Forschungsprojekt SeRoNet

Offene Entwicklungsplattform für Roboterprogrammierung

Die Zahl der Serviceroboter in der Produktion, der Logistik sowie im Dienstleistungsektor wächst kontinuierlich und trägt ihren Teil zu einer Smart Factory bei. Je nach Anwendung müssen die Roboter jedoch umprogrammiert beziehungsweise angepasst werden. Wie offene Plattformen bei der Umsetzung von Industrie 4.0 helfen können, zeigt das Projekt SeRoNet.
Die Zahl der Serviceroboter in der Produktion, der Logistik sowie im Dienstleistungsektor wächst kontinuierlich und trägt ihren Teil zu einer Smart Factory bei. Je nach Anwendung müssen die Roboter jedoch umprogrammiert beziehungsweise angepasst werden. Wie offene Plattformen bei der Umsetzung von Industrie 4.0 helfen können, zeigt das Projekt SeRoNet. © Fotolia / Nomad_Soul
Von Dr. Björn Kahl

Serviceroboter erbringen heute Dienstleistungen in verschiedenen Umgebungen: Ob als Helfer in Produktion und Logistik oder im Privathaushalt beim Staubsaugen oder Rasenmähen – der Roboter sorgt für eine Entlastung des Menschen und ist häufig intuitiv bedienbar. Trotz ihres unbestrittenen Potenzials sind Serviceroboter im professionellen Umfeld jedoch noch wenig verbreitet. Dies ist auf mehrere Gründe zurückzuführen: Auch wenn Robotik-Hardware mittlerweile kostengünstiger ist, so sind Programmierung und Anpassung oftmals mit großem Aufwand und hohen Kosten verbunden. Zudem ist die Integration der Robotersoftware in bestehende IT-Netzwerke eine weitere Herausforderung. Diese Barrieren schrecken insbesondere den deutschen Mittelstand ab, auch wenn er erheblich von der Servicerobotik profitieren kann.

Hier setzt die offene Plattform des Forschungsprojektes SeRoNet an. Um professionellen Serviceroboter-Lösungen zum Durchbruch zu verhelfen und somit die Wettbewerbsfähigkeit verschiedener Branchen in Deutschland nachhaltig zu verbessern, soll die Plattform eine automatisierte, flexible und damit wirtschaftliche Konfiguration von Servicerobotik-Lösungen ermöglichen. Das Förderprojekt zählt zu einem der 17 Projekte des Technologieprogramm PAiCE des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi).

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Von der Wertschöpfungskette zum Wertschöpfungsnetzwerk

Die mittelständischen Produktionsunternehmen in Deutschland nutzen das Potenzial moderner Service-robotik zurzeit kaum. Daher möchte das Förderprojekt SeRoNet mithilfe einer IT-Plattform Anwender, System- integrationsdienstleister, Robotik- und Komponentenhersteller im Bereich der Servicerobotik vernetzen. Auf der Plattform können sich Produktionsunter- nehmen und andere potentielle Nutzer von Service-robotern über existierende Lösungen informieren und Partner für eigene, maßgeschneiderte Lösungen finden. Die Plattform vermittelt gemäß den individuellen Anforderungen passende Anbieter und unterstützt den gesamten Prozess für Hersteller, Dienstleister und Nutzer von der Aufgabenspezifikation über die Entwicklung bis zur Auslieferung. Unterschiedliche Anbieter können arbeitsteilig und im Kundendialog Software entwickeln und übergreifend zwischen Herstellern und Dienstleistern kombinieren. Die klassische lineare Wertschöpfungskette wird durchbrochen und durch ein Wertschöpfungsnetzwerk ersetzt, in dem alle Akteure entsprechend ihren Kompetenzen dynamisch kooperieren. Auf technischer Ebene sind die Softwarekomponenten herstellerübergreifend kombinierbar und wiederverwendbar, sodass bestehende Lösungselemente je nach Bedarf eingesetzt werden können. Eine einmal entwickelte Komponente kann so für mehrere Aufgaben und in Verbindung mit Komponenten anderer Hersteller genutzt werden. Dies senkt den Software-Entwicklungsaufwand.

Einblick in die Zukunft

Um den aktuellen Stand der Servicerobotik und die daraus resultierenden nötigen Verbesserungen auf den Punkt zu bringen, erweist sich eine Betrachtung der Lage und der Zielsetzungen von SeRoNet als nützlich.

