Industrielle cloudbasierte Steuerungsplattform für eine Produktion mit cyber-physischen Systemen (pICASSO)

Skalierbare Steuerungstechnik für eine vernetzte Produktion

Problemstellung
Im Bereich der Robotik und komplexer Automatisierungssysteme verfügt jede einzelne Maschine über eine eigene abgeschlossene, sogenannte monolithische Steuerung. Die darin vorhandene Rechenleistung wird im Normalbetrieb meist nie genutzt. Sollen allerdings bspw. aufwendige Algorithmen zur Prozessoptimierung berechnet werden, reicht die Leistungsfähigkeit bisheriger Steuerungen nicht aus. Eine Skalierung, d.h. Anpassung der Rechenleistung an die zu berechnenden Algorithmen, ist heute nicht möglich. Dadurch ist eine Integration von Funktionen für Produktionssysteme mit Cyber-Physischen Systemen nicht realisierbar. Bei Smartphones existieren dazu bereits Lösungen, um bspw. rechenaufwändige Spracherkennungsalgorithmen nicht auf dem Smartphone zu rechnen, sondern in der Cloud.

Projektziele
Das Ziel des Forschungsprojekts pICASSO ist daher die Bereitstellung einer skalierbaren Steuerungsplattform für Cyber-Physische Systeme in industriellen Produktionen. Diese bietet skalierbare Rechenleistung, die abhängig von der Komplexität der Algorithmen automatisch zur Verfügung gestellt wird. Die monolithische Steuerungstechnik wird aufgebrochen und in die Cloud verlagert. Dabei müssen die strengen Anforderungen der Produktionstechnik, wie Echtzeitfähigkeit, Verfügbarkeit und Sicherheit, weiterhin erfüllt werden können. Zusätzlich verbessern sich Skalierbarkeit und Wandlungsfähigkeit bei gleichzeitiger Kostenreduzierung, etwa durch Einsparung von Teilen der Steuerungshardware.

Vorgehensweise
Für eine cloudbasierte industrielle Steuerungsplattform für Cyber-Physische Systeme wird dazu eine servertaugliche Steuerungsplattform erarbeitet, die hardwareunabhängig Steuerungsfunktionen berechnet. Dazu werden bisherige Steuerungsfunktionen modularisiert und mit Mechanismen des Cloud-Computing, wie z. B. zentraler Datenverarbeitung, erweitert. Für die Anbindung der lokal verbleibenden Aktoren und Sensoren an die Steuerungsplattform werden geeignete Kommunikationsmechanismen analysiert und erweitert. Aufbauend darauf werden Mehrwertdienste zur Effizienzsteigerung der Produktion, wie Simulation und Visualisierung komplexer Produktionsprozesse zur Interaktion mit dem Menschen, untersucht. Die Aspekte der Sicherheit hinsichtlich sensibler Daten und Schutz des Bedienpersonals werden über das gesamte Projekt hin berücksichtigt.

Ergebnisse und Anwendungspotentiale
Die Projektergebnisse werden an Robotern und Fertigungsanlagen demonstriert, die über die Cloud gesteuert werden. Die Ergebnisverbreitung erfolgt als Open Source-Projekt. In weiteren Branchen, wie z. B. der Pharmaindustrie, die eine lückenlose Dokumentation der Prozessschritte fordert, kann die Steuerungsplattform ebenfalls genutzt werden. Diese bietet die Grundlage für selbstorganisierte Produktionen mit der Möglichkeit zu neuartigen Geschäftsmodellen (z. B. App-Konzept).

• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• HOMAG GmbH
• Linutronix GmbH
• Reis Robotics GmbH & Co. KG
• Robert Bosch GmbH
• robomotion GmbH
• SOTEC, Software-Entwicklungs-GmbH & Co. Mikrocomputertechnik KG
• Technische Universität Berlin
• Universität Stuttgart