.-Ing. Gerhard Krossing Mobile Systeme (Smartphones, Tablet-PCs) stellen den kompakten Verbund aus Kamera, Bildschirm und Senso-ren (u.a. Lage- und Beschleunigungssensor) dar und besitzen mittlerweile leistungsstarke Mehrkernprozessoren, so dass auch aufwendige Berechnungen und Visualisierungen ermöglicht werden. Am Fraunhofer IFF wurde eine Mobile Lernumgebung für Tablet-PC und Smartphones entwickelt. Diese Umgebung ermöglicht das Lernen von Prozessanweisungen in mehreren Modulen. Die textuelle Beschreibung wird hierbei durch Bild, Video und virtuelle 3D- Modelle unterstützt. Die Lernumgebung soll darüber hinaus im Arbeitsprozess unterstützen. Wenn im Arbeitsprozess veränderte Rahmenbedingungen auftreten kann der Anwender Bild-, Video- und Textinformationen ergänzen. Der Wissensstand kann über Multiple-Choice Tests geprüft und verglichen werden. Nach Training und Qualifikation kann die Selbe Anwendung verwendet werden, um den Arbeitsprozess zu protokollieren. Die im Prozess erforderlichen Arbeitsprozesse und Arbeitsschritte liegen hierbei als Checkliste vor. Beim Beenden eines Arbeitsschrittes können Nutzereingaben abgefragt werden, die über ein konfigurierbares Regelsystem validiert werden, so dass Auffälligkeiten im Arbeitsprozess identifiziert werden können. Hierdurch kann die Notwendigkeit von Anpassungen der Arbeitsprozesse erfasst werden. Die hier verwendeten 3D-Inhalte können mittels Augmented-Reality (AR) auch zur Marketingunterstützung eingesetzt werden. Die AR ist die Überlagerung von Kamerabildern durch zusätzliche virtuelle Inhalte. Durch Verfahren der Bildverarbeitung können diese Inhalte lagesynchron zu realen Objekten dargestellt werden. Im Marketing wird hierfür das Bild einer Kamera auf einem Monitor gestellt. Im Sichtbereich der Kamera dienen hierdurch die Seiten der Produktkataloge als Präsentationsfläche der 3D-Inhalte. Durch Bewegung des Kataloges kann der Betrachter die 3D-Inhalte drehen oder das Modell näher betrachten, wenn er es näher an die verwendete Kamera bewegt (Abb. 1). Durch Schaltflächen auf den Katalogseiten kann der Betrachter zusätzlich hinterlegte Animationen (u.a. Explosions- oder Ablaufdarstellungen) kontrollieren (Abb. 1). Abbildung 1: Modell eines Großgetriebes auf einem Werbekatalog, Quelle: Fraunhofer IFF Kopfgetragene Displays (HMDs) sind aufgrund der Entwicklung mobiler Endgeräte zunehmend technologisch ähnlich zu aktuellen Smartphones oder Tablet-PCs. Zuneh- 39

40 mend wird die erforderliche Rechenleistung im HMD integriert, so dass kein zusätzliches Gerät mehr mitgeführt werden muss. Die kompakten Geräte finden hierdurch eine stärkere Akzeptanz in der Produktion und im Anlagenbau. Das HMD ermöglicht die handlungsbegleitende Informationsvisualisierung ohne Anwender bei den durchgeführten Arbeitsprozessen zu unterbrechen. Durch Bildverarbeitung und die integrierte Sensorik kann eine Kontexterkennung ermöglicht werden. Verändert der Anwender den Arbeitsablauf kann das System so automatisch adaptieren, wodurch die dem neuen Arbeitsablauf entsprechenden Handlungsinformationen ohne Anwendereingabe dargestellt werden können. Mobile Systeme sind sowohl Smartphones als auch HMDs und können im industriellen Kontext das Training, Qualifikation, Marketing sowie bei Arbeitsprozessen mit dynamischen Inhalten unterstützen. Der schnelle Zugriff auf Lerninhalte verbessert die Verfügbarkeit bei Arbeitsprozessen. Durch die technologische Annäherung an HMDs können die verwendeten Inhalte arbeitsbegleitend zur Verfügung gestellt werden ohne die eigentlichen Arbeitsprozesse unterbrechen zu müssen. 40

41 LINKED FACTORY DATENINTEGRATION ZUR MOBILEN INFORMATIONS- BEREITSTELLUNG IN DER PRODUKTION Dipl.-Inf. Ariel Firlej, Dipl.-Inf. Tino Langer, Prof. Dr.-Ing. Matthias Putz, Dr. Andreas Schlegel, Dipl.-Inf. Antje Schreiber Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Hauptabteilung Produktionsmanagement 41

