Der Assistent, der im Werkzeug wohnt – Qualität sichern in der Montage

Intelligente Werkzeuge erhöhen die Qualität in der Montage © BMW Group
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Intelligente Werkzeuge erhöhen die Qualität in der Montage. Einblick in das Werk der BMW Group in Regensburg.

Zusatzpaket Premium in der Entertainmentausstattung für die nachfolgenden zwei Fahrzeuge, elektrische Fensterheber nur in den Vordertüren, die weiteren Karosserien mit automatisch öffnendem Kofferraumdeckel, dann viermal alle elektrischen Bedienelemente in der Serienausstattung und, und, und… So oder so ähnlich sieht die Realität in einer auf individuelle Kundenausstattung fokussierten Montage aus. Eine schwierige Herausforderung für die Fertigungsmitarbeiter an der Produktionslinie, die sich im Minutentakt auf neue Schraubprofile einstellen müssen, um sie korrekt und vollständig auszuführen. Mit einer Entwicklung des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS setzt die BMW Group in Regensburg ihren Monteuren in der Fertigung nun einen digitalen Assistenten direkt auf ihre Werkzeuge, in diesem Falle handgeführte Akkuschrauber. Von dort aus erhält der Fertigungsmitarbeiter für jeden Auftrag individuell die Rückmeldung auf seinem Gerät, ob alle Schraubvorgänge ordnungsgemäß ausgeführt wurden. Fertig! – danach kommt die nächste Anleitung direkt auf die nur wenige zentimetergroße Kommunikationsbox, auf der über die intelligente Software des Fraunhofer IIS die Schraubrichtung, Anzahl und korrekte Bewegung in Echtzeit analysiert wird und der nächste Schritt an den Fertigungsmitarbeiter gemeldet wird.

Interview mit Jonathan Röske, Projektleiter bei BMW, und Jochen Seitz vom Fraunhofer IIS

© Fraunhofer IIS/Karoline Glasow

Jochen Seitz, Gruppenleiter Mehrsensorsysteme am Fraunhofer IIS und sein Team arbeiten seit nunmehr knapp drei bis vier Jahren an Algorithmen für Sensor Fusion und Lokalisierungslösungen.

Herr Seitz, wie sind Sie auf die Idee gekommen mit einem Sensor-Fusionsverfahren Arbeitsvorgänge in der Produktion zu unterstützen?

Im Umfeld von Industrie 4.0 geht es in der Produktion vor allem um die Vernetzung verschiedener Daten, deren intelligente und schnelle Auswertung. Gerade für komplexe und echtzeitfähige Anwendungen, reicht eine einzelne Technologie meist nicht aus. Daher ist es notwendig, die Stärken verschiedener Technologien zu nutzen und durch eine intelligente Algorithmik an verschiedenste Anforderungen anzupassen. Dabei haben wir zunächst die Genauigkeit durch die Ergänzung herkömmlicher Trackingverfahren mit weiteren Technologien im Rahmen von Auto- und Fußgängernavigation verfeinert. Nächster Schritt war es dann, anhand von Bewegungsklassifikation mit handgeführten Werkzeugen eher kleinräumige Bewegungsabläufe z.B. der Hand zu detektieren. Auf der CeBIT 2015 haben wir dann den ersten Prototyp in einer Kooperation mit einem Werkzeughersteller vorgestellt.

 

Wie sahen die weiteren Schritte danach in der Entwicklung aus?

Nach diesen ersten Prototypentwicklungen, die noch davon ausgingen, die Technik eventuell in das Werkzeug direkt zu integrieren und auf eine zusätzliche Infrastruktur zu verzichten, wurde die Idee einer universellen „Vernetzungsbox“ immer deutlicher.

© BMW Group

Jonathan Röske, Projektleiter im Fachbereich Innovationen, Digitalisierung, Industrie 4.0 bei der BMW Group, hatte die Idee, Schraubprozesse mit Sensorik abzusichern und zu überwachen. Insbesondere für die Absicherung nicht kritischer Schraubverbindungen (der Kategorie C) sollte eine kostengünstigere Alternative zur EC-Schraubtechnik her. Bei der Suche nach einem geeigneten Partner fiel die Wahl schnell auf das IIS.

