Automatisering van morgen al vandaag succesvol implementeren

De droogreinraumtent DryClean-CAPE® creëert niet alleen een schone productieomgeving, maar ook een omgeving met een zeer lage luchtvochtigheid. © Fraunhofer IPA

Machine learning maakt de grijper in de doos autonomer, sneller en robuuster. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

De »Automatiseringspotentieelanalyse« (APA) is nu beschikbaar voor lasprocessen. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

»DesignChain« is de continue digitalisering en automatisering van de technische orderverwerking – van bestelling tot eindproduct. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

De »Robo-Dashcam« registreert op een privacyvriendelijke manier veiligheidsrelevante gegevens en personen, terwijl de robotcel in bedrijf is. Zo kan het veiligheidsconcept ook achteraf nog worden aangepast. © Fraunhofer IPA

Met virtuele haalbaarheidsstudies kunnen bedrijven snel en zonder investeringen in materiaal de haalbaarheid van een 'grijpen-in-de-doos'-toepassing laten testen. © Fraunhofer IPA

Een duidelijk concurrentievoordeel bieden aan bedrijven en hen klaarstomen voor de uitdagingen rondom de productie van de toekomst: Met deze belofte presenteert het Fraunhofer IPA zich van 27 tot 30 juni 2023 op de beurs automatica. Gasten beleven daar toepassingen rondom robotica, automatisering, kunstmatige intelligentie en cleanroomtechnologieën en krijgen nieuwe inzichten door regelmatige expert-sessies en het interviewformat »Interactief Live«.

Het Fraunhofer-instituut voor productie- en automatiseringstechniek IPA presenteert zich op de dezejaars automatica met elf exposities die laten zien hoe bedrijven automatiseringsoplossingen op het hoogste niveau kunnen implementeren. Het aanbod is divers: Het richt zich op bedrijven met bestaande toepassingen die deze willen optimaliseren, en op bedrijven die geheel nieuwe toepassingen willen realiseren. Voor elk projectstadium zijn er exposities die in staat stellen dat betreffende stadium succesvol uit te voeren.

Stap 1: Technische en economische haalbaarheid inschatten

Veel bedrijven willen automatiseren, maar vrezen technische en economische inschattingsfouten. Hier biedt het Fraunhofer IPA al jaren de »Automatiserings-Potentieanalyse« (APA). Het ontwikkelteam van de APA gaat voor dit compacte projectformat rechtstreeks naar de bedrijven, analyseert de huidige situatie en bepaalt de objectieve »Geschiktheid voor Automatisering« van de onderzochte productieprocessen. De APA is al bij meer dan 500 klanten wereldwijd ingezet voor diverse automatiseringsprojecten rondom montage. Nu is hij ook beschikbaar voor lasprocessen. »Zo krijgen bedrijven een systematische besluitvormingsbasis die het investeringsrisico aanzienlijk verlaagt«, legt Lorenz Halt, groepsleider bij het Fraunhofer IPA, uit.

Tot nu toe was de APA gekoppeld aan de expertise van de specialisten van het Fraunhofer IPA. Voor de beurs is hij ook beschikbaar als app bij de licentiepartner Evia. Bedrijven kunnen zo zelf een toepassing analyseren die ze mogelijk willen automatiseren. Naast montage en lassen ontwikkelt het team momenteel ook een APA voor het beladen van machines en voor logistiek.

En ook buiten productieruimtes is vaak meer automatisering gewenst. Daarom wijdt een groep van het Fraunhofer IPA zich aan de ontwikkeling van een robuuste, autonome outdoor-navigatie voor de uitdagingen van typische outdoor-omgevingen. Voorbeelden van potentiële omgevingen zijn outdoor-intralogistiek, landbouw of bosbouw. Een centrale uitdaging bij deze navigatie zijn de verschillende licht- en weersomstandigheden, evenals ondergrondsbeschikbaarheid en obstakels. Zo kunnen bij intralogistieke processen tussen hallen hindernissen zoals kabelbruggen, roosterhekken, kuilen of trappen en niveaus autonome systemen voor problemen stellen. Op de beursstand wordt de prototype outdoor-robot CURT_mini gedemonstreerd, hoe dergelijke problemen kunnen worden opgelost door afgestemde hardware en software en hoe intralogistiek ook in outdoor-gebieden succesvol kan worden toegepast.

