Asstistenzsysteme

Assistenz in der manuellen Montage durch XTEND|assembly

Durch den Einsatz des stationären Systems XTEND|assembly können Anwender schrittweise durch komplexe Produktionsvorgänge geleitet werden. Hierbei werden relevante Informationen eines Produktionsschrittes in Form von Texten, Grafiken oder Videosequenzen direkt auf den Arbeitsplatz oder auf das Werkstück projiziert und können mit intuitiven Zeige- und Handgesten bedient werden. Durch die Anzeige prozessbezogener Daten im unmittelbaren Umfeld des Arbeitsbereichs wird den Anwendern die Möglichkeit gegeben, wichtige Informationen jederzeit wahrzunehmen und sich gleichzeitig auf ihre primären Arbeitsaufgaben zu konzentrieren. Darüber hinaus wird der anfallende Bedienaufwand minimiert, da zur Interaktion mit dem System keine peripheren Eingabegeräte notwendig sind. 3D-Kameras um den Arbeitstisch herum erfassen dabei nicht nur die Anwender und deren Armbewegungen, sondern auch den Arbeitsraum und alle sich darin befindenden Objekte, wie etwa Materialkisten. Zudem wird Werkzeug, das zuvor mit einfachen Markern versehen wurde, kostengünstig im Einsatz dokumentiert und Verschraubpositionen automatisch bestätigt und protokolliert.

Kontakt:
Prof. Dr. Dr. Carsten Röcker
Fraunhofer-Anwendungszentrum Industrial Automation (IOSB-INA)
Langenbruch 6 | D-32657 Lemgo
Tel.: +49526194290-01

 

Assistenzsystem mittels Pick-to-light

Das Pick-to-light Assistenzsystem wurde in Kooperation mit dem Unternehmen Turck an einem Arbeitsplatz zur Montage von Fräsaggregaten des Unternehmens HOMAG Kantentechnik realisiert. Das System verfügt über einen Vision-Sensor, über den der Auftrag eingelesen und die entsprechende Montagesequenz gestartet wird. Für den Montageablauf wurden Leuchten mit optischem Sensor für eine berührungslose Entnahmerückmeldung an den Teilebehältern verbaut. Zusätzlich finden kapazitive Sensoren ihre Anwendung für die Entnahme aus Kleinteilebehältern. Durch die Verwendung berührungsloser Sensoren wird eine assistenzgestützte Montage ermöglicht, ohne dass der Beschäftigte die Teileentnahme zu quittieren hat. Die für den Werker benötigten Montageinformationen werden über einen Bildschirm ausgegeben. Auf dem Kennzahlencockpit (rechts im Bild) werden die vom PTL System erfassten Daten angezeigt. Diese beinhalten zum einen eine Echtzeit-Daten-Anzeige zum Prozess (z. B. Arbeitsplatzstatus, Fortschritt) sowie verschiedene Kennzahlen (z. B. Zeitgrad). Darüber hinaus können kritische Prozessschritte über ein Bildverarbeitungssystem überwacht werden, so dass eine fehlerfreie Montage gewährleistet werden kann.

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Labor für Industrial Engineering Fachbereich 7
Prof. Dr.-Ing. Sven Hinrichsen
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Intelligente Assistenzsysteme

Aufgrund der erwartungsgemäß steigenden Komplexität in der Produktion, des demographischen Wandels und zunehmend kürzeren Produktlebenszyklen müssen Anwender zukünftig verstärkt durch adaptive Assistenzsysteme unterstützt werden. Durch den zielführenden Einsatz von Assistenzsystemen kann hierbei sowohl die Flexibilität eines Systems erhöht, als auch die individuelle Unterstützung von Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen gewährleistet werden. Somit lässt sich ein entscheidender Wettbewerbsvorteil erzielen.

Am Institutsteil für industrielle Automatisierung der Fraunhofer-Gesellschaft werden anwendungsspezifische Assistenzsysteme entwickelt, die dank modularem Aufbau vielseitig in der Produktion eingesetzt werden können. Hierbei reichen die Anwendungsfälle von der Anleitung ungelernter Kräfte, über die Unterstützung von Mitarbeitern in komplexen Montageprozessen bis hin zur Unterstützung von Menschen mit geistigen und körperlichen Behinderungen um neue Perspektiven in der inklusiven Arbeit zu ermöglichen.

Die am Fraunhofer IOSB-INA entwickelte Plattform XTEND kombiniert, je nach Anwendungsfall, die Vorteile verschiedener Ein- und Ausgabesysteme und bietet ein modulares Assistenzsystem zur Unterstützung unterschiedlicher industrieller Tätigkeiten an. XTEND erweitert die physische Arbeitsumgebung des Anwenders um prozessbezogene digitale (Zusatz-)Informationen im unmittelbaren Umfeld des Arbeitsbereichs. Hierdurch wird den Beschäftigten die Möglichkeit gegeben, wichtige Informationen beispielsweise unter Zuhilfenahme von Datenbrillen, Projektionen oder mobiler Endgeräte jederzeit wahrzunehmen und sich gleichzeitig auf ihre primäre Arbeitsaufgabe zu konzentrieren. Im Fokus steht dabei eine adaptive Benutzerschnittstelle, welche vor allem die kognitiven und körperlichen Möglichkeiten der Beschäftigten erweitert und die ihre Kompetenz in den Mittelpunkt einer wandlungsfähigen Produktionsumgebung stellt.

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Prof. Dr. Dr. Carsten Röcker
Fraunhofer-Anwendungszentrum Industrial Automation (IOSB-INA)
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Kontextbasierte und mobile Unterstützung durch XTEND|mobile

XTEND|mobile ermöglicht die verbesserte Maschinen- und Anlagenwartung durch die Überlagerung und Einblendung digitaler Informationen in den Arbeitskontext per Datenbrille. Mit Hilfe der im Endgerät verbauten Kamera erkennt das Assistenzsystem die Umgebung des jeweiligen Arbeitskontextes. Somit können für den Prozess relevante Komponenten der Maschine visuell gekennzeichnet werden. Die in dem System verbaute Gestenerkennung kann eine Interaktion der Anwender mit diesen Komponenten registrieren und somit adaptive und situationsabhängige Inhalte anbieten. Zudem können die Anwender digitale Informationen in Formen von Notizen an strategisch wichtigen Stellen des Arbeitsszenarios hinterlegen. Diese Informationen können Arbeitsinstruktionen, Montageunterstützungen oder etwa Informationen zur Instandhaltung beinhalten. So können sie zu einem späteren Zeitpunkt unter Zuhilfenahme der Applikation an der gleichen Stelle wieder aufgefunden, abgerufen und aktualisiert werden.

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Prof. Dr. Dr. Carsten Röcker
Fraunhofer-Anwendungszentrum Industrial Automation (IOSB-INA)
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Montageeinzelarbeitsplatz mit ultraschallbasiertem Assistenzsystem

An dem Montageeinzelarbeitsplatz wird ein Drehantrieb der Holter Regelarmaturen (HORA) montiert. Der manuelle Montageprozess wird dabei über ein Local Positioning-System der Firma Sarissa unterstützt. Das im Jahr 2012 vom Labor für Industrial Engineering beschaffte System besteht aus Ultraschallsendern, die der Werker während der Arbeit an seinen Handgelenken trägt, einer Empfangseinheit und einem Bildschirm, der über eine USB-Schnittstelle mit der Empfangseinheit verbunden ist. Die Empfangseinheit kann über Laufzeitmessungen den Ort der Sender im 3-dimensionalen Raum bestimmen und somit die Bewegungen des Werkers aufzeichnen. Das System gibt in Abhängigkeit vom Fortschritt des Montageprozesses entsprechende Hilfestellungen über den Bildschirm aus. Zudem werden verschiedene Arbeitsgestaltungsmaßnahmen am Beispiel eines Produktes des Unternehmens HORA unter Berücksichtigung der LCIA-Methode (Low Cost Intelligent Automation) gezeigt. Das Rüsten erfolgt über einen schnellen Wechsel des Durchlaufregals.

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Labor für Industrial Engineering Fachbereich 7
Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) Benjamin Adrian, M.A.
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On-the-job-Qualifizierung durch XTEND|training

XTEND|training ermöglicht die Einarbeitung unerfahrener Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen in den Bereichen Montage, Wartung und Instandhaltung. Die aktive Unterstützung der Beschäftigten erfolgt durch projektionsbasierte Montageunterstützung sowie Nachverfolgung der getätigten Arbeitsschritte durch Hand- und Gestenerkennung. Auf diese Weise soll einerseits die Qualität der montierten Produkte erhöht werden und andererseits die Möglichkeit geschaffen werden, Beschäftigte gezielter auf Produktbesonderheiten hinzuweisen um mögliche Fehlerquellen bereits im Vorfeld kenntlich zu machen. Das Assistenzsystem richtet sich hierbei nach den individuellen Bedürfnissen und Fähigkeiten der Beschäftigten und passt die Schnelligkeit und die Inhalte des Lernprozesses unter Zuhilfenahme intelligenter Algorithmen dementsprechend an. So kann beispielsweise die visuelle Montageassistenz im Laufe des Anlernprozesses vermindert werden, um monotone Arbeitsvorgänge zu vermeiden und die Beschäftigten während des Prozesses effektiv zu fördern

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Fraunhofer-Anwendungszentrum Industrial Automation (IOSB-INA)
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Projektionsbasiertes Montageassistenzsystem mit Sprach- und Gestensteuerung

Das projektionsbasierte Montageassistenzsystem basiert auf Forschungsarbeiten des Labors für Industrial Engineering. Es wurde von dem im Jahr 2016 gegründeten Unternehmen Assembly Solutions mit Sitz in Detmold entwickelt. Es zeichnet sich dadurch aus, dass innerhalb kurzer Zeit selbstbeschreibungsfähige Arbeitsanweisungen erstellt und auf den Arbeitsbereich projiziert werden können. Damit wird der Werker situationsbezogen in seiner Arbeit unterstützt und Schritt für Schritt durch den Arbeitsprozess geleitet. Die Arbeitsanweisung umfasst u. a. die Darstellung von Texthinweisen, Bildern, Videos, Animationen, Hilfsmarkierungen auf Bauteilen und Werkzeugen sowie eine Pick-to-light Anzeige. Das Basissystem besteht aus einer Rechnereinheit (Tablet), einer Projektionseinheit (Beamer) sowie Sprach-, Gesten- und Taster-Steuerungsmöglichkeiten. Durch weitere Hardwarekomponenten (z. B. Scharuber) oder Schnittstellen zu ERP-/MES-Systemen kann das System individuell konfiguriert werden. Darüber hinaus kann ein Lichtgitter integriert werden, mit dem die Teileentnahme aus Behältern überwacht und gesteuert wird.

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Labor für Industrial Engineering Fachbereich 7
Prof. Dr.-Ing. Sven Hinrichsen
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RFID Informationslogistik

RFID SH Gesamt

Die Materialversorgung erfolgt in der Praxis vielfach über Behälter-Kanban-Systeme. Diese haben den Nachteil, dass die Informationsübermittlung zwischen der Montage und dem Lager recht lange dauert. Erhöhte Bestände sind eine Folge. Gemeinsam mit dem Unternehmen Turck wurden die informationslogistischen Prozesse neu gestaltet. So werden die leeren Behälter auf einem Sammelwagen via RFID gescannt. Dadurch wird eine Bedarfsmeldung im Lager ausgelöst. Die im Lager kommissionierten Materialien werden zum entsprechenden Arbeitsplatz gebracht und dort über RFID identifiziert. Mit dem Erfassen über RFID wird über eine grün leuchtende Lampe angezeigt, wo der volle Behälter im Durchlaufregal zuzuführen ist (Put-to-light). Der Kommissionierwagen wurde zudem so gestaltet, dass dieser auch über ein fahrerloses Transportfahrzeug bewegt werden kann.

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Labor für Industrial Engineering Fachbereich 7
Prof. Dr.-Ing. Sven Hinrichsen
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Standortübergreifende Assistenz durch XTEND|remoteSupport

Für die standortverteilte Produktion setzt das Assistenzsystem XTEND|remoteSupport auf eine vernetzte Assistenz, die ortsunabhängig Arbeitsplätze miteinander verbindet. Dazu wird der Datenaustausch zwischen den unterschiedlichen Komponenten des Produktionssystems mittels gängiger Industrie 4.0-Standards wie Automation Markup Language (AutomationML) oder OPC United Architecture (OPC UA) implementiert. Auf dieser Basis kann ein nahtloser Datenfluss geschaffen und durch Synergien eine breite Nutzbarkeit des Systems ermöglicht werden. Zudem unterstützen die Standards die kooperative Zuarbeit zwischen zwei Arbeitsplätzen: In einem Augmented Reality-basierten Videokonferenzmodus können sich ortsentfernte Monteure im Bedarfsfall einander zuschalten und aus den verschiedenen Kameraperspektiven im Arbeitsumfeld des fremden Montageprozesses agieren. Sie können dabei in einem innovativen Interaktionsmodus zur gezielten Anleitung aktiv Bereiche im beobachteten Arbeitsraum hervorheben.

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Prof. Dr. Dr. Carsten Röcker
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