Bei der Industrie 4.0 dreht sich alles um die Vernetzung von Menschen, Maschinen und Produkten. Dreh- und Angelpunkt bei der Modernisierung für das Internet of Things (IoT) sind die Betriebsdaten der Maschinen, die möglichst exakt erfasst und ausgewertet werden müssen. Aber vor allem für KMUs wirkt das häufig wie eine Herkulesaufgabe. Weshalb sie solchen Modernisierungen oftmals mit Skepsis gegenüberstehen. Denn reibungslos funktionierende Anlagen sind ein wesentlicher Faktor der Produktivität eines Unternehmens. Aber es muss nicht immer die zeit- und kostenintensive Anschaffung einer neuen Anlage sein. Die Retrofit-Methode ist eine interessante Alternative dazu. Auch wenn sie kein Allheilmittel darstellt, besitzt sie ein bemerkenswertes Potenzial.

Aber was genau ist denn nun ein Retrofit?

Der Begriff Retrofit setzt sich aus dem lateinischen Retro (rückwärts) und dem englischen to fit (anpassen) zusammen. Die Bezeichnung Retro ist auch im allgemeinen Sprachgebrauch bekannt und steht für einen Bezug zur Vergangenheit. Wenn es heißt, dass in der diesjährigen Sommermode Retromuster wieder angesagt sind, wissen wir alle, dass ein bereits vergangener Trend wieder auf dem Vormarsch ist.

Auch bei einem Retrofit geht es um etwas aus der Vergangenheit, das wieder zeitgemäß wird: Eine Anlage oder Maschine wird durch neue Bauteile, die in einem späteren Teil des Artikels näher beschrieben werden, wieder an die derzeitigen technischen Verhältnisse angepasst. Denn die Mechanik veraltet trotz langjähriger Verwendung kaum. Somit eignet sie sich als Grundlage für eine Modernisierung mit Hilfe aktueller Informations- und Kommunikationstechnik. Auf diese Weise entsteht im Idealfall eine nahtlose Verschmelzung der geschätzten Bestandsanlagen und innovativer Industrietechnik, so dass die modernisierten Anlagen in digitale Fertigungssysteme und Abläufe integrierbar sind. Durch Retrofitting werden vorhandene Maschinen fit für die Digitalisierung, und der erste Schritt in Richtung mehr Flexibilität und Vernetzung ist durch die Einbindung in moderne IT-Systeme getan. Außerdem können so digitale Prozesse wie ein Dashboard zur Visualisierung der Daten, die Automatisierung der Produktion oder Predictive Maintenance unterstützt werden.

Vorteile eines digitalen Retrofits

• Die Kosten sind geringer als bei einer Neuanschaffung
• Verlängerung der Lebensdauer der Anlagen
• Gewohnte Arbeitsweisen an den Maschinen können beibehalten werden
• Zeit- und kostenaufwändige Schulungen der Mitarbeiter entfallen
• Umbauten in der Produktionshalle oder Erweiterungen des Platzangebots sind
  bei dieser Methode nicht notwendig
• Erfüllung aktueller gesetzlicher Vorgaben oder Sicherheitsbestimmungen
• höhere Produktivität und Produktqualität
• Senkung von Produktionskosten
• bessere Energieeffizienz
• Steigerung der Effizienz der Anlagen
• Transparente Maschinendaten und Prozesse

Was wird für einen digitalen Retrofit benötigt?

Um einen Maschinenpark an die Anforderungen der Industrie 4.0 anzupassen, sind verschiedene Komponenten notwendig. Denn der digitale Retrofit setzt neue Hard- und Software aus den Bereichen Sensorik, Informations- und Kommunikationstechnik voraus.

Die Informations- und Kommunikationstechnik sorgt für die Vernetzung der Anlagen untereinander und mit den steuernden oder überwachenden Systemen. Während an den Maschinen angebrachte Sensoren unterschiedliche Abläufe überwachen und diverse physikalische Größen wie zum Beispiel die Temperatur oder den Druck messen. Durch die Vernetzung der Sensoren stehen die erfassten Messwerte für die weiterverarbeitende Software zur Vefügung.

Das Mittel zum Zweck bei einem Retrofit ist ein Bindeglied zwischen Maschine und Netzwerk – wie das IoT Gateway von ATR Software. Denn es ermöglicht einen einfachen Zugang zu den Daten der Produktionsanlagen. Außerdem steigert eine Nachbehandlung des gewonnenen Datenmaterials seine Qualität, sodass wertvolle Informationen für nachgelagerte Prozesse, wie zum Beispiel Maschine Learning zur Verfügung gestellt werden. Eine integrierte Alarmierung sowie die Weitergabe an ein MES, zum Beispiel dem InnoMES von ATR Software, runden das Gesamtpaket ab.

Im Rahmen des Arbeitskreises Industrie 4.0 stellten Wissenschaftler der Universität Ulm ihre Forschung zu Servicerobotern vor. Anschauungsobjekt ist ein humanoider Roboter namens Pepper (siehe Foto). Pepper ist ca. 1,20m groß, hat überdimensional große Augen, die auch als Kameras fungieren, und bewegt sich sehr mechanisch. Die Entwickler wollten mit diesem Entwurf einen Roboter konstruieren, der menschlich ist, und doch nicht zu menschlich, um den Benutzern keinen Schrecken einzujagen. Bisher wird Pepper vor allem im Service benutzt, zum Beipiel bei Kreuzfahrten oder im Supermarkt.

Die Forscher setzten Pepper nun bei einem Optiker ein. Hierfür scannte Pepper zuerst das Gesicht