Het exposé is verbonden met een uitgebreid adviesaanbod over het zinvol inzetten van autonome mobiele robots (AMR) binnen en buiten. Het Fraunhofer IPA kijkt met zijn navigatiesoftware terug op een lange succesgeschiedenis. Een voorbeeld hiervan is de productie van een autofabrikant. In 2014 werden hier voor het eerst vrij rijdende automatische transportvoertuigen (FTF) ingezet, die de software van het instituut gebruikten. Op de beursstand valt zo'n FTF met een daarop geplaatst voertuig op – als bewijs en symbool voor de succesvolle technologische overdracht, die ook heeft geleid tot een spin-off.

Van het veld terug naar de productieruimtes gaat het met de exposé »DesignChain«: Het adresseert de actuele eis dat de industrie steeds meer klantgerichte producten kosteneffectief en in kortere tijd moet produceren. Om in de wereldwijde concurrentie te kunnen blijven, wordt de zogenaamde »DesignChain« aanbevolen. »Dat betekent dat de technische orderverwerking van de bestelling tot het eindproduct volledig gedigitaliseerd is«, aldus Jonas Krebs, mede-ontwikkelaar van de expositie. De inspanningen voor de voorbereiding van de productie worden hierdoor gehalveerd. Gasten op de Fraunhofer-stand kunnen met behulp van de expositie een individueel product configureren, dat vervolgens als CAD-model wordt gegenereerd, productie-klaar wordt gesimuleerd en daarna wordt gepland voor 3D-printen.

Stap 2: Robuuste concepten ontwikkelen

Succesvolle technologische overdrachten vereisen een waterdichte planning en conceptie. Want als in deze projectfase niet zorgvuldig wordt gewerkt, keert dat zich meestal terug in onverwachte kosten en extra inspanningen later in het project. Om deze projectfase gericht te ondersteunen, presenteert het Fraunhofer IPA een op functionele veiligheid (Safety) gerichte oplossing en de geplande spin-off »IntRAC« voor de implementatie van montagelijnen met robots.

Veiligheidsconcepten kunnen de cyclustijd van een robottoepassing nadelig beïnvloeden. Met de expositie »Robo-Dashcam« kan dit worden verbeterd. Hiervoor registreert een camera dataveilig en privacyvriendelijk relevante gegevens en personen terwijl de robotcel in bedrijf is. Op basis van deze gegevens kan het veiligheidsconcept later worden aangepast om de prestaties of cyclustijd van de toepassing te verhogen. »We meten de geoptimaliseerde robotprestatie en kunnen veiligheidsafstanden verkleinen. Zo tonen we het succes van het project en de effectiviteit van onze Robo-Dashcam«, deelt Aulon Bajrami van het Fraunhofer IPA mee, die de toepassing mede heeft ontwikkeld. Tot wel tien procent meer productiviteit en een vermindering van 54 procent in de tijd voor risicobeoordeling zijn mogelijk.

De Robo-Dashcam maakt deel uit van CARA, de »Computer-Aided Risk Assessment«, waarmee het instituut bedrijven ondersteunt bij het systematisch en deels geautomatiseerd opstellen van veiligheidsconcepten en het mogelijk maken van prestatieverbeteringen. Omdat het instituut al 15 jaar actief is in de internationale normering, worden in al zijn ontwikkelingen ook de nieuwste inzichten uit deze gremia meegenomen.

Met de geplande spin-off »intRAC« (intelligent Robotic Assembly Cell) biedt het Fraunhofer IPA vooral voor de economische kabel- en stekkermontage een modulaire automatiseringsoplossing, ook voor kleine series. »Ons aanbod richt zich op de behoeften van kleine en middelgrote ondernemingen, doordat de modulaire robotcel flexibel en snel kan worden aangepast aan verschillende producten. Hierdoor kunnen de bedrijven al met één systeem verschillende varianten produceren en zo planbare investeringsbeslissingen nemen«, beschrijft Arik Lämmle uit het oprichtings-team de waardepropositie. Daarmee richt intRAC zich direct op bedrijven die meestal geen kennis over robots bezitten en die sterk worden getroffen door het tekort aan vakbekwame krachten en hoge loonkosten. In de spin-off wordt expertskennis uit inmiddels 15 jaar rondom montageautomatisering en software-ontwikkeling voor dit gebied verwerkt.

Stap 3: Technische haalbaarheid experimenteel of simulatief zekerstellen

Is het basisidee afgedekt en ligt er een concept voor de toepassing, dan gaat het om het testen van de haalbaarheid. Ook voor deze projectfase biedt het Fraunhofer IPA voorbeeldexposities op de stand.

