Session 6 Mensch-Maschine-Interaktion FlexiMiR. CoR-Lab, Universität Bielefeld HARTING Technologiegruppe. 06. Dezember 2017 Paderborn.

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1 Session 6 Mensch-Maschine-Interaktion FlexiMiR CoR-Lab, Universität Bielefeld HARTING Technologiegruppe 06. Dezember 2017 Paderborn

2 Einführung Universität Bielefeld Expertise für Interaktive Intelligente Systeme Zwei 2007 gegründete zentrale wissenschaftliche Einrichtungen der Universität Bielefeld mit Fokus auf Mensch-Maschine Interaktion Maschinelles Lernen Intelligente (Robotik-) Systeme Institut für Kognition und Robotik Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie Arbeitsgruppe Cognitive Systems Engineering Modellgetriebene Softwareentwicklung Softwaredesign und Integration von (Robotik-) Systemen Systemanalyse und -evaluation it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 2

3 Harting IT & Applied Technologies Hauptsitz Espelkamp ca. 120 Mitarbeiter m² Fertigungsfläche Forschung und Entwicklung Konstruktion Fertigung Montage Steuerungsbau Montagevorrichtungen Montagearbeitsplätze Prüfvorrichtungen Hilfsvorrichtungen Montage-Vorrichtungen Vollautomatische Montageanlagen Rundtakt- und Ringtaktsysteme Transferanlagen Lose und feste Verkettung Prüfsysteme Sondermaschinen it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 3

4 Einführung Innovationsprojekt FlexiMiR Problemstellung Kleine Losgrößen und individuelle Produkte Stetig wechselnde Arbeitsumgebung Hochfrequente Anpassung von Prozessen Anforderungen Intuitive Bedienung komplexer Maschinen und Systeme Wiederverwendbarkeit von Routinen und Komponenten Zielsetzung Interaktives Begleiten und Anleiten Inkrementelle Inbetriebnahme und Parametrisierung der Prozesse Anpassung eines Produktionssystems mit dem Ziel der Vollautomatisierung it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 4

5 FlexiMiR Grundlage Ausgangssituation Monolithischer Maschinenkorpus Serienfertigung hoher Stückzahlen Produktvarianz bedingt abbildbar Monolithischer klassischer Aufbau Modularisierung Ist-Situation Modularisierung in flexible Zelleneinheiten Nach Bedarf kombinierbar Autonome Steuerungslogik Arbeitsraum an Produktvariabilität und -anforderung anpassbar Touch-Panel als lokale MMI Autonomer modularer FlexiMon-Aufbau ( heute) it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 5

6 FlexiMiR Grundlage Steuerung: Modellierung vernetzter Produktionsprozesse Process Modeling BPMN = Business Process Model and Notation BPMN als durchgängige grafische Modellierungssprache Ziel: Fachliche und technische Beschreibung von Workflows Unterstützt die Modularisierung, Hierarchisierung Bildquelle: Camunda it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 6

7 FlexiMiR Grundlage Vom Modul zur Komponente Projekt itsowl-fleximon (1. bis 3. Forschungsjahr) Konfiguration auf Modulebene Projekt itsowl-fleximir (4. und 5. Forschungsjahr) Konfiguration auf Komponentenebene mit interaktiver Roboterprogrammierung Interaktive: Planung Integration Validierung Vom Modul zur Komponente Ziel: Konfigurierbare Vollautomatisierung it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 7

8 FlexiMiR Plug-and-Produce Plug-and-Produce Anschließen, Parametrisieren und Fertigen FlexiMiR-Modul Aufnahme von Komponenten Standardisierte Buchse Physikalische Versorgung durch Medium (Strom, Druckluft ) Informationstechnische Versorgung (Daten) Komponenten für P&P Gemeinsame Hardware Basis Grundplatte Standardisierter Steckverbinder Identifikationsmodul Selbstbeschreibung Messpunkte für Lokalisation it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 8

9 FlexiMiR Einsatz eines Roboters "! Kollaborativer Roboter Zentrale Schnittstelle Kognitive Intelligenz des Menschen nutzten Sorgt für Erreichbarkeit von Komponenten $ " # $ " # Versorgung mit Material " ' & # " ' & % / /! + *! ) *, ) ( &! + * # Kombination aus gekoppelter und entkoppelter Arbeit > :? = P N O L MA KF G HI J ABCD <= ; : Sicherheit nach ISO TS-15066, DIN-EN-ISO , it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 9

