Wie Servicerobotik den Mittelstand revolutionieren kann
Arbeitsteilige Entwicklung
In der industriellen Großserienfertigung ist die Unterstützung durch Roboter kaum mehr wegzudenken. Je größer die Stückzahl, desto eher lohnen sich die zeitlich und monetär beträchtlichen Investitionen in Robotersysteme, deren Programmierung sowie ihre Integration in die Produktionsabläufe. Anders verhält es sich jedoch bei kleinen oder mittleren Stückzahlen, wie sie in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) oder auch im Handwerk üblich sind.
Bild: Fraunhofer-Institut IPAKMU verzichten häufig auf die robotergestützte Automatisierung. Geht es um die erfolgreiche Umsetzung von Industrie 4.0 im Mittelstand, stößt der klassische Automatisierungsansatz aus der Großserienfertigung allerdings an seine Grenzen. Denn selbst den KMU, die schon heute individualisiert und kundenindividuell fertigen, bleiben die meisten etablierten Automatisierungslösungen verschlossen. Ein Einsatz von Robotersystemen käme nur dann in Frage, wenn Kosten, Neu- oder Reprogrammierungsaufwand und Einbettungsaufwand in der betriebswirtschaftlichen Kalkulation und im Arbeitsablauf überschaubar blieben. Klassische Industrieroboter kommen für den Mittelstand dabei nicht in Frage. Gut geeignet sind aber Serviceroboter, die sich im privaten wie professionellen Bereich zunehmend etablieren.
Bild: Fraunhofer-Institut IPAPlattformen für Servicerobotik
Serviceroboter sind Robotersysteme, die nicht im vollautomatisierten Umfeld Anwendung finden. Darunter fallen sowohl Roboter im privaten Umfeld als auch Roboter im beruflichen Kontext - nur eben außerhalb vollautomatischer Fertigungsstraßen. Serviceroboter können mit einer sich ständig ändernden Umgebung interagieren. Sie müssen in der Lage sein, zu lernen, sich anzupassen und Fehler autonom zu korrigieren. Serviceroboter verfügen somit auch oft über deutlich mehr Sensoren als Industrieroboter. Ihre Kontrollsysteme müssen aus den verschiedenen Sensordaten - deren Genauigkeit und Zuverlässigkeit stark variieren - für die Funktion notwendige akkurate Modelle ihrer Umwelt generieren. Die Aktionsplanung und -steuerung muss im Anschluss flexibel auf die Veränderungen in der Umwelt reagieren. In der Programmierung solcher adaptiven Kontrollsysteme besteht zurzeit die größte Herausforderung für die Servicerobotik. Bestehende Lösungen sind in ihrer Funktionalität oft nach wie vor stark eingeschränkt und eine Anpassung des Verhaltens an neue Bedingungen ist heute noch mit hohen Systemintegrationskosten verbunden. Plattformen für Servicerobotiklösungen rücken daher ins Zentrum der aktuellen Entwicklungen. Diese ermöglichen eine stärkere arbeitsteilige Entwicklung von Servicerobotern und versprechen, dass innovative Ideen auf Basis bereits bestehender und wiederverwendbarer Lösungen, verfügbarer Standardkomponenten und Dienstleistungsangeboten schneller und kostengünstiger realisiert werden können und damit auch für den Mittelstand verfügbar sind.
