CoCoS

Kurzsteckbrief

Die digitale Transformation verändert die Anforderungen an die Produktion, da Konsum- und Investitionsgüter komplexer und variantenreicher, ihre Produktionszyklen enger und die Zeitspanne zwischen der Entwicklung und Markteinführung kleiner werden. Diese Gegebenheiten stellen hohe Ansprüche an die Produktionssysteme – die bei einer Organisation mittels einer hierarchischen Automatisierungspyramide schwer zu erfüllen sind. Denn bei einer hierarchischen Struktur hat jede Ebene eine eigene Aufgabe. Das reicht von der Unternehmensplanung (Enterprise Resource Planning) über die Planung und Steuerung von Produktionsprozessen bis hin zur Einzelsteuerung von Anlagen und Maschinen. Jede Ebene verwendet eigene Softwaresysteme und oft auch eigene Kommunikationstechnologien. Bei einer Änderung im Fertigungsprozess müssen die Prozesse auf jeder Ebene angepasst werden, weshalb Modifikationen kostspielig sind.

Aus diesem Grund wurde im Projekt CoCoS eine intelligente Software-Plattform entwickelt, die eine autonome Vernetzung unabhängiger Komponenten und Anlagen einer Produktion ermöglicht. Auf der Plattform werden die Fertigung bei Zulieferern und Produzenten sowie die Logistikdienstleister integriert. Durch die Vernetzung der einzelnen Komponenten und eine Vereinheitlichung der Kommunikationstechnologien werden die produktionstechnischen sowie die betriebswirtschaftlichen Prozesse verzahnt und lassen sich flexibel steuern und verändern. So können beispielsweise Maschinen unterschiedlicher Hersteller auf unkomplizierte Weise verwaltet werden.

Szenario

Die CoCoS-Plattform umfasst mehrere Ebenen. In einer Ebene werden die einzelnen Komponenten einer Produktionslinie mit einer Software in ein System eingebunden. Dadurch entsteht eine flexible Struktur. Diese Ebene ermöglicht die Kommunikation von Sensoren und Aktoren und zeichnet sich unter anderem durch eine gute Erweiterbarkeit aus. Um auch große Mengen an Sensordaten effizient zu verarbeiten, werden Verfahren genutzt, bei denen einfache Berechnungen bereits im Netzwerk erledigt werden. Eine weitere Ebene umfasst die Software, die das modulare System im Ganzen steuert, beispielsweise intelligente Applikationen, Datenbanken und Business-Apps. Durch die Vernetzung der Komponenten verringert sich der Integrationsaufwand der einzelnen Teile maßgeblich. Zudem wird eine durchgehende Kommunikationsfähigkeit der gesamten Produktionsanlagen über die Unternehmensgrenzen hinweg gewährleistet.

Die Plattform wurde an einem unternehmensübergreifenden Demonstrator erprobt. Bei der Fertigung von Steckverbindungen bei Bosch wurden Zulieferer der Modellfabrik Smart Factory des DFKI in Kaiserslautern und Maschinen zur Teilefertigung bei DMG Electronics in Pfronten über die Cloud Integration-Schnittstelle der Projektpartner XETICS und Trustsec miteinander verbunden. Im Rahmen der Produktion eines Motorsteuergerätes von Bosch wurden die drei Produktionsstandorte der Partner DMG, DFKI und Bosch miteinander vernetzt. Die Einbindung von Maschinen erfolgte über XETICS Lean an verschiedenen Standorten. Dadurch konnten verschiedene Maschinen und Anlagen (Smart Objects) in einem Produktionsprozess miteinander verknüpft werden.
Um eine konstante Verbindung zwischen den intelligenten Produktionssystemen sicherzustellen, wurden die Anlagenauslastung und die Verbindung der Komponenten permanent überwacht. Unterbrechungen der Verbindung wurden automatisch erkannt und durch Selbstheilungsprozesse wiederhergestellt.

Wege in die Praxis

Die CoCoS Informations- und Kommunikationsplattform ermöglicht die Optimierung von bestehenden Kommunikationsprozessen in der Produktion. Durch die neuartigen Vernetzungsmechanismen werden der Aufwand für die Inbetriebnahme eines Produktionssystems oder dessen Rekonfigurierung deutlich reduziert, die Produktionsprozesse flexibilisiert sowie Ausfallsicherheit gewährleistet. Die drahtlosen Kommunikationsnetze in dynamischen Produktionsumgebungen führen zu deutlichen Effizienzsteigerungen.

Insbesondere bei der Inbetriebnahme neuer Komponenten in eine Produktionsumgebung kommen die Vorteile zum Tragen, da dafür keine besonderen Fähigkeiten mehr notwendig sind. Der Prozess läuft vollautomatisiert ab. Grund hierfür sind die „Plug & Play“-Fähigkeiten der Komponenten sowie deren Selbstkonfiguration und Selbstkalibrierung. Auch Ausfälle sollen automatisch erkannt und alternative Verbindungen zwischen den Komponenten gesucht und hergestellt werden. Neben einer flexibleren Fertigung werden zum Beispiel die schnelle Anpassung und Erweiterung von Produktionsanlagen („Plug-and-Produce“) bei Nachfrageschwankungen oder Störungen realisierbar. Das ermöglicht Unternehmen, den gesamten Produktionsablauf vom Management bis zur Logistik zu optimieren und über die Informations- und Kommunikationsplattform standortübergreifend zu steuern.

Dementsprechend lassen sich die Forschungsergebnisse in allen Bereichen anwenden, in denen die Produktion mehrere Schritte umfasst. Dazu gehört die Anlieferung von Rohmaterialien ebenso wie die Fertigung von Komponenten bis hin zum fertigen Produkt – unternehmens- und standortübergreifend.

Konsortialpartner: Robert Bosch GmbH (Konsortialführer), trustsec IT-solutions GmbH, Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH, XETICS GmbH, Technische Universität Berlin, DMG MORI Software Solutions GmbH