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Smarte Fabrik

Augmented Reality hilft beim Rohrbiegemaschinen-Rüsten

| Autor: Stéphane Itasse

Wie kann man das Wissen erfahrener Mitarbeiter für alle Kollegen nutzbar machen? Wie kann man Werkern mit digitalen Werkzeugen helfen? Beide Fragen haben Forscher der Universität Siegen anhand des Rüstens von Rohrbiegemaschinen beantwortet.

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Was beim Rüsten der Rohrbiegemaschine jetzt zu tun ist, kann sich der Bediener in der Mixed-Reality-Brille Hololens von Microsoft anzeigen lassen.
Was beim Rüsten der Rohrbiegemaschine jetzt zu tun ist, kann sich der Bediener in der Mixed-Reality-Brille Hololens von Microsoft anzeigen lassen.
(Bild: Itasse)
  • Mit der Mixed-Reality-Brille Hololens kann man dem Werker beim Rüsten von Rohrbiegemaschinen zeigen, welche Arbeitsschritte anstehen.
  • Die Dauer des Rüstprozesses wird so um bis zu 50 % verkürzt.
  • Eine lernende Software erfasst, welche Maßnahmen der Bediener getroffen hat, bis das Biegeergebnis stimmt, und bietet sie in passenden Situationen wieder an.

Rohre biegen macht Mühe: Kleine Serien und unterschiedliche Maschinen in der Fertigung erfordern viele Rüstschritte. Wenn zusätzlich neue Arbeitskräfte die Maschinen einstellen sollen, die wenig Erfahrung haben, können Rüstzeiten und damit Fertigungskosten aus dem Ruder laufen.

Abhilfe schafft ein Projekt der Universität Siegen. Im Forschungsprojekt „Cyberrüsten 4.0“ hat Dr. Christopher Kuhnhen vom Lehrstuhl für Umformtechnik zunächst den Rüstprozess von Rohrbiegemaschinen mithilfe von Eyetracking-Brillen analysiert. Die Forscher haben dann den Prozess in einen statischen und einen dynamischen Anteil aufgespalten. Der statische Anteil umfasst die Vor- und Nachbereitung sowie das Rüsten, beim dynamischen Anteil geht es um die Prüfung des Biegeprozesses und des Bauteils sowie gegebenenfalls um die Deutung von Fehlern und die Fehlerbeseitigung.

Jeder Arbeitsschritt wird über Datenbrille eingeblendet

Beim Rüsten setzt sich der Maschinenbediener nun eine Mixed-Reality-Brille auf; im Projekt war es die Hololens von Microsoft. Blickt der Anwender auf die reale Maschine, erscheint in der Brille eine virtuelle Nachbildung – daher der Begriff Augmented Reality. Über die Brille wird nun jeder Arbeitsschritt nach und nach eingeblendet, steuern lässt sie sich mit Gesten. Durch diese Anweisungen könnten zum Beispiel auch unerfahrenere Mitarbeiter Maschinen rüsten. Die Dauer des Rüstprozesses wird so um bis zu 50 % verkürzt. „In einem Fall konnte sogar ein Mitarbeiter, der eine bestimmte Maschine noch nicht kannte, mithilfe der Hololens diese Maschine selber abrüsten, ohne weitere Einweisung“, sagt Kuhnhen im Gespräch mit MM Maschinenmarkt.

Allerdings ist die Hololens in der aktuellen Generation mit einem Gewicht von mehr als 500 g auf Dauer relativ unbequem zu tragen. Zwar soll die Brille künftig leichter werden, dennoch haben die Forscher das System so ausgelegt, dass der Werker sich nur bei Bedarf Unterstützung über Augmented Reality holt.

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„Die Hololens gibt jetzt Anzeigen auch ortsbezogen aus, das ist der Mehrwert von Augmented Reality“, sagt Sven Hoffmann, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik der Universität Siegen. Die Datenbrille kann auch Wege analysieren, was für das Projekt wichtig war. „20 bis 40 % der Rüstzeit sind Wege“, wie Hoffmann erläutert.

Eine in die Maschine integrierte PMD-Kamera zur flexiblen Werkzeugüberwachung kann der Hololens Hologramme liefern, die dem Maschinenbediener eingeblendet werden. Allerdings kann die Hololens noch nicht genau erkennen, ob das Werkzeug richtig positioniert wurde – die Ortsauflösung ist dafür noch zu schlecht. „Die neue Generation wird eine bessere Kamera haben“, erwartet der Forscher von der Universität Siegen. Die Rüstprozesse lassen sich anschließend analysieren und optimieren; zum Editieren der Rüstschritte gibt es eine PC-Anwendung.

Software hilft mit Erfahrungen der Mitarbeiter

Im dynamischen Anteil des Rüstprozesses geht es um die genauen Werkzeugeinstellungen. Beim Rotationszugbiegen müssen dazu insgesamt sieben Werkzeuge eingestellt werden. Um schneller zum Gutteil zu kommen, schlägt eine von der Forschungsgruppe entwickelte und vom Entwicklungshaus Lachmann und Rink aus Freudenberg umgesetzte Software dem Maschinenbediener die bestmöglichen Parameter vor. Diese Software baut auf dem Wissen erfahrener Mitarbeiter des Hilchenbacher Unternehmens Westfalia Metallschlauchtechnik auf, welche die Forscher ausführlich befragt haben. Beim Arbeiten wurden ihre Fehler und Korrekturen erfasst; andere Werker griffen auf das so gesammelte Wissen zu und konnten auch eigene Ansätze einbringen, um den kontinuierlichen Verbesserungsprozess zu unterstützen. Anhand der Parameter kann die Software Vorschläge zur Korrektur auf Basis ähnlicher Fehler aus der Vergangenheit machen. „Der Werker kann und soll mitdenken“, betont Kuhnhen. Abschließend gibt der Werker ein Feedback an das System und teilt mit, welche Maßnahmen er ergriffen hat und welches die Wirksamkeit dieser Maßnahmen war. Dieser Fall geht dann wieder in die Wissensbasis ein.

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