42 LEBENSLAUF Dipl.-Inf. Ariel Firlej Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Gruppe Informationsmanagement Reichenhainer Straße Chemnitz Telefon: Telefax: Abitur Ausbildung zum IT-Systemelektroniker IT-Netzwerkadministrator bei der T-Systems PCM AG in Feldkirchen bei München seit 2011 Studium der Angewandten Informatik mit dem Schwerpunkt Informations- und Kommunikationssysteme an der TU- Chemnitz, Diplomarbeit»Eine Publish-Subscribe Infrastruktur für Linked-Data Applikationen«Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU im Bereich der Anwendungsentwicklung, Aufgabenschwerpunkt ist die Entwicklung und Erforschung von Anwendungen im Umfeld mobiler IT 42

43 LEBENSLAUF Dipl.-Inf. Tino Langer Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Gruppenleiter Informationsmanagement Reichenhainer Straße Chemnitz Telefon: Telefax: seit 2004 Abschluss des Informatikstudiums an der Technischen Universität Chemnitz mit dem Schwerpunkt Künstliche Intelligenz Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz, Themenfeld: e-services für Maschinen und Anlagen 43

44 LEBENSLAUF Prof. Dr.-Ing. Matthias Putz Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Hauptabteilungsleiter Produktionsmanagement Reichenhainer Straße Chemnitz Telefon: Telefax: Maschinenbaustudium an der Technischen Universität in Sankt Petersburg Wissenschaftlicher Assistent an der Technischen Universität Chemnitz seit 2000 seit 2012 Promotion an der Technischen Universität Chemnitz Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU Hauptabteilungsleiter Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU In der Abteilung Produktionsmanagement tätig 44

45 LEBENSLAUF Dr. Andreas Schlegel Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Abteilungsleiter Unternehmensmanagement Reihenhainer Straße Chemnitz Telefon: Telefax: Studium Fertigungstechnik und -betrieb mit dem Schwerpunkt der rechnergestützten Arbeitsvorbereitung an der Technischen Hochschule Zwickau Promotion an der Technischen Universität Chemnitz Seit 2001 Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU Aktuelle Forschungsschwerpunkte sind die ressourceneffiziente Produktion, das betriebliche Informationsmanagement sowie die digitale Planung und Steuerung von Fabrik- und Logistikprozessen 45

46 LEBENSLAUF Dipl.-Inf. Antje Schreiber Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Gruppe Unternehmensplanung und - steuerung Reichenhainer Straße Chemnitz Telefon: Telefax: antje.schreiber@iwu.fraunhofer.de 1995 Ausbildung zur Vermessungstechnikerin Angestellte bei einem öffentlich bestellten Vermessungsingenieur in Chemnitz im Bereich Kataster und Geoinformationssysteme seit 2010 Studium der Angewandten Informatik an der TU Chemnitz Wissenschaftliche Mitarbeiterin, TU Chemnitz am Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse (IWP) im Virtual Reality Center Production Engineering Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in der Abteilung Unternehmensmanagement, Aufgabenschwerpunkte liegt in der Erforschung und Entwicklung von Anwendungen im Umfeld der Mobile IT 46

47 LINKED FACTORY DATENINTEGRATION ZUR MOBILEN INFORMATIONSBEREITSTELLUNG IN DER PRODUKTION Dipl.-Inf. Ariel Firlej, Dipl.-Inf. Tino Langer, Prof. Dr.-Ing. Matthias Putz, Dr. Andreas Schlegel, Dipl.-Inf. Antje Schreiber 1 Einleitung Im Umfeld der Produktion werden die zu beherrschenden Prozesse zunehmend komplexer und müssen sich den-noch bei gleichbleibend hoher Qualität und Zuverlässigkeit flexibel an geänderte Rahmenbedingungen anpassen [1]. Sowohl während der einzelnen Lebenszyklusphasen von Produkten wie beispielsweise Entwurf, Entwicklung und Betrieb, als auch in verschiedenen Teil-bereichen der Produktion wie Fertigung, Logistik und Controlling, fallen unterschiedlichste Daten an [2]. Einer durchgehenden Optimierung von Prozessen steht dabei oft eine große Menge von inkohärenten Daten, erfasst über die einzelnen Lebenszyklusphasen, aber auch fehlende Daten und Information zwischen den einzelnen Phasen, gegenüber [3]. Erhöht werden die bestehenden Schwierigkeiten dadurch, dass derzeit existierende Softwarewerkzeuge und Datenverwaltungssysteme meist Insellösungen darstellen, so dass Daten nicht oder nur unzureichend miteinander verknüpft, und Informationen aufgabenbezogen bereitgestellt beziehungsweise visualisiert werden können. Demgegenüber ergeben sich in Folge der fortschreiten-den Entwicklungen im Bereich der Informations- und Kommunikationstechnologien, unter anderem im Umfeld mobiler Endgeräte, neue Einsatzgebiete und innovative Interaktionsmöglichkeiten in der Produktion [4][5]. Ergänzt durch den Wunsch nach autonomen und selbstorganisierenden Produktionssystemen müssen Informationen gezielt in Abhängigkeit des Kontextes, wie Ort, Zeit oder Rolle des Nutzers zur Verfügung gestellt werden. Um diesen sowohl produktions- als auch informations-technischen Herausforderungen im Kontext der Industrie 4.0 zu begegnen, wurde am Fraunhofer IWU ein Konzept der vernetzten Fabrik (»Linked Factory«) entwickelt. Ziel ist es, Wissen sowohl über die einzelnen Maschinen und Komponenten einer Fabrik, als auch bezüglich umgesetzter Prozesse und gefertigter Produkte global verfügbar zu machen. Eine softwarebasierte Umsetzung des Konzeptes dient als Basis für eine Auswahl von Softwarewerkzeugen, beispielsweise zur anwendungsspezifischen Überwachung, Visualisierung und Steuerung ausgewählter Bereiche der Produktion. Dem Trend folgend, Interaktion und Kontrolle durch den Einsatz mobiler Steuerungs- und Überwachungseinheiten zu ergänzen, können diese Werkzeuge direkt vor Ort genutzt werden, um so eine permanente und nahezu Echtzeitbedienung und Echtzeitkontrolle zu ermöglichen. Als industriebezogene Anwendung der Linked Factory wurde am Fraunhofer IWU beispielsweise eine Lösung zur mobilen Überwachung von Produktionsanlagen mit kontextbasierter Informationsbereitstellung umgesetzt. 47

