Seit der Beschreibung der Idee Industrie 4.0 im Jahr 2011 hat sich viel verändert. Technologische Weiterentwicklungen bei den Methoden der Künstlichen Intelligenz, Cloudsystemen oder Rechnerleistungen machten eine Neubetrachtung von Industrie 4.0 (I40) notwendig.
2019 veröffentlichten wir unser Industrie 4.0-Update und nannten es Production Level 4. Bei der Namenswahl weist die Zahl 4 auf den Kontext hin: Industrie 4.0, das Level der Autonomie: 4 (der Mensch kann noch eingreifen) und die 4. Industrielle Revolution.
Die Details unserer Vision haben wir in einem PL4-Whitepaper beschrieben.
Production Level 4 (PL4) beschreibt als dynamische Vision die Produktion der Zukunft.
Darin sehen wir eine Auflösung der starren Produktionslinien und Zulieferer, hin zu dynamischen Lieferketten.
Dabei spielen Datenräume eine zentrale Rolle, die als Plattform dienen, worin Services von Maschinen oder Software angeboten werden. Diese Services können gemietet werden, wobei die Selbstbeschreibung der Services noch Informationen wie Kosten, CO2-Verbrauch, Energieeffizienz, Liefergeschwindigkeit etc. enthalten. So kann bspw. ein Produkt besonders energieeffizient hergestellt werden, indem nur besonders stromsparende Services ausgewählt werden.
In unserer Vision entstehen einmalige Fertigungsarchitekturen für Produkte, die selbstorganisiert ihre eigene Herstellung umsetzen.
Die Details unserer Vision haben wir in einem PL4-Whitepaper beschrieben.
An drei Standorten wird in Kaiserslautern seit 2021 eine Shared Production aufgebaut. Mittweile gibt es vier Produktionsinseln, weitere sind im Bau. Die SF-KL nennt es das Production Level 4-Ökosystem. Der dort individuell konfigurierbare Modell-LKW dient als Beispielprodukt. An ihm wird gezeigt, wie die Produktion in Zukunft über Datenräume und mit Verwaltungsschalen funktionieren kann. Dabei übernehmen die Produktionsinseln unterschiedliche Aufgaben und simulieren Unternehmen, bzw. Maschinen oder Software im Datenraum, die ihre Services anbieten. Ziel sind dynamische Lieferketten, die für jedes Produkt individuell zusammengestellt werden kann.
Im DFKI-Lab steht die Produktionsinsel_KUBA mit dem Transportsystem AcoposTRAC. Angedockt sind verschiedene Module zum Ein- und Ausschleusen der LKW-Teile, zur Qualitätskontrolle und ein Handarbeitsplatz. Kommuniziert wird über den Datenraum Gaia-X und 5G.
An _KUBA wird außerdem ein Safety-Use Case getestet, an dem PILZ, B&R Automation und der TÜV SÜD beteiligt sind.
Im SF-Lab steht der erste Production Level 4–Demonstrator der Welt. Seit 2022 heißt er Produktionsinsel_JAVA.
Ursprünglich produzierte er einen konfigurierbaren USB-Stick in Noppensteinform, der mit Daten betankt werden konnte.
Seit 2023 werden Erweiterungen vorgenommen, damit neben dem USB-Stick zusätzlich Teile für den Modell-LKW produziert werden können. Damit wird _JAVA Teil des Production Level 4– Demonstratorökosystems.
_JAVA wird zukünftig in der Lage sein, zwei Produkte herzustellen. Einzelne Module und ihre Services sollen dann mit beiden Produkten arbeiten können, wir wollen sie synergetisch nutzen, z.B. die Qualitätskontrolle, die Montage und die Lagerung.
Im 500m entfernten WSKL-Labor am Lehrstuhl Werkzeugmaschinen und Steuerungen (WSKL) der Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau arbeitet _MILOS skillbasiert.
