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

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Schlagwort: Industrie 4.0

Fördermaßnahme: Intelligente Vernetzung in der Produktion - Ein Beitrag zum Zukunftsprojekt Industrie 4.0

Laufzeit: 01.10.2013 - 31.12.2016
Cloudbasierte Steuerungsplattform für die Produktion Cloudbasierte Steuerungsplattform für die Produktion

Forschungsziel: In dem Verbundprojektes pICASSO soll eine skalierbare Steuerungsplattform für Cyber-Physische Systeme in industriellen Produktionen erforscht und realisiert werden. Eine solche Steuerungsplattform soll skalierbare Rechenleistung bieten, 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.

Ansprechperson Projektkoordination


Ansprechperson bei PTKA

Dipl.-Wi.-Ing. Christel Schwab
+49 721 608-25288
christel.schwab@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

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).

Projektpartner
  • 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
Publikationen
Titel: pICASSO_Industrie 4.0 - Innovationen für die Produktion von morgen
Akronym: pICASSO
Autor: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Verlag: Publikationsversand der Bundesregierung Publikationsversand der Bundesregierung
Veröffentlicht im Jahr: 2015
Die Broschüre enthält eine Vielzahl von Projektportraits. Diese, aktuell vom BMBF geförderten Vorhaben, schalgen einen Bogen von den Projekten der 32. Bekanntmachung "Intelligente Vernetzung in der Produktion - Ein Beitrag zum Zukunftsprojekt 'Industrie 4.0'" über die Projekte der nationalen IKT-Forschung, die Projekte des Spitzenclusters it's OWL, die europäische Produktionsforschung hin zu der Voruntersuchung INBENZHAP. Die Broschüre erscheint in der 2. Auflage.
Titel: pICASSO_Industrie 4.0 Innovationen für die Produktion von morgen
Akronym: pICASSO
Autor: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Referat Forschung für Produktion, Dienstleistung und Arbeit
Verlag: Publikationsversand der Bundesregierung, Rostock Publikationsversand der Bundesregierung, Rostock
Veröffentlicht im Jahr: 2014
Die Broschüre enthält eine Vielzahl von Projektporträts. Diese, vom BMBF geförderten Vorhaben, schlagen einen Bogen von den Projekten der 32. Bekanntmachung "Intelligente Vernetzung in der Produktion - Ein Beitrag zum Zukunftsprojekt 'Industrie 4.0'" über die Projekte der nationalen IKT-Forschung (hier ARAMiS, RES-COM, SmartF-IT, EffektiV, ARVIDA, SOPHIE, SmARPro), die Projekte des it's OWL Spitzenclusters, die europäische Produktionsforschung hin zu der Voruntersuchung INBENZHAP.
Titel: pICASSO_Industrie 4.0
Akronym: pICASSO
Autor: BMBF
Herausgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Verlag: Publikationsversand der Bundesregierung Publikationsversand der Bundesregierung
Veröffentlicht im Jahr: 2015
Intelligenz, Vernetzung und Produktion sind die Schlüsselfaktoren von Industrie 4.0. Die Broschüre enthält eine Vielzahl von Projektporträts. Diese, vom BMBF geförderten Vorhaben, schlagen einen Bogen von den Projekten der 32. Bekanntmachung "Intelligente Vernetzung in der Produktion - Ein Beitrag zum Zukunftsprojekt 'Industrie 4.0'" über die Projekte der nationalen IKT-Forschung, die Projekte des Spitzenclusters it's OWL, die europäische Produktionsforschung hin zu der Voruntersuchung INBENZHAP. Die Broschüre erscheint in der 2. Auflage.

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