Forscher aus Magdeburg und Kaiserslautern haben neue digitale Engineering-Konzepte entwickelt, mit denen sich Produkte auf Herz und Nieren testen lassen. Um besser zu sehen, wie die Prüflinge später tatsächlich funktionieren, werden funktionale Modelle komplett in die virtuelle Realität übertragen.
Ein Industrieroboter steht in einer großen Montagehalle, dreht sich um die eigene Achse und reicht dem Werker, der neben ihm steht, ein neues Bauteil. Während dessen kommt ein zweiter Mitarbeiter hinzu und läuft mitten in die Bewegung des Roboterarms hinein. Der stoppt sofort, es ist nichts passiert. Der Roboter wartet, bis sich niemand mehr in seinem Bewegungsradius befindet, dann setzt er die Arbeit fort. Alles normal, das passiert ständig, denn es gibt fast keine fest installierten, umzäunten Roboterzellen mehr. Die mechanischen Kollegen arbeiten dank einer neuen Sicherheitstechnik frei und gefahrlos überall dort, wo sie gebraucht werden. Zusammen mit dem Menschen.
Was heute noch wie eine Vision klingt, könnte schon bald zum Arbeitsalltag in den Fabrikhallen gehören. Die Techniken dafür werden bereits entwickelt, zum Teil existieren sie schon. So zum Beispiel die optische Überwachung des Arbeitsraums eines Roboters. Dabei handelt es sich um ein automatisches System für die sichere Mensch-Roboter-Kooperation, das den Raum um einen Roboter herum komplett scannt. Die Entwicklung stammt aus dem Fraunhofer IFF in Magdeburg. Optische Sensoren überwachen den Arbeitsradius des Roboters und stoppen ihn notfalls. Oder sie ändern seine Bewegungsrichtung, falls der Maschine jemand zu nahe kommt.
Das System ist eines der Arbeitsergebnisse des Forschungsprojekts Vierfores II. Das Kunstwort ist eine Abkürzung für „virtuelle und erweiterte Realität für höchste Sicherheit und Zuverlässigkeit von eingebetteten Systemen“. In diesem Projekt suchen das Fraunhofer IFF in Magdeburg, das Fraunhofer IESE in Kaiserslautern, die Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und die Technische Universität Kaiserslautern gemeinsam mit Industriepartnern nach neuen Konzepten, mit denen die Sicherheit und Zuverlässigkeit von technischen Geräten, Maschinen, Anlagen und kompletten, industriellen Prozessen verbessert werden kann.
Die Forscher setzen dabei vor allem auf neue Methoden des Digital Engineering. Sie erstellen digitale, funktionale Modelle der geplanten Produkte und simulieren zusätzlich das Verhalten der Steuerungssoftware, wie sie heutzutage in allen industriellen Produkten und Prozessen zum Einsatz kommt. Schließlich verknüpfen sie beides miteinander und visualisieren das Ergebnis in der virtuellen Realität. Das so entstandene virtuelle Testmodell ist leicht zu verstehen. Die Ingenieure können an ihm Funktionsprüfungen vornehmen, versteckte Prozesse sichtbar machen und den Einfluss der Software auf die Zuverlässigkeit und Sicherheit untersuchen. So lassen sich verschiedene kritische Systemzustände simulieren und virtuell darstellen. Auch die Steuerungskomponenten der optischen Arbeitsraumüberwachung von Robotern wurden so vorab getestet.
„Wir kombinieren das Digital Engineering mit klassischen Konstruktionsprozessen und dem Software Engineering für Prozesse, Produkte und Anlagen“, so Prof. Michael Schenk, Institutsleiter des Fraunhofer IFF und Sprecher des Projektkonsortiums. „Die Ergebnisse werden Unternehmen helfen, ihre Konstruktionszeiten zu straffen und die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Produkte und Systeme zu verbessern.“
Eines der Unternehmen, die von den Entwicklungen des Projekts bereits profitieren, ist die FuelCon AG aus Magdeburg-Barleben. Der Mittelständler zählt zu den führenden Anbietern von Test- und Diagnosesystemen für Brennstoffzellen und Batterien und ist einer von drei Industriepartnern des Projekts. Für das Unternehmen, das zum Beispiel die Eignung realer Batterien für neue Elektromotoren oder Handys prüft, wurde ein Fahrzeugsimulationsmodell zum Testen von Batterielastzuständen entwickelt. Mit dieser Schnittstelle lassen sich reale Batterien, aber auch Auslegungen oder Anpassungen von Batterien an neue Produkte testen. Auf dieser Grundlage können die Produkte viel näher an den realen Bedingungen getestet werden. Dies erhöht wiederum die Sicherheit und Zuverlässigkeit der späteren Endprodukte. ub
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