48 2 Globale Daten- und Informationsbereitstellung zur Produktionsunterstützung Damit Maschinen und Komponenten einer Fabrik dezentral agieren und durch ihre gezielte Interaktion mit der Umgebung die Produktion mit allen Haupt- und Nebenprozessen optimieren können ist es notwendig, dass sich alle Komponenten der Produktion, Produktions- und Gebäudeinfrastruktur ihrer Umgebung bewusst sind. Um dieser Aufgabe gewachsen zu sein, müssen die virtuelle IT-Welt und die reale Produktionswelt zunehmend weiter zusammenwachsen. Das nachfolgend vorgestellte Konzept und die softwarebasierte Umsetzung der Linked Factory repräsentiert eine notwendige Teillösung zur Realisierung dieser Entwicklung. 2.1 Konzept und Umsetzung der Linked Factory Die Linked Factory stellt, als eine softwarebasierte Daten- und Dienstplattform, einen integralen Baustein auf dem Weg zur Umsetzung neuer innovativer Lösungen zur Unterstützung flexibler Produktionsstrukturen dar. Sie integriert und verknüpft domänenübergreifende Daten, beispielsweise bezüglich Struktur und Aufbau vorhandener Maschinen und Produktionssysteme, Kennwerten und Sensorinformationen laufender Prozesse, Bearbeitungsständen und -ergebnissen gefertigter Produkte (MES), Zielvorgaben zur Steuerung des Fabrikbetriebes (PPS, ERP), Ressourcenverbrauch von Komponenten der Produktion, Produktions- und Gebäudeinfrastruktur (Leitsysteme), Zusammenhängen zwischen den Komponenten einer abgebildeten Fabrik. Unter explizitem Einbezug des Menschen in der Produktion erfüllt die Linked Factory, neben der Integration bestehender Softwaresysteme, verschiedene Aufgaben, um typische Anwendungen im Produktionsumfeld, wie beispielsweise das Condition Monitoring oder die Fertigungssteuerung, zu unterstützen. Ziel ist es, domänen-spezifisch verwaltete Daten entsprechend vorgegebener Anforderungen zur Ableitung neuer Informationen oder angefragten Wissens miteinander zu verlinken. Diese Daten werden kontextbezogen über definierte Schnittstellen in Abhängigkeit vorhandener Anfragerollen bereitgestellt. Unter Anwendung der so verlinkten Daten und basierend darauf generierter Informationen, sind verschiedene Dienste ausführ- und kombinierbarbar. Um die Flexibilität in der Anwendung und den Administrationsaufwand zu minimieren, existieren weiterhin für die einzelnen Komponenten der Fabrik Mechanismen zur Selbstbeschreibung (plug and play), die eine dynamische Erweiterbarkeit erlauben. Abbildung 1 zeigt das Konzept der Linked Factory schematisch. Für die softwarebasierte Umsetzung der Linked Factory werden am Fraunhofer IWU Prinzipien des Semantic Web [6][7] genutzt. Ziel des Semantic Web, als eine Erweiterung des World Wide Web, ist es, die Verarbeitung 48