Selbstorganisierende Produktion
Einer der Anwendungsfälle von Industrie 4.0 ist die ‚Selbstorganisierende Produktion‘. Schon in den ersten Dokumenten zu Industrie 4.0 findet sich die Vision, dass „intelligente Produkte (…) durch ihre Ad-hoc-Vernetzungsfähigkeit sowie durch Mitführung einer digitalen Produktbeschreibung dazu befähigt (sind), sich eigenständig durch die Produktion zu steuern“ [1]. In einigen Fabriken sind schon erste Anwendungsbeispiele zu sehen, wenn zum Beispiel fahrerlose Transportsysteme (FTS) Werkstücke zum nächsten freien Montagearbeitsplatz transportieren.
Um die Jahrtausendwende war diese Idee einer selbststeuernden Produktion schon einmal aktuell, ausgelöst von der damaligen Technologie sog. Softwareagenten [2, 3]. Aus vielerlei Gründen hat sich diese Technologie zur Fertigungssteuerung jedoch nicht durchgesetzt: so waren die Rechnerleistung und das Vertrauen in selbstorganisierende Einheiten in der Fabrik zu gering.
Selbstorganisation in der Fabrik ist meist mit dem Ziel einer flexiblen Fertigungssteuerung verbunden. Agentenbasierte Steuerungsansätze haben den Vorteil, dass unabhängige Agenten lokal schnell auf unvorhergesehene Ereignisse reagieren können. Die Vorteile zentraler Planung lassen sich angesichts häufiger Verzögerungen und Planumstellungen in der Praxis ohnehin nicht realisieren.
Eine selbstorganisierende Produktion erfordert die permanente Lokalisierung und Online-Verfolgung von Werkstücken, Komponenten und Anbauteilen sowie fahrerlosen Transportsystemen (FTS) zu deren Transport. Eine unflexible, mit dem Gebäude verbundene Fördertechnik wie beispielsweise in heutigen Automobilwerken ist dann nicht mehr erforderlich; auch spurgebundene Fahrzeuge werden weitestgehend aus der Fabrik eliminiert. Die heutige (meist outgesourcte) Logistik mit externen Lieferantenlagern, Supermärkten, Routenzügen zur Bandversorgung und Kanbanregalen am Band wandelt sich hin zur Kommissionierung von Teilesätzen für bestimmte Verbauumfänge. Lediglich C-Teile werden (fremdbewirtschaftet) Just-In-Time in den Modulen bereitgestellt.
Herausfordernd ist die Simulation und operative Steuerung aller autonomen Fahrzeuge, die den Werkstücktransport sowie die Anlieferung von Bauteilen übernehmen unter Nutzung neuer Verfahren wie verstärkendem Lernen (Reinforcement Learning).
Selbstorganisation findet in der Werkshalle statt und auf der Ebene weltumspannender Lieferketten. Für viele Zulieferer ist es hier schwierig, die Planungshoheit und vertrauliche Informationen an einen zentralen Supply-Chain-Orchestrator zu übergeben. So entstehen Aufgaben der Selbstorganisation und der agentenbasierten dezentralen Planung: Mit dem IIC-Testbed ‚SmartFactoryWeb‘ (www.smartfactoryweb.de) hat das IOSB einen Marktplatz zur flexiblen Auslastung weltweit vorhandene Produktionskapazitäten entwickelt. Dieser Marktplatz ist verbunden mit einem detaillierten Beschreibungsmodell für vorhandene Produktionsfähigkeiten. Zudem gibt es die Möglichkeit der Online-Überwachung der Produktion.
Für unsere Kunden führen wir Fallstudien zur Einführung selbstorganisierter Produktion und Logistik durch. Weiterhin werden gezielt Algorithmen zur verteilten Planung entwickelt und in Simulationsumgebungen evaluiert.
Quellen:
[1] acatech (Hrsg.): Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 – Ab-schlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0, April 2013
[2] Sauer, O.; Sutschet, G.: Production Monitoring linked to object identification and tracking – a step towards real time manufacturing in automotive plants. In: Teti, R. (Ed.): Pro-ceedings of the 5th CIRP International Seminar on Intelligent Computation in Manufac-turing Engineering, Ischia (Italy): 2006, pp. 321-326.
[3] Bussmann, S.; Schild, K.: Self-Organizing Manufacturing Control: An Industrial Applica-tion of Agent Technology. In Proc. of the 4th Int. Conf. on Multi-agent Systems (IC-MAS’2000), Boston, MA, USA, 2000, pp. 87-94.
Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik
und Bildauswertung IOSB
Geschäftsfeld Automatisierung
Fraunhoferstraße 1
76131 Karlsruhe
Deutschland
Phone: +49 (0)721 6091 477
Fax: +49 (0)721 6091 413
E-Mail: olaf.sauer@iosb.fraunhofer.de
Web: https://www.iosb.fraunhofer.de/servlet/is/80216/