Fraunhofer IPK

Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik

Prozessautomatisierung und Robotik

Die Automatisierung der Produktion folgt heute nicht mehr nur ökonomischen Erwägungen. Stattdessen rücken der nachhaltige Umgang mit Ressourcen und die Auswirkungen des demographischen Wandels ins Zentrum des Interesses. Die Abteilung Prozessautomatisierung und Robotik begegnet diesen Herausforderungen mit intelligenten Steuerungs- und Leitsystemen sowie fortgeschrittenen Robotertechnologien.

Die Automatisierung steht vor großen Aufgaben: Bei der Einrichtung von Produktionsprozessen und -anlagen müssen zunehmend ökologische Aspekte und der effiziente Einsatz von Ressourcen berücksichtigt werden. Zugleich führen differenzierte Kundenwünsche zu hoher Variantenvielfalt bei geringer Stückzahl pro Variante, was eine flexible Fertigung voraussetzt. Die Komplexität der damit verbundenen Abläufe lässt sich reduzieren, indem kognitive und feinmotorische Fähigkeiten des Menschen verstärkt in den Produktionsprozess einbezogen werden. Zudem fordern die Auswirkungen des demographischen Wandels auf die Arbeitswelt angemessene Beachtung.

Lösungsansätze bieten neuartige IT-basierte Automatisierungstechnologien, wie intelligente Steuerungs- und Leitsysteme oder fortgeschrittene Robotik. In diesen Bereichen blicken wir auf über 30 Jahre Erfahrung. Die Bandbreite unserer Kompetenzen reicht von Werkzeugen zur Prozessmodellierung und -simulation über innovative Kinematiksysteme mit neuen Antriebs- und Steuerungslösungen bis hin zur übergeordneten Prozessleittechnik und Technologien zur Unterstützung des Bedienpersonals. Eine Spezialität sind kraftgeregelte Roboter­systeme und die Mensch-Roboter-Kooperation. Unsere Entwicklungen werden neben der Produktion auch im Handwerk, der Medizin und Reha sowie im Servicebereich eingesetzt.

Roboter mit Gefühl

Fortschrittliche Steuerungssysteme und Sensorik befähigen Roboter, sich eigenständig an veränderte Umgebungsbedingungen anzupassen. Wir entwickeln Verfahren zur Kraft- und Nachgiebigkeitsregelung, die es ihnen ermöglichen, auf Geometrie- und Prozessabweichungen zu reagieren – seien sie vom Roboter selbst, dem Werkstück oder der Arbeitsumgebung verursacht. Die Erweiterung von Robotern zu »fühlenden« Maschinen eröffnet Anwendungsbereiche, die bisher die Fähigkeiten des Menschen zur kraftschlüssigen Führung beweglicher Objekte voraussetzten. Beispiele sind Montage- oder Testaufgaben.

Humanzentrierte Automatisierung mit KOBOTs

Wo die Vollautomatisierung an ihre Grenzen stößt, entfaltet die humanzentrierte Automatisierung ihr Potenzial. Sie bildet menschliche Fähigkeiten nicht nach, sondern unterstützt sie optimal. Dazu treiben wir die Entwicklung kooperativer Roboter (KOBOTs) voran. Sie nehmen dem Menschen körperlich anstrengende Tätigkeiten ab, überlassen ihm jedoch die volle Bewegungskontrolle. Das Ergebnis sind Automatisierungssysteme deutlich verminderter Komplexität, die eine schnelle Einarbeitung und kostengünstige Gesamtsystemlösungen ermöglichen.

Bearbeitungsroboter

Industrieroboter übernehmen zunehmend Aufgaben, die bisher Werkzeug- oder speziellen Bearbeitungsmaschinen vorbehalten waren. Wir führen Forschungsarbeiten zum roboterbasierten Fräsen, Schleifen und Polieren durch. Neben der Neuteilfertigung stehen Reparaturprozesse mit ihren spezifischen Anforderungen an die Verfahrens- und Prozessadaptivität im Fokus. Zudem treiben wir den Einsatz von Robotern in der Natursteinbearbeitung voran, als Ergänzung zu Steinbearbeitungsmaschinen wie auch als teilautomatisiertes, kraftverstärkendes System zur direkten Interaktion mit dem Steinbildhauer. Einsatzpotenziale und Grenzen der Roboteranwendung für Bearbeitungsaufgaben zu ermitteln bildet eine unserer Expertisen.

Prozessoptimierung in komplexen Systemen

Das Erkennen von Wechselwirkungen ist Voraussetzung einer ganzheitlichen Optimierung, stellt in vernetzten Anlagen mit einer Vielzahl heterogener Einzelsysteme – von den Maschinen bis zur IT-Infrastruktur – jedoch eine große Herausforderung dar. Wir unterstützen diesen Prozess unter anderem mit Werkzeugen, die Data-Mining-Methoden in der Produktion nutzbar machen. Einsatz finden sie etwa bei der Analyse der Energieeffizienz von Produktionsanlagen (Energy Data Mining).