Das Forschungsprojekt „AutoWSA“ legt den Fokus auf eine automatisierte Wertstromanalyse, die durch die zunehmende Vernetzung der Produktion ermöglicht wird. Die bisher manuell durchgeführten Datenaufnahmen im Rahmen einer Wertstromanalyse werden zukünftig weitestgehend automatisiert erfolgen.
Die Herstellung von Produkten erfolgt durch unterschiedliche Aktivitäten, die aufeinander aufbauend einen Wert für den Kunden erzeugen und durch einen Wertstrom beschrieben werden. Um diese Aktivitäten zu optimieren, werden die Material- und Informationsflüsse im Rahmen von Wertstromanalysen aufgenommen, analysiert und bewertet. Diese Erfassung des Ist-Zustandes erfolgt derzeit vorrangig manuell und hat den Nachteil der fehleranfälligen, personen- und zeitintensiven Identifikation von Material- und Informationsflüssen. Zudem müssen vorhandene Daten aus bestehenden fertigungsnahen Systemen aufgearbeitet und aggregiert werden, welche in der Praxis kaum für die Wertstromanalyse genutzt werden. Die Potenziale der Auto-ID-Systeme (z. B. RFID, RTLS) werden nach gegenwärtigem Stand noch nicht für die Wertstromanalyse genutzt. Genau diese Probleme sollten in diesem Forschungsprojekt aufgegriffen und eine integrierte Gesamtlösung entwickelt werden.
rechts: Bestückte Platine (Bild a) sowie das fertige LPWAN-Modul (Bild b) des Projekts AutoWSA (Quelle: Fraunhofer IIS)
Für die integrierte Gesamtlösung werden neben dem Konzept zur automatisierten Aufnahme der Wertströme geeignete RFID-Systeme, eine Empfangseinheit sowie eine Integrationsplattform zur Verarbeitung, Darstellung und Auswertung der aufgenommenen Daten eingesetzt (siehe Abbildung links). Die Aufwandsreduzierung durch die automatisierte Datenaufnahme in der gesamten Produktion in Form eines Sensornetzwerkes und durch die Einbindung der Daten aus den fertigungsnahen IT-Systemen gestaltet die Methode der Wertstromanalyse einfacher in der Anwendung. Diese Methode ermöglicht eine dynamische Abbildung des Systemverhaltens und somit eine kontinuierliche Prozessverbesserung. Zur Erfassung des Ist-Zustands wird ein mobiles System temporär im Produktionsumfeld aufgebaut, das Material- und Informationsflüsse automatisiert aufnimmt und an ein Auswertungssystem überträgt. Dabei wird auf Auto-ID-Technologien zurückgegriffen, welche an die Anforderungen der Wertstromanalyse angepasst und weiterentwickelt werden. Für den Fall, dass die räumliche und zeitliche Auflösung des RFID-Systems in den Anwendungsfällen nicht ausreichend ist, wird als zusätzliche Detaillierungsstufe die Anbindung eines Sensormoduls an das mobile System vorgesehen (siehe Abbildung rechts). Dazu werden die einzelnen AutoWSA-Module über eine Long-Range-Telemetrie-Funkstrecke mit einer Basisstation vernetzt. Dadurch ist der Datenaustausch auch über größere Distanzen wie z. B. ein gesamtes Betriebsgelände ohne zusätzlich notwendige Kommunikationsinfrastruktur (wie z. B. WLAN, LAN) vor Ort möglich.
Für das Setup wurden folgende Module verwendet:
- Mikrocontroller zur Steuerung des Gesamtsetups
- NFC Modul zur Aktivierung aus dem Deep-Sleep und zur Konfiguration
- GPS Modul zur Positionsbestimmung im Außenbereich
- LPWAN Modul „Mioty“ zur Weitbereichskommunikation als Datenübertragungs-medium auf dem gesamten Firmengelände (Reichweite bis zu 15 km)
- Beschleunigungs- und Bewegungssensor zur Ermittlung von Ortswechseln bzw. des Stillstands des Moduls
- UHF RFID Transponder mit serieller Schnittstelle zum Mikrocontroller zur Erfassung von Produktionsstandorten (Halle, Arbeitsplatz) analog zum einfachen Szenario
Das Forschungsprojekt hat durch die Entwicklung des AutoWSA-Systems und dessen demonstratorische Umsetzung in der Industrie gezeigt, wie höhere Transparenz der einzelnen Prozessschritte hergestellt werden kann. Weiterführend können auf Basis des entwickelten mobilen Sensornetzwerks sowie der automatisch berechneten und analysierten Wertstrom-Parameter neue Ansätze der künstlichen Intelligenz eingesetzt werden.
