Eine Fertigung nach individuellen Wünschen ist bei Fahrzeugherstellern Routine. Von den Beschäftigten in der Produktion fordert diese Flexibilisierung der Produkte allerdings ein hohes Maß an Aufmerksamkeit. Denn die Arbeitsprozesse ändern sich von Auftrag zu Auftrag. Um jede Montageaufgabe dennoch und bis ins Detail fehlerfrei auszuführen, unterstützt nun ein digitaler Assistent die Arbeiten. Er wird direkt am Werkzeug angebracht, um sofort Feedback zu geben und zu dokumentieren, wie der aktuelle Auftrag erledigt wurde.

Bei BMW in Regensburg waren die intelligenten Nachrüstaufsätze für Montageschrauber bereits im Testeinsatz.  Ein kompaktes Elektronikmodul unterstützt die Montageteams bei der manuellen Ausführung von Verschraubungen. Der digitale Montageassistent wird dazu einfach außen auf dem Gehäuse des Akkuschraubers angebracht. Sobald der Mitarbeiter nun eine Schraube im Werkstück befestigt hat, gibt ihm die LED des Moduls durch ein grünes oder rotes Signal sofort ein Feedback, ob sie »korrekt«, also mit dem erforderlichen Drehmoment festgezogen wurde.
Eine so gestaltete, permanente Montageassistenz bietet in Branchen wie der Automobilindustrie oder auch dem Maschinenbau essentielle Vorteile. Denn hier steht zunehmend die »kundenindividuelle Fertigung« im Fokus. Dabei können (je nach Kundenwünschen) unter Umständen hunderte mögliche Varianten ein und desselben Fahrzeugtyps produziert werden. Für die Arbeitsprozesse der Montageteams bedeutet das einen ständigen Wechsel der durchzuführenden Arbeiten und zunehmende Vielfalt und Komplexität im Prozessablauf. Die kontinuierliche Assistenz direkt am einzelnen Arbeitsplatz kann hier entscheidend dazu beitragen, Fehler zu minimieren. »Zusätzlich ermöglichen die intelligenten Module am Werkzeug eine kontinuierliche Qualitätskontrolle unmittelbar im Produktionsablauf und die Systeme können zudem den Montageprozess lückenlos dokumentieren«, sagt Jochen Seitz vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS.

Bei der kundenindividuellen Fertigung ändern sich die Arbeitsaufgaben der Montageteams von Produkt zu Produkt - der digitale Assistent unterstützt sie dabei, jede Montageaufgabe dennoch fehlerfrei auszuführen. Bild: BMW Group

Sensor-Fusion ermöglicht Montageassistenz in Echtzeit

Technologische Basis der Montageassistenz ist ein am Fraunhofer IIS entwickeltes System zum Werkzeugtracking. Über ein handelsübliches Sensorset, wie es auch in aktuellen Smartphones zum Einsatz kommt, erfasst das Nachrüstmodul für die Schraubwerkzeuge die Rohdaten wie Bewegungen und Ausrichtung des Werkzeugs. Mit Verfahren der Sensor-Fusion und einer speziellen Software zur Zustandsbewertung können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler durch Kombination und Verrechnung der Sensordaten den Schraubvorgang in Echtzeit exakt analysieren. »Das System erkennt beispielsweise die Entkoppelung des Schraubers beim Erreichen des voreingestellten Drehmoments oder den Winkel, in dem eine Schraube in das Werkstück eingeschraubt wird«, sagt Seitz. Das Nachrüstmodul verfügt zudem über eine Funkschnittstelle, über die sich das Assistenzsystem mit der Produktions-IT vernetzen lässt. Weil das Modul dadurch weiß, welche Arbeitsschritte beim nächsten Werkstück auszuführen sind, kann es dem Monteur situationsbezogen assistieren. »Sobald ein Arbeitsauftrag erfolgreich beendet ist, lässt sich dies ebenfalls sofort zur Qualitätssicherung in der Produktionssoftware dokumentieren«, betont Seitz.
Eine Erweiterung des Systems kann dem Monteur auch anzeigen, an welcher Stelle des Werkstücks die nächste Verschraubung vorzunehmen ist und ihm ein Feedback geben, dass er alle erforderlichen Arbeitsschritte in der richtigen Reihenfolge ausgeführt hat. Dazu muss das System zusätzlich das Schraubgerät jederzeit exakt lokalisieren können. Das Entwicklerteam des Fraunhofer IIS setzt dazu beispielsweise die Assistenzmodule in Kombination mit einer über dem Arbeitsplatz positionierten Infrarotkamera ein.

Industrie 4.0 Intelligenz zum Nachrüsten

Für das Kooperationsprojekt mit der BMW Group realisierten die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer IIS ein Prototypmodul für die Montageassistenz, mit dem sich bereits vorhandene elektrische Schraubwerkzeuge in der Fertigung einfach und kostengünstig nachrüsten lassen. Das System kann damit eine Alternative zur Anschaffung neuer, kostenintensiver Werkzeuge, bei denen Assistenztechnologien bereits fest integriert sind, bieten. Im Projekt »Technologien und Lösungen für die digitalisierte Produktion«, gefördert im Rahmen der Initiative »Bayern Digital« des Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie, entwickelt das Projektteam zudem eine Assistenzlösung für den Einsatz an Druckluftwerkzeugen. Da die Geräte selbst keine elektrischen Komponenten benötigen, schaffen die Projektpartner in diesem Anwendungsbereich die Grundlagen, um eine Digitalisierung auch im Bereich der Drucklufttechnik erstmalig zu ermöglichen. (stw)

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