Steuerung von Produktionsprozessen per Smartphone

Die App für die Minifabrik

Das Internet of Things (IoT) und die Cloudtechnologie sind heutzutage als fortschrittliche Themenfelder der Digitalisierung und der Industrie 4.0 in aller Munde und gleichzeitig ein sehr aktueller Themenbereich in der Forschung an Hochschulen und Universitäten. Am Institut für Mechatronik der Fakultät Maschinenbau an der Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften in Wolfenbüttel wurde ein ausbaubares Konzept eines vollautomatisierten Produktionsprozesses im Sinne der Industrie 4.0 entwickelt. Über eine Smartphone-App soll eine vollständig cloudbasierte Steuerung einer Minifabrik angesteuert werden.

 (Bild: Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften)

(Bild: Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften)

Die Minifabrik besteht aus mehreren Stationen, die über Förderbänder verbunden sind, und simuliert so einen Produktionsablauf unter Realbedingungen. Im Rohmateriallager lagern Paletten in drei Farben mit Würfeln, die auf jeder Seite geometrische Formen wie Dreieck, Quadrat oder Kreis zeigen. Nach Definition von Form und Farbe über die Minifabrik-App wird über RFID-Chips die jeweilige Palette mit dem Würfel automatisch gewählt und über die Transportbänder zur HR-Kamerastation befördert. Dort prüft die Kamera, ob die richtige Würfelseite nach oben zeigt. Ist dies nicht der Fall, dreht der Kuka-Roboter der Minifabrik den Würfel so lange, bis die Kamera die gewünschte Form erkennt. Daraufhin nimmt der Roboter den Würfel auf und transportiert ihn auf die andere Seite der Minifabrik, wo er auf einer Montagepalette abgelegt und zur Montagestation befördert wird. Dort legt ein Druckluftsauger einen Deckel auf den Würfel, was einen herkömmlichen Montageprozess simulieren soll. An der nächsten Station wird der aufgelegte Deckel per Pneumatikzylinder bzw. -kolben verschlossen. Danach ist der Montageprozess abgeschlossen und das fertige Produkt kann im Fertigteillager eingelagert werden. Als integrierter Sicherheitsmechnismus stoppt ein Laserscanner die Anlage, sobald eine Person den Arbeitsbereich des Roboters betritt.

 (Bild: Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften)

(Bild: Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften)

Wahl des Smartphone-Betriebssystems

Die Realisierung der Datenübertragung von der App hin zur Minifabrik über die Cloudplattform Ubidots wurde durch die Verwendung des Siemens-Gateways IoT2040 und einer OPC-UA-fähigen S7-SPS 1516 von Siemens ermöglicht. Im Vorfeld der Entwicklung der Minifabrik-App standen zwei Betriebssysteme zur Auswahl: Android von Google und iOS von Apple. Gründe für Wahl von Android waren die große Verbreitung die OpenSource-Eigenschaft, denn so waren keine Gebühren für Entwicklerlizenzen zu entrichten. Die Entwicklung der App auf iOS-Basis ist in Vorbereitung.

 (Bild: Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften)

(Bild: Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften)

Anforderungen an die App

Die verschiedenen Prozessschritte in der Minifabrik, wie Beladen und Entladen der Palette nach Farbe und geometrischer Form des Würfels oder die Steuerung des Kuka-Roboters und die Erfassung der Würfelform mit der Kamera, sollten durch die App angestoßen werden. Funktionen wie das Sortieren nach Farbe und Form oder der Montage- und die Demontagevorgang sollten über eine Überwachungsfunktion zu beobachten sein. Dazu kamen Informationsdienste, die dem Anwender die Funktionsweise der Minifabrik und die Vorgehensweise der App erklären. Weitere Funktionen oder neue Informationsdienste sollten sich ohne großen Aufwand implementieren lassen. Die Entscheidung für die Gestaltung und die Programmierung der App fiel zugunsten von MIT App Inventor, u.a. da das Tool nach Entwicklung der App auch einen Emulator zum Testen bietet. Die einzelnen Komponenten werden dabei zueinander in Beziehung gesetzt und durch Parameter und Kontrollstrukturen, wie bei C++ oder Java, einer logischen Ordnung zugeführt.

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