Welche Herausforderungen galt es zu lösen und welcher konkrete Nutzen ergab sich?

Eine große Herausforderung bei Cyber-Physischen Produktionssystemen der Industrie 4.0 besteht in der Vernetzung von völlig unterschiedlich aufgebauten Produktionssystemen. myJoghurt zeigt beispielhaft, wie eine Vernetzung verschiedener IT-Infrastrukturen mittels intelligenter Software ermöglicht wird und welche Potenziale sich für eine flexiblere, verteilte Produktion, aber auch für eine verbesserte Diagnose von Maschinen und Anlagen ergeben.

Die Kopplung mehrerer heterogener Produktionsanlagen innerhalb einer Architektur für Cyber-Physische Produktionssysteme (CPPS) stellt einen vielversprechenden Ansatz zur Erhöhung von Flexibilität und Adaptierbarkeit industrieller Produktionssysteme im Rahmen der Industrie 4.0 dar. Die sich aus der Technologie zur Vernetzung von Produktionssystemen ergebenden Potenziale stärken daüber hinaus die Marktposition des deutschen Maschinen- und Anlagenbaus.

„Aktuell eingesetzte Architekturen für die Automatisierung industrieller Produktionssysteme, die auf zumeist statische Prozesse abzielen, unterstützen die Flexibilitätsanforderungen der Industrie 4.0 nicht in ausreichendem Maße. Als Lösungsansatz sehe ich eine Architektur für agentenbasierte Cyber-Physische Produktionssysteme (CPPS), die durch eine standort- und auch unternehmensübergreifende Vernetzung in der Lage ist, die für Industrie 4.0 geforderte Flexibilität der Automatisierungssysteme herzustellen. Damit wird auch eine vollständige vertikale Integration der Steuerungsebene ermöglicht.“ (Prof. Birgit Vogel, Leiterin des Lehrstuhls für Automatisierung und Informationssysteme)

Wie lässt sich der Industrie 4.0-Lösungsansatz beschreiben?

Eine in der Forschung weit verbreitete und teilweise auch bereits in der Industrie erprobte Technologie zur Realisierung von intelligenter Software ist das Konzept der Softwareagenten. Diese sind in der Lage, technische Systeme wie Produktionsanlagen zu steuern und dynamisch auf Einflüsse, wie beispielsweise wechselnde Kundenanforderungen, zu reagieren. Steuert ein solcher (technischer) Softwareagent eine Produktionsanlage, kann er sich außerdem mit anderen Softwareagenten und Produktionsanlagen dynamisch vernetzen. Einer optimalen Verteilung von Teilaufträgen in der Produktion ist dadurch gewährleistet.

Was konnte erreicht werden?

Der Industrie 4.0 Demonstrator myJoghurt stellt die Motivation von Industrie 4.0 für eine verteilte Produktion dar und stetzt die Ziele am Beispiel einer virtuellen Joghurtproduktion um. Der Demonstrator zeigt exemplarisch die informationstechnische Kopplung und Vernetzung örtlich getrennter Produktionssysteme. Die agentenbasierte Vernetzung erfolgt automatisch und ist bezüglich der Anzahl der teilnehmenden Systeme skalierbar. Das geschaffene CPPS Netzwerk bezieht neben den Produktionssystemen selbst sowohl die Gerätehersteller für die beteiligten Anlagen, als auch Hersteller der entsprechenden Verpackungen sowie die Zulieferer mit ein. Anhand des Demonstrators konnten somit verschiedenste Szenarien entwickelt werden, die eingängig das Potential von Industrie 4.0 und Cyber-Physischen Produktionssystemen veranschaulichen.

Mit welchen Maßnahmen wurde die Lösung erreicht?

Der Demonstrator myJoghurt zeigt die prototypische Umsetzung einer Architektur für Cyber-Physische Produktionssysteme mithilfe der Technologie der Softwareagenten, die gemeinsam mit verschiedenen deutschen Forschungsstellen der Gruppe Theorie und Lehre in der Automatisierungstechnik (TuLAut) erfolgte. Lokal voneinander getrennte Produktionssysteme sind in myJoghurt – auch über die Grenzen einzelner Unternehmen hinweg – miteinander vernetzt und in der Lage, einen optimierten, verteilten Produktionsprozess zu realisieren. Bewährte Kommunikationsprotokolle ermöglichen die durchgängige, vertikale Vernetzung von Maschinen auf der Feldebene einer Anlage, sodass auch auf dieser Ebene dynamisch rekonfiguriert werden kann. Plattformen wie Robotersteuerungen können ebenso eingebunden werden. Die Weiterentwicklung des Demonstrators erfolgt derzeit im Fachausschuss 5.15 „Agentensysteme“ der Gesellschaft für Mess- und Automatisierungstechnik und ist für weitere Teilnehmer und Beiträge zum Demonstrator offen.

Was können andere davon lernen?

Die eingesetzte Technologie der Softwareagenten konnte im Rahmen des Demonstrators zeigen, dass sie in der Lage ist, verschiedenste Anwendungen im Rahmen von Industrie 4.0 und Cyber-Pyhsischen Produktionssystemen umzusetzen. Dynamische Vernetzung von heterogenen Systemen, verbesserte Diagnose und flexible Rekonfiguration von Maschinen und Anlagen ist heute bereits möglich. Der Demonstrator myJoghurt zeigt das als beispielhafte Anwendung.