_MILOS ist Teil der Shared Production Kaiserslautern, wo ein Modell-LKW gefertigt wird. Im Zentrum steht hier ein Roboter, der in der Rolle einer Auftragsfertigung, die Anhängeraufbauten fräst oder bohrt.
Die Shared Production soll einmal die Vision von Production Level 4 darstellen, in der sich auf einem Online-Marktplatz (wie bspw. Datenraum Gaia-X) Maschinenfähigkeiten (Services) individuell zusammengestellt und so eine dynamische Lieferkette bilden können.
Dieser Film gibt einen ganz guten Überblick über die Shared Production am Standort Kaiserslautern.
Die Aufgabe der Produktionsinsel_SYLT ist der Zusammenbau von Teilen des LKW. _SYLT ist als flexibles Modul konzipiert, das vielfältige Möglichkeiten der Anpassung bietet.
Technisches Wissen
Das geplante Testbed (Stand: 09-2023) ist ein rekonfigurierbares Cyber-physisches Produktionsmodul (CPPM), das aus einer Reihe von austauschbaren Submodulen um ein zentrales Handhabungsmodul herum aufgebaut ist. Jedes Submodul verfügt standardmäßig über mechanische, elektrische und Software-Schnittstellen, um Plug-and-Produce-Szenarien zu gewährleisten. Das CPPM kann neu konfiguriert werden, um neue Produkttypen zu produzieren, indem neue Submodule eingeführt werden, die dem System neue Services (Fähigkeiten) hinzufügen.
Folgende Anforderungen an den Prüfstand sollen erfüllt werden:
- Die Steuerung soll auf verschiedene Steuerungssysteme der Teilmodule verteilt werden, weil ein zentralisiertes Kontrollsystem eine schnelle Rekonfigurierbarkeit nicht ausreichend unterstützen würde;
- die Teilmodule sollen durch ein gemeinsames Informationsmodell beschrieben werden, um Interoperabilität und Integration zu gewährleisten;
- das System soll sich selbst konfigurieren können, um ein Plug-and-produce-Szenarien zu ermöglichen;
- das System soll die effiziente Orchestrierung der Funktionalitäten der Teilmodule sicherstellen, um verschiedenen Montageaufgaben zu ermöglichen;
- Werker sollen unter Berücksichtigung ihrer Rolle und Aufgaben nahtlos in das System integriert werden können.
Um dem Ziel der Kreislaufwirtschaft näher zu kommen und wertvolle Ressourcen einzusparen, ist es zielführend, gebrauchte, aber noch 100% funktionsfähige Komponenten in den Produktionskreislauf zurückzuführen. Das Re-Use Modul von _SKYE bewertet KI-basiert die Qualität eines gebrauchten Bauteils des Modell-LKW und entscheidet, ob es erneut als Komponente für einen neuen LKW genutzt werden kann. Falls das Bauteil den Qualitätskriterien entspricht, steht es in einem Lager bereit und kann bei der Konfiguration eines neuen LKW vom Kunden ausgewählt werden. Dadurch kann er bspw. den CO2-Fussabdruck, den Preis oder den Energieverbrauch eines neuen LKW erheblich reduzieren, ohne auf Qualität verzichten zu müssen.
_SKYE zeigt, wie Anbieter von Re-Use-Services in einen Datenraum teilnehmen können, und wie eine Kreislaufwirtschaft in Zukunft umgesetzt werden kann.
In Zukunft handeln Skills als autonome Softwareagenten (Multiagentensystem) und stimmen sich untereinander darüber ab, wer das Produkt anhand der Kundenanforderungen optimal fertigen kann. Die Shared Production soll einmal die Vision von Production Level 4 darstellen, in der sich auf einem Online-Marktplatz (wie bspw. Gaia-X) Maschinenfähigkeiten (Skills) individuell zusammengestellt werden können. Unser Film gibt einen ganz guten Überblick über die Shared Production am Standort Kaiserslautern.