Een daarvan is »AI Picking«, de KI-gestuurde grijper-in-de-doos. Hiermee adresseert het ontwikkelteam van het Fraunhofer IPA precies de technische obstakels die een brede inzet van de grijper-in-de-doos ondanks het hoge economische potentieel nog steeds belemmeren. »De inzet van KI, of preciezer gezegd van het deelgebied Machine Learning, maakt de toepassing autonoom, sneller en robuuster«, beschrijft mede-ontwikkelaar Marius Moosmann van het Fraunhofer IPA de meerwaarde van KI. Hoe dat er concreet uitziet, toont het tweedelige exposé. Het ene deel met klassieke grijper-in-de-doos laat zien hoe objecten uit dozen met gemengd inhoud betrouwbaar kunnen worden herkend en gepakt. Daarnaast worden verhaken automatisch herkend en wordt de ontgankelijkheid van de robot zo gepland dat de verankering loskomt. Het andere deel van de expositie toont hoe verschillende verpakkingen op een sorteerbare pallet worden herkend en gepakt. Een robot schikt de verpakkingen passend opnieuw.

Tot het aanbod rondom het betrouwbare grijpen van vrijwel alle objecten behoren ook virtuele haalbaarheidsstudies. Bedrijven kunnen zo snel en zonder investeringen in materiaal de haalbaarheid van een grijper-in-de-doos-toepassing laten toetsen. Ze krijgen uitspraken over het juiste cellenlayout, de hardware, de grijpmogelijkheden van veel stukgeometrieën en andere informatie zoals mogelijke cyclustijden, beschikbaarheid en grijpen per uur. Zo ligt er een uitgebreide analyse als besluitvorming.

Naast het grijpen uit een doos worden ook steeds meer vragen rondom het plaatsen in een doos door de experts van het Fraunhofer IPA behandeld. Deze procedure wordt vooral belangrijk door de opmars van onlinehandel. Het exposé over »Bin Packing« laat zien hoe ook dit volledig geautomatiseerd mogelijk wordt. Tim Nickel, mede-ontwikkelaar van de toepassing, legt uit wat de voordelen zijn: »Zonder vooraf ingeleerde data over de objecten kan het robotsysteem vrij vormen zonder pakpatroon of voorafgaande sortering grijpen en netjes in een doos plaatsen. Hiermee bereiken we een vijf procent hogere verpakkingsdichtheid en dat met aanzienlijk minder voorbereidingsinspanningen.« Gasten kunnen op de beurs interactie hebben met de robot door hem een object aan te reiken, dat hij zonder voorbereiding pakt en inpakt. Ook voor het Bin Packing zijn haalbaarheidsstudies in simulaties mogelijk.

Stap 4: Concepten in de productie implementeren

Tot slot biedt het Fraunhofer ook uitgebreide mogelijkheden voor de uiteindelijke realisatie van een toepassing. Hoe dat eruit kan zien, toont het Fraunhofer IPA exemplarisch met drie exposities.

Zo adresseert de software »pitasc« een veelvoorkomende hindernis voor montageautomatisering, namelijk de variëteit aan varianten, die tot nu toe gepaard gaat met hoge programmeerkosten. Deze inspanningen maken het gebruik van robotica snel onrendabel. Hier ligt de kracht van pitasc: Met de software hoeft een montageopdracht niet meer punt voor punt te worden geprogrammeerd. In plaats daarvan gebeurt de programmering relatief tot het werkstuk gestructureerd en modulair op basis van gegevens die sensoren aan de robot leveren. Vooraf gemaakte, herbruikbare programmamodules helpen vooral om lastige, krachtgeregelde montage-toepassingen sneller dan voorheen uit te voeren en maken een efficiënte aanpassing aan nieuwe varianten mogelijk. »Zo kunnen bijvoorbeeld de positie van de robot, de hulpmiddelen en zelfs de eindeffector zonder herprogrammering worden gewisseld«, legt Anwar Al Assadi, groepsleider bij het Fraunhofer IPA, uit over de voordelen van de pitasc-oplossing.

Een andere aanpak voor betere planning en uitvoering van montage wordt gevolgd door een spin-off van het Fraunhofer IPA. De start-up ontwikkelt de op Kunstmatige Intelligentie (KI) gebaseerde software »Assemblio« Assembly Suite, die CAD-STEP-bestanden analyseert en evalueert. Elk CAD-systeem kan deze informatieve bestanden genereren. Ze leveren alle benodigde informatie aan de »3D-Analyse-KI« om gestructureerde montage-informatie nauwkeurig af te leiden. Een tweede component van Assemblio is de »Assembly Composer«, die de geëxtraheerde montage-informatie inleest en invoert in een tool voor montageplanning. De tool toont montagegerelateerde informatie op een eenvoudige grafische wijze, zodat de montage eenvoudig en foutvrij kan worden gepland. De KI-montage-assistent »KIM« maakt automatisch en kosteneffectief montagehulpstukken voor interactieve ondersteuning van het personeel. De assistentie is variabel en kan 2D- of 3D-gebaseerd zijn. Alexander Neb, CEO van de spin-off: »Eerste gebruikerstudies tonen een tijdsbesparing tot 92 procent wanneer Assemblio wordt ingezet.« Vanaf juli van dit jaar zal de software commercieel beschikbaar zijn.