Arbeitsteilige Entwicklung
Das Förderprojekt SeRoNet, Teil des Technologieprogramms PaicEedes Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi), ist ein Beispiel einer solchen Servicerobotikplattform. Das Konsortium entwickelt eine offene Servicevermittlungs- und Marktplattform zur Entwicklung von professionellen Serviceroboterlösungen in unterschiedlichen Branchen: von der Logistik über Serviceleistungen im Gesundheitsbereich bis zur industriellen Produktion. SeRoNet zielt darauf ab, den zurzeit noch sehr hohen Aufwand zur Entwicklung und passgenauen Auslegung von Serviceroboterlösungen durch Etablierung gemeinsamer Schnittstellen für Komponenten und einen modellgetriebenen Entwicklungsansatz erheblich zu senken. Dazu baut das Konsortium eine Online-Servicevermittlungsplattform für den B2B-Bereich auf, die den verschiedenen Marktteilnehmern als Marktplatz und Austauschplattform dient. Kernidee ist die Schaffung eines Ökosystems für die Servicerobotik, das auf einem arbeitsteiligen Entwicklungsansatz basiert: Dabei finden die unterschiedlichen Marktteilnehmer dynamisch zu Wertschöpfungsnetzen zusammen, statt in starren, linearen Ketten 'gefangen' zu sein. Offene Standards für Schnittstellen und die semantische Modellierung von Komponenten unterstützen die Markttransparenz und ermöglichen die flexible Komposition von Lösungen über Anbietergrenzen hinweg. Die technische Basis bildet das Protokoll OPC UA, worüber SeRoNet-konforme Komponenten untereinander und mit existierenden reinen OPC-UA-Systemen kommunizieren können. Die Kombinierbarkeit von SeRoNet-Komponenten wird durch einheitliche Kommunikationsmechanismen und Modellierungsgrundlagen sichergestellt, die vom Konsortium in Abstimmung mit Markteilnehmern entwickelt werden.
Gemeinsame Standards
Zentral für eine effizientes und leicht zugängliches Servicerobotikökosystems ist die Festlegung auf standardisierte Bausteine. Dies betrifft insbesondere die maschineninterpretierbare Beschreibung von funktionalen und nicht-funktionalen Eigenschaften der Hard- und Softwarekomponenten, die Interoperabilität der verschiedenen Komponenten und die Integration verschiedener Schnittstellen sowie Kommunikationsprotokolle. Genau dies ist das Ziel der SeRoNet-Plattform. Hersteller von Robotikkomponenten können ab Frühjahr 2019 ihre Komponenten mit einer SeRoNet-konformen 'Hülle' versehen und über die Plattform anbieten. Der notwendige Entwicklungsaufwand zur Anpassung an SeRoNet-Schnittstellen wird mit bis zu 50.000? pro Hersteller gefördert.
In der industriellen Großserienfertigung ist die Unterstützung durch Roboter kaum mehr wegzudenken. Je größer die Stückzahl, desto eher lohnen sich die zeitlich und monetär beträchtlichen Investitionen in Robotersysteme, deren Programmierung sowie ihre Integration in die Produktionsabläufe. Anders verhält es sich jedoch bei kleinen oder mittleren Stückzahlen, wie sie in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) oder auch im Handwerk üblich sind.
Bild: Fraunhofer-Institut IPAKMU verzichten häufig auf die robotergestützte Automatisierung. Geht es um die erfolgreiche Umsetzung von Industrie 4.0 im Mittelstand, stößt der klassische Automatisierungsansatz aus der Großserienfertigung allerdings an seine Grenzen. Denn selbst den KMU, die schon heute individualisiert und kundenindividuell fertigen, bleiben die meisten etablierten Automatisierungslösungen verschlossen. Ein Einsatz von Robotersystemen käme nur dann in Frage, wenn Kosten, Neu- oder Reprogrammierungsaufwand und Einbettungsaufwand in der betriebswirtschaftlichen Kalkulation und im Arbeitsablauf überschaubar blieben. Klassische Industrieroboter kommen für den Mittelstand dabei nicht in Frage. Gut geeignet sind aber Serviceroboter, die sich im privaten wie professionellen Bereich zunehmend etablieren.