Herr Röske, wie wurde dann die BMW-Group auf das Projekt aufmerksam?

Anknüpfungspunkt für erste Gespräche war die Technologiepräsentation der Fraunhofer IIS Schwerpunktthemen Lokalisierung und Kommunikationstechnologien 2016 auf verschiedenen Messen. Im Rahmen auch interner Workshops suchte die BMW Group nach einer smarten Lösung für die drahtlose Anbindung und Assistenz unserer handgeführten Werkzeuge in der Produktion. Mein Ansatz war: wenn ein Smartphone über die Sensorik verfügt, um Schritte zu zählen, sollte es dann nicht möglich sein, vergleichbare Sensorik für Schraubprozesse einzusetzen? Das Sensor-Fusions-Verfahren zum Werkzeugtracking, für das eine kostengünstige Sensorik sowie unsere vorhandene WLAN-Infrastruktur genutzt werden konnte und die zuverlässige Auswertung über die Fraunhofer-Software traf hier den Nerv bei BMW.

 

Herr Seitz, können Sie uns erläutern, wie die derzeitige Installation aufgebaut ist?

Gerne. In einem Sensor- Fusionsverfahren werden die Drehraten, die Beschleunigungen und die Richtungsinformation des Akkuschraubers in Echtzeit kombiniert und miteinander verrechnet. Diese Trackinginformationen werden mit den vorgegebenen Parametern abgeglichen. Stimmen die Werte überein, kann dem Fertigungsmitarbeiter vor Ort direkt per LED-Anzeige signalisiert werden, ob alle Verschraubungen korrekt ausgeführt sind. Aktuell wird damit überprüft, ob alle Schrauben fest angezogen wurden.

 

Herr Röske, wie werden Sie nun die nächsten Schritte in der Produktion planen?

Derzeit wird der Prototyp des Systems in einer unserer Produktionslinien im Werk Regensburg getestet. Denn gerade dort, wo nicht Maschinen die präzise Ausführung übernehmen oder übernehmen können, ist es uns wichtig die Arbeiter in einer digitalen Produktion auch durch digitale Assistenzsysteme soweit wie möglich zu unterstützen.

Diese Pilotphase dient dazu, zusammen mit unseren Mitarbeitern in der Fertigung genau zu analysieren, welche Kennzahlen unbedingt für die Qualitätssicherung herangezogen werden müssen. Ziel ist es, das System noch weiter auszubauen und zusammen mit dem Fraunhofer IIS in ein Produkt für weitere Produktionslinien überführen zu können.«

 

Herr Seitz, wenn Sie als Fraunhofer-Wissenschaftler aus der Angewandten Forschung hier die Entwicklungen weiterdenken. Was wäre auf der Basis der vorhandenen Technologien noch möglich?

Das Werkzeugtracking könnte im nächsten Schritt sehr gut mit einem System zur Ortung kombiniert werden. So könnten beispielsweise an jedem Werkstück genau die Schraubstelle oder die Verschraubung zugeordnet werden. Bestimmte Abläufe könnten zudem, wenn nötig, dokumentiert und für zeitnahe Optimierungen oder Anpassungen vom digitalen Assistenten angeleitet werden.

Video: So funktioniert das Werkzeugtracking

Der richtige Einsatz und die Position von Werkzeugen in der Produktion sind sowohl in Bezug auf Qualitätssicherung als auch im Hinblick auf die Sicherheit der Arbeiter wichtig. Für viele Unternehmen schafft intelligentes Werkzeug einen ersten wichtigen Schritt auf dem Weg hin zu einer »Produktion der Zukunft«. Wie das funktioniert, sehen Sie im Video.


Hinweis: Mit dem Starten des Videos werden Daten an youtube übertragen.

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