Een derde voorbeeld van succesvolle toepassing is het cleanroomsysteem CAPE®. Dit is een flexibel cleanroomsysteem dat een luchtzuiverheid van ISO-klassen 1 tot 9 realiseert. Net als bij tenten kan het CAPE®-systeem binnen enkele uren of dagen worden opgebouwd en in gebruik worden genomen. In de afgelopen jaren hebben de wetenschappers het CAPE® uitgebreid tot een volledige productfamilie. »Het nieuwste familielid is onze DryClean-CAPE®, die we op de automatica tonen. Het creëert niet alleen een schone productieruimte, maar ook een met zeer lage luchtvochtigheid, bijvoorbeeld een dauwpunt van -50°C«, legt Frank Bürgen, groepsleider bij het Fraunhofer IPA, uit. In de industriële productie van batterijcellen wordt de DryClean-CAPE® al ingezet, maar ook voor de autofabricage en de lucht- en ruimtevaart is de technologie van groot belang.

Succesvolle technologische overdracht: »50 jaar robotica aan het Fraunhofer IPA«

Veel van de beschreven exposities zijn resultaten en bewijzen van een succesvolle technologische overdracht en winstgevende toepassingsontwikkelingen rondom robotica aan het Fraunhofer IPA. De afdeling Robot- en assistentiesystemen kijkt in dit verband terug op een al 50 jaar lange succesgeschiedenis. En dat wordt groots gevierd: Naar aanleiding hiervan zal van 26 tot 29 september 2023 een feestweek plaatsvinden. Deze staat helemaal in het teken van #whatsnextrobotics – want hoewel het belangrijk is om terug te kijken en het bereikte te vieren, is de blik op de toekomst veel bepalender om te laten zien hoe het Fraunhofer IPA de robotica van morgen al vandaag vormgeeft en klaarstoomt voor de praktijk.

Tijdens de feestweek zijn er diverse programmaonderdelen waaraan alle geïnteresseerden van harte worden uitgenodigd:

– 26 en 27 september 2023: International Symposium on Robotics (ISR)
– 27 september 2023: Technologieforum voor onbemande transportsystemen en mobiele robots
– 28 september 2023: Application Day – doelgroepgerichte evenementen over mens-robot samenwerking, lassen met cobots in de toepassing, robotische assistentiesystemen voor de zorg, technologische seminar over robots in het magazijn, ervaringsuitwisseling Automatiserings-Potentieanalyse
– 29 september 2023: Open dagen met rondleidingen door de proefvelden, daarna vanaf 17.00 uur »Lange Nacht der Robotik«

Alle informatie over de 50-jaar-viering is te vinden op: ipa.fraunhofer.de/50y_nl

Ook op de automatica staat het team van het Fraunhofer IPA klaar voor alle vragen over de festiviteiten.

En trouwens: Al begin dit jaar hebben onderzoekers van de afdeling Robot- en assistentiesystemen van het Fraunhofer IPA een geheim onthuld. Ze hebben ontdekt wat robots ’s nachts allemaal uithalen: https://youtu.be/a8ymTUOJuZc

Meer informatie

Expert Sessions:
Van dinsdag tot donderdag (27. tot 29. juni 2023) biedt het Fraunhofer IPA Expert Sessions, dus begeleide themarondes op de stand. Alle geïnteresseerden kunnen zich hiervoor vooraf aanmelden of gewoon spontaan komen. De verwachte planning (geldend voor alle drie de dagen) staat onder de aanmeldlink: https://s.fhg.de/3hG

Interactief Live:
Twee keer per dag, van 27 tot 29 juni 2023, is er op de stand een live-interview met een expert, dat ook op LinkedIn wordt uitgezonden. De gesprekken met verschillende vertegenwoordigers van bedrijven en klanten zullen draaien om de succesvolle technologische overdracht met het Fraunhofer-instituut. De verwachte planning (geldend voor alle drie de dagen): 10.30 tot 11.00 uur en 14.00 tot 14.30 uur.