Aktuell sind der Aufwand und damit die Kosten für die Anpassung und Programmierung eines Serviceroboters für eine gegebene Aufgabe noch sehr hoch, weshalb sich derartige Lösungen im unternehmerischen Umfeld nur selten durchsetzen. Auch ist die softwaretechnische Integration eines Robotersystems in das bestehende IT-Netzwerk des Anwenders kompliziert und mit großem Aufwand verbunden, weswegen sich gegenwärtig die Entwicklung anwendungsspezifischer Software und Roboterlösungen erst ab Stückzahlen von 20 bis 30 Systemen rechnet. Ferner zeichnet sich der Servicerobotikmarkt durch mangelnde Transparenz aus: Bislang fehlt bislang eine Infrastruktur, die dem Kunden eine Übersicht verschiedener Angebote verschafft. Ein Austausch zwischen Anwendern, Herstellern und Systemintegratoren findet bislang kaum oder nur entlang einer Lieferkette statt.

Diese Informations- und Kommunikationslücke auf dem deutschen und internationalen Markt motiviert die Zielsetzung des Projekts SeRoNet. Über die offene Plattform und die arbeitsteilige Zusammenarbeit von Nutzern, Herstellern und Dienstleistern in allen Phasen der Entwicklung können kostenintensive Fehl- und Änderungsentwicklungen vermieden werden. Die Plattform soll die Anschaffungs- und Integrationskosten für Servicerobotiklösungen so weit senken, dass sie auch für Mittelständler erschwinglich werden und so die Mitarbeiter von repetitiven Aufgaben entlasten sowie die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen steigern. Ein entscheidender Baustein ist hierzu die Investitionssicherheit in Form einer guten Anpassbarkeit des Robotersystems an sich ändernde Geschäftsanforderungen sowie die langfristige Verfügbarkeit von Erweiterungen und Entwicklungsdienstleistungen. Komplexe Steuerungssoftware kann mit geringem Aufwand individuell aus wiederverwendbaren Bausteinen erstellt, das Robotersystem modular aufgebaut und erweitert werden; so wird die Rentabilität ab dem ersten Roboter gewährleistet. Die Plattform vermittelt potenzielllen Service-robotikanwendern entsprechend deren Anforderungsprofil den passenden Systemintegrator und diesem die passenden Komponenten(hersteller). Die verschiedenen Marktteilnehmer können ihre Produkte über die Plattform anbieten und nachfragen, was für eine hohe Transparenz der am Markt verfügbaren Anbieter und Komponenten sorgt. Damit diese Komponenten auch herstellerübergreifend in unterschiedlichen Systemen einsetzbar und dementsprechend auch wiederverwendbar sind, müssen diese einheitlichen Schnittstellenstandards auf Basis von OPC UA und anderen, aus der Industrie getriebenen Normen genügen. Die Plattform unterstützt die arbeitsteilige Entwicklung und Pflege dieser Standards.

Um diese Ziele umzusetzen, testet SeRoNet Lösungen in unterschiedlichen Bereichen der professionellen Service-robotik. Dabei werden drei Pilotdemonstratoren, die sich auf variable Servicerobotik-Anwendungsfelder übertragen lassen, realisiert: Ein Demonstrator übernimmt in der Intralogistik eines Pharmazulieferers das stückgenaue Abzählen und Verpacken von Pharmaartikeln, ein weiterer erledigt durch den bedarfsgerechten Transport von Pflegeutensilien vom Lager zum Zimmer Servicedienste für das Personal im Krankenhaus. Der dritte unterstützt in der Montage der Automobilindustrie, indem er Assistenzaufgaben und das Schrauben an einem manuellen Arbeitsplatz übernimmt. Parallel wurden existierende Softwareframeworks für die Robotik auf ihre Stärken und Schwächen als Grundlage einer offenen, modularen und modellgetriebenen Softwareentwicklung in der Servicerobotik untersucht. Erste Ergebnisse des noch jungen Projektes sind auf der Projekthomepage (http://www.seronet-projekt.de) einsehbar.

Nicht nur Theorie, sondern Praxis

Im kommenden Jahr soll die Plattform einem offenen Praxistest unterzogen werden, ehe sie in etwa zwei Jahren in den Produktivbetrieb gehen soll. Ab Sommer 2019 lädt das Projekt Komponentenhersteller und Systemintegratoren in einem finanziell geförderten offenen Aufruf dazu ein, sich sowie ihre Produkte und Dienstleistungen auf der SeRoNet-Marktplattform darzubieten. Ab voraussichtlich Anfang 2020 können dann erste Servicerobotik-Anwender Lösungen für ihre Automatisierungsaufgaben entwickeln lassen. Spätestens Anfang 2021 soll sich die Online-Plattform für den Vertrieb und die Entwicklung von Softwarekomponenten für Servicerobotik erfolgreich am deutschen Markt platzieren und ab dann ihren Anteil an der Umsetzung von Industrie 4.0 beisteuern. Moderne Servicerobotik-Lösungen sollen dann auch für den Mittelstand keine Zukunftsmusik mehr sein, sondern realistische, erschwingliche und umsetzbare Chancen aufzeigen.

Dr. Björn Kahl, Projektleiter SeRoNet, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA /ag

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