10 Das Software-Konzept von FlexiMiR Architekturproblematik Gemeinsame formale Modellierung Wiederverwendbarkeit und Kapselung von Komplexität Dynamische Konfiguration zur Laufzeit Lösungsansatz Anpassung durch Parametrisierung Flexible Reihenfolgenbildung Modulübergreifende Prozesskontrolle Assistiertes Vorgängen für (Re)konfigurations- und Produktionsvorgänge it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 10

11 Das Software-Konzept von FlexiMiR Architekturproblematik Gemeinsame formale Modellierung Wiederverwendbarkeit und Kapselung von Komplexität Dynamische Konfiguration zur Laufzeit Lösungsansatz Anpassung durch Parametrisierung Flexible Reihenfolgenbildung Modulübergreifende Prozesskontrolle Assistiertes Vorgängen für (Re)konfigurations- und Produktionsvorgänge it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 11

12 Das Software-Konzept von FlexiMiR Architekturproblematik Gemeinsame formale Modellierung Wiederverwendbarkeit und Kapselung von Komplexität Dynamische Konfiguration zur Laufzeit Lösungsansatz Anpassung durch Parametrisierung Flexible Reihenfolgenbildung Modulübergreifende Prozesskontrolle Assistiertes Vorgängen für (Re)konfigurations- und Produktionsvorgänge it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 12

13 Dynamische Konfiguration: Anschließen it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 13

14 Dynamische Konfiguration: Integrieren it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 14

15 Dynamische Konfiguration: Lokalisieren it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 15

16 Dynamische Konfiguration: Adaptieren it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 16

17 FlexiMiR Ergebnisse Resümee und Ausblick it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 17

18 FlexiMiR Industrielles Anwendungsszenario Komponenten Magazine Werkstückträger (RFID kodiert) Prozess Ziel Montage von Steckverbindern (Re)konfiguration eines Prozesses Einbinden einer Komponente Parametrisierung der Komponente Magazin Werkstückträger it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 18

19 FlexiMiR Industrielles Anwendungsszenario Werkstück Fertigung von Steckverbindern Reales Problem aus Industriealltag Herausforderung: Hohe Produktvariabilität Automatisiertes und präzises Fügen von Kleinteilen Wechselnde Produktionsbedingungen Bisherige Lösung Manuelle Montage bei Kleinserien Probleme: begrenzte Taktzeiten Kundenzufriedenheit it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 19

20 FlexiMiR Industrielles Anwendungsszenario it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 20

21 FlexiMiR - Ergebnisse Ergebnisse Hannover Messe 2017 Exponat Interaktives Konzept Konfiguration von Prozessen Rekonfiguration von Verhalten Interaktionsmodell zwischen Mensch, Roboter, Maschine und Simulation Adaption an wechselnde der Umgebung Einheitliches, nachvollziehbares und modellgestütztes Vorgehen Publikationen 1,2 1) Wojtynek M, Oestreich H, Beyer O, Wrede S. Collaborative and Robot-Based Plug & Produce for Rapid Reconfiguration of Modular Production Systems. Presented at the SII 2017, Taipeh, Taiwan 2) Balayn A, Queißer J, Wojtynek M, Wrede S. Adaptive Handling Assistance for Industrial Lightweight Robots in Simulation. Presented at the 2016 IEEE SIMPAR, San Francisco, USA it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 21

22 FlexiMiR Ergebnisse Resümee und Ausblick it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 22

23 Resümee und Ausblick Resümee Digitaler Zwilling Repräsentation in Datenstrukturen Visuell in Simulation Dynamische Integration Flexible Anpassung Intelligenz des Menschen zur Konfiguration genutzt Unterstützung durch wiederkehrende Assistenzfunktionen Ausblick Untersuchen der Interaktionen in Studien Ausbau des Plug-and-Produce Systems auf weitere Komponenten (z.b. Aktoren) Abstraktionsgrad generischer Assistenzfunktionen it s OWL Clustermanagement GmbH Michael Wojtynek 23

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!