Transportmaschinen, die immer die effizientesten Routen fahren. Paletten, die immer im richtigen Zustand an der richtigen Stelle ankommen. Produkte und Maschinen, die miteinander kommunizieren. Das ist die Vision von Industrie 4.0. Damit diese Vorstellung real wird, sind intelligente Objekte, Maschinen, und Fabriken sowie eine sichere und zuverlässige IT-Infrastruktur erforderlich. Forscher am Fraunhofer IIS sind dieser Zukunft nun ein Stück näher gekommen: Sie haben einen intelligenten Gabelstapler entwickelt.

»Durch die Entwicklung hin zur Industrie 4.0 werden allein in den sechs volkswirtschaftlich wichtigsten Branchen in Deutschland bis zum Jahr 2025 Produktivitätssteigerungen in Höhe von insgesamt rund 78 Milliarden Euro möglich sein. Durchschnittlich 1,7 Prozent pro Jahr und Branche können als zusätzliche Bruttowertschöpfung erzielt werden.« Zu diesem Ergebnis kommt die aktuelle Studie »Industrie 4.0 – Volkswirtschaftliches Potenzial für Deutschland«, die das Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO im Auftrag des Hightech-Verbands BITKOM erstellt hat. Doch um dieses enorme Steigerungspotenzial auch auszuschöpfen, muss eine Vielzahl organisatorischer und technischer Probleme gelöst werden. Dazu gehört beispielsweise auch die Frage, welche Wege Arbeitsgeräte und -roboter in den Fabrik- und Lagerhallen zurücklegen. Denn nur so lassen sich ihre ›Arbeitsstraßen‹ so optimieren, dass alle mobilen Transporter möglichst effizient eingesetzt werden und in Zukunft sogar autonom agieren. Doch das »Wer ist wann wo?« von Transportmaschinen auf einem Gelände ist deutlich schwerer zu beantworten, als Laien es sich vorstellen. Denn während wir alle wie selbstverständlich Lokalisierungstechnologien wie GPS außerhalb von Gebäuden nutzen, sind derartige Methoden zur Standortbestimmung in Fabrikhallen entweder zu ungenau oder funktionieren gar nicht. Für GPS zum Beispiel ist der Kontakt zum freien Himmel unabdingbar, andere ›Indoor-Methoden‹ zur Ortung sind oft wegen wechselnder Lagerstrukturen zu ungenau und vor allem unzuverlässig. Hinzu kommt, dass es mit reiner Ortung nicht getan ist. Letztlich müssen die Gerätschaften die Dinge vor Ort auch finden und erkennen. Und sie müssen mit der Zentrale Kontakt halten.

Da es die eine unabhängig von den lokalen Voraussetzungen zuverlässig funktionierende Technologie noch nicht gibt, arbeiten die Forscher am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS an einer möglichst optimalen Kombination mehrerer Ortungs- und Kommunikationstechnologien. Als Prototyp für die Praxistests setzen sie einen Gabelstapler ein, der mit entsprechender Technik ausgestattet mehr und mehr zum intelligenten (und autonomen) Mitarbeiter in den Fabrikhallen werden könnte. »In einem ersten, entscheidenden Schritt müssen wir zunächst die Prozesse transparent machen«, erklärt René Dünkler, der für das Technologie-Marketing der Abteilung Funkortung und –kommunikation am Fraunhofer IIS zuständig ist. Dafür müssten drei Grundtechnologien zuverlässig und genau funktionieren: Die Technologie zur Ortung des Gabelstaplers, die Technologie zur Kommunikation zwischen Gerät und beispielsweise den Paletten oder der Zentrale und die Kommunikation zwischen den einzelnen Produkten selbst. »Deshalb arbeiten wir daran, dass Kommunikationssysteme, RFID-Technologien, Ortungstechnologien und Sensoranbindungen zusammenfließen und so neuartige und effiziente mobile Anwendungen im Industrieumfeld ermöglichen«, sagt Dünkler.

Im Fall der Ortung des Gabelstaplers heißt das konkret, dass Techniken wie BlackFIR, awiloc, GPS und Inertialsensorik die notwendigen Daten liefern, um die Position exakt zu bestimmen. Dabei sind sowohl BlackFIR als auch awiloc Innovationen des Fraunhofer IIS. Die BlackFIR-Technologie sorgt für transparente Prozesse, indem sie die kontinuierliche Echtzeitortung von Objekten und Personen in abgegrenzten Arealen ermöglicht. awiloc ist eine etablierte Lösung zur Positionsbestimmung, die vorhandene Funksender nutzt. Das Besondere: Unabhängig davon, welche Funkquellen in Form von beispielsweise WLAN-Stationen oder Bluetooth Beacons vorhanden sind, können mobile Endgeräte auf Basis von Feldstärkemessungen ihre Position selbstständig – also ohne Kommunikation mit der Infrastruktur – bestimmen. Die Lokalisierung erreicht dabei eine Genauigkeit von wenigen Metern. Die für den Gabelstapler ebenfalls eingesetzte Inertialsensorik misst fortlaufend Bewegungen eines Objektes, ohne dass ein Bezug zur äußeren Umgebung erforderlich ist: Aus der in einem bestimmten Zeitintervall zurückgelegten Strecke und der Bewegungsrichtung im Bezug zur letzten bekannten Position wird die aktuelle Lage errechnet, ähnlich wie das beim Navigationssystem in Tunneln funktioniert.

»Mit Hilfe der Kombination dieser Techniken ist erstmals eine sehr genaue und vor allem überall zuverlässige Ortung des Gabelstaplers möglich«, sagt Dünkler. »Denn was nützt ein schon heute recht genaues Ortungssystem beispielsweise, wenn dieses nur auf 80 Prozent des Areals zuverlässig funktioniert?« Durch die Kombination verschiedener Techniken und entsprechender Algorithmen zur situationsabhängigen Priorisierung der Systeme sei nun eine nahezu hundertprozentige Zuverlässigkeit erreichbar. Dadurch können der Industrie verschiedenen Anwendungen zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise kann der Fahrer sich eine Visualisierung aller Routen und die daraus errechneten optimierten Fahrtwege auf einem Tablet anzeigen lassen. Gerade in Bezug auf die Optimierung von Prozessen und die optimale Auslastung mobiler Transportsysteme ist die Beantwortung dieser Frage grundlegend. (aku)

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  • Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
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