Living Lab - Industrie 4.0
Virtuelle Fabrik
In Zusammenarbeit mit verschiedenen Dualen Partnern wird der Aufbau einer Modellfabrik mit realitätsnah simulierten Prozessen in Produktion, Logistik, Service und Anlagenmanagement durchgeführt. Diese soll nicht nur aufgebaut und dann in Lehre, Forschung und Transfer genutzt werden, sondern "leben", d.h. stetig verändert, angepasst und erweitert werden ("Living Lab"). Hiermit wird die Umsetzung von Innovationen im Umfeld der "Produktion der Zukunft" zielgerichtet gefördert und in die betriebliche Praxis transferiert.
Typische Produktionsanlagen und Fertigungsprozesse, insbesondere auch von mittelständischen Betrieben (KMUs), können dort in Form von Modellen mit realen industriellen Komponenten, verteilter Automatisierungstechnik sowie echtzeitfähigen Simulationssystemen abgebildet und mit realen Informationssystemen (ERP, MES, SCADA,...) vernetzt, analysiert und gesteuert werden. Ein zukunftsfähiges Kennzahlenmanagement und ein Ausnahmeprozess auf Grundlagen einer echtzeit- und massendatenfähigen Prozessdatenarchitektur (OPC, Hadoop-Cluster) sind wichtige Pfeiler der Gesamtlösung. Des Weiteren sind Methoden und Komponenten zur automatischen Identifikation von Objekten (1D/2D-Barcodes, RFID, NFC) bis hin zum Digitalen Produktgedächtnis ebenso Teil des Labors wie auch aktuelle Konzepte zur Mensch-Maschine-Interaktion inklusive Web-Schnittstellen und mobilen Lösungen zur Visualisierung und Steuerung über eigenentwickelte Apps.
Die "Digitale Fabrik" des Kompetenzzentrums "Fertigungs- und Informationsmanagement" der DHBW Mosbach ist als einer von "100 Orten für Industrie 4.0" in Baden-Württemberg ausgezeichnet worden.
Studium und Forschung
Dieser interdisziplinäre Ansatz ermöglicht ein umfassendes, bedarfsgerechtes und praxisorientiertes Studium der zukünftigen Ingenieure in den Studiengängen Wirtschaftsingenieurwesen, Elektrotechnik, Maschinenbau und Mechatronik, aber auch in der Informatik und Wirtschaftsinformatik.
Mit "E-FIT" (,Evolutionäre Fertigungs-IT´) wurde zudem ein erstes Forschungsprojekt gestartet, um Mensch, Maschine und IT-Systeme in der Produktion informationstechnisch zu vernetzen. Im Rahmen des Projektes wurde untersucht, wie innovative Produktions- und Logistikprozesse zusammen mit moderner Informations- und Kommunikationstechnologie einen entscheidenden Mehrwert und Effizienzgewinn für Unternehmen ermöglichen. Hierunter fiel auch die Analyse neuer Geschäftsmodelle auf Basis der erweiterten Möglichkeiten.
Module des Living Lab
1 Mensch-Maschine-Schnittstelle
Das Modul schult die Studierenden im Umgang mit der Benutzerschnittstelle zwischen Mensch und Produktionsanlage. Die Werkstücke tragen ihre Informationen mit sich. Über Tablets und Datenbrillen können die Studierenden dieses digitale Produktgedächtnis via Augmented Reality (AR) abrufen. Informationen zum Werkstück werden über NFC (Near Field Communication) gelesen, aktualisiert und sind über eine Cloudanbindung auch für IoT (Internet of Things) Szenarien verfügbar.
3 Individuelle Fertigung und kollaborative Robotik
Die Studierenden übergeben die Daten aus der Bestellung – im Living Lab ein virtuelles Fahrrad unterschiedlicher Farbe – an die Fertigungsanlage, die einzelnen Werkstücke tragen ihre Informationen über RFID mit sich. Das ermöglich einen dynamischen und adaptiven Fertigungsablauf und den anschließenden Abgleich mit den Bestelldaten. Ein kollaborativer Roboter setzt im Living Lab Produkte auf die Fertigungsstraße und interagiert dabei mit den Studierenden. Sie üben an und mit ihm Verfahren, um seine Interaktions- und Schutzmechanismen einzulernen. Auch Methoden zur Bilderkennung mittels Kamera werden vermittelt.
5 Digitaler Zwilling
Virtuelles Engineering und Data Science lernen die Studierenden mit Digitalen Zwillingen der Produktionsmodule des Living Lab, beispielsweise einer Presse aus Lego-Komponenten. Dazu zählt das Auslesen der Sensorik ebenso wie Simulationen vor und während der Inbetriebnahme oder die prädiktive Wartung. Der digitale Zwilling des DHBW-Exponats auf der Bundesgartenschau, die Blumenpflanzanlage, ist ebenfalls ins Living Lab integriert.
2 Produktions- und Informationsmanagement
Herzstück des Living Lab sind die betrieblichen Informationssysteme ERP und MES (SAP und MPDV Hydra) im Produktionsumfeld, auf dem die Prozesse laufen. Hier steuern die Studierenden in den Laborübungen die Produktion vom Kundenauftragsprozess über Logistik und Fertigung bis hin zum Controlling.
4 Lagerlogistik mit kontaktloser Ladestation
Die automatisierte Lagerhaltung und Inventur für verschiedene Komponenten des Living Lab erfolgt im automatischen Hochregallager. Gleichzeitig befindet sich hier die Ladestation für eines der Produkte des Living Lab, die individualisierte Taschenlampe.
6 Industrielle Kommunikation
Die automatische Identifikation der Werkstücke mittels RFID, Sensorik und Feldbussysteme vereinen sich im Living Lab zu ‚Big Data‘. Die Studierenden lernen, die dezentrale Prozessdaten und Automatisierungssysteme ins Produktions- und Informationssystem zu integrieren.
Projekt
Prof. Dr. Christian Kuhn, Prof. Dr. Stephan Hähre, Prof. Dr. Alexander Auch
Für die zukunftsorientierte Lehre und angewandte Forschung hat die DHBW Mosbach das interdisziplinäre Kompetenzzentrum „Fertigungs- und Informationsmanagement“ etabliert. Neben dem Ausbau der anwendungsbezogenen Lehraktivitäten in verschiedenen Studiengängen wird vor allem auch eine verstärkte Transferforschung mit Dualen Partnern und Projektpartnern angestrebt.