Bild: Fraunhofer-Institut IPAPlattformen für Servicerobotik
Serviceroboter sind Robotersysteme, die nicht im vollautomatisierten Umfeld Anwendung finden. Darunter fallen sowohl Roboter im privaten Umfeld als auch Roboter im beruflichen Kontext - nur eben außerhalb vollautomatischer Fertigungsstraßen. Serviceroboter können mit einer sich ständig ändernden Umgebung interagieren. Sie müssen in der Lage sein, zu lernen, sich anzupassen und Fehler autonom zu korrigieren. Serviceroboter verfügen somit auch oft über deutlich mehr Sensoren als Industrieroboter. Ihre Kontrollsysteme müssen aus den verschiedenen Sensordaten - deren Genauigkeit und Zuverlässigkeit stark variieren - für die Funktion notwendige akkurate Modelle ihrer Umwelt generieren. Die Aktionsplanung und -steuerung muss im Anschluss flexibel auf die Veränderungen in der Umwelt reagieren. In der Programmierung solcher adaptiven Kontrollsysteme besteht zurzeit die größte Herausforderung für die Servicerobotik. Bestehende Lösungen sind in ihrer Funktionalität oft nach wie vor stark eingeschränkt und eine Anpassung des Verhaltens an neue Bedingungen ist heute noch mit hohen Systemintegrationskosten verbunden. Plattformen für Servicerobotiklösungen rücken daher ins Zentrum der aktuellen Entwicklungen. Diese ermöglichen eine stärkere arbeitsteilige Entwicklung von Servicerobotern und versprechen, dass innovative Ideen auf Basis bereits bestehender und wiederverwendbarer Lösungen, verfügbarer Standardkomponenten und Dienstleistungsangeboten schneller und kostengünstiger realisiert werden können und damit auch für den Mittelstand verfügbar sind.
Arbeitsteilige Entwicklung
Das Förderprojekt SeRoNet, Teil des Technologieprogramms PaicEedes Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi), ist ein Beispiel einer solchen Servicerobotikplattform. Das Konsortium entwickelt eine offene Servicevermittlungs- und Marktplattform zur Entwicklung von professionellen Serviceroboterlösungen in unterschiedlichen Branchen: von der Logistik über Serviceleistungen im Gesundheitsbereich bis zur industriellen Produktion. SeRoNet zielt darauf ab, den zurzeit noch sehr hohen Aufwand zur Entwicklung und passgenauen Auslegung von Serviceroboterlösungen durch Etablierung gemeinsamer Schnittstellen für Komponenten und einen modellgetriebenen Entwicklungsansatz erheblich zu senken. Dazu baut das Konsortium eine Online-Servicevermittlungsplattform für den B2B-Bereich auf, die den verschiedenen Marktteilnehmern als Marktplatz und Austauschplattform dient. Kernidee ist die Schaffung eines Ökosystems für die Servicerobotik, das auf einem arbeitsteiligen Entwicklungsansatz basiert: Dabei finden die unterschiedlichen Marktteilnehmer dynamisch zu Wertschöpfungsnetzen zusammen, statt in starren, linearen Ketten 'gefangen' zu sein. Offene Standards für Schnittstellen und die semantische Modellierung von Komponenten unterstützen die Markttransparenz und ermöglichen die flexible Komposition von Lösungen über Anbietergrenzen hinweg. Die technische Basis bildet das Protokoll OPC UA, worüber SeRoNet-konforme Komponenten untereinander und mit existierenden reinen OPC-UA-Systemen kommunizieren können. Die Kombinierbarkeit von SeRoNet-Komponenten wird durch einheitliche Kommunikationsmechanismen und Modellierungsgrundlagen sichergestellt, die vom Konsortium in Abstimmung mit Markteilnehmern entwickelt werden.
Gemeinsame Standards
Zentral für eine effizientes und leicht zugängliches Servicerobotikökosystems ist die Festlegung auf standardisierte Bausteine. Dies betrifft insbesondere die maschineninterpretierbare Beschreibung von funktionalen und nicht-funktionalen Eigenschaften der Hard- und Softwarekomponenten, die Interoperabilität der verschiedenen Komponenten und die Integration verschiedener Schnittstellen sowie Kommunikationsprotokolle. Genau dies ist das Ziel der SeRoNet-Plattform. Hersteller von Robotikkomponenten können ab Frühjahr 2019 ihre Komponenten mit einer SeRoNet-konformen 'Hülle' versehen und über die Plattform anbieten. Der notwendige Entwicklungsaufwand zur Anpassung an SeRoNet-Schnittstellen wird mit bis zu 50.000? pro Hersteller gefördert.
Fraunhofer-Institut IPA
Dieser Artikel erschien in Industrie 4.0 Magazin (I40) 13 2018 - 28.06.18.Für weitere Artikel besuchen Sie www.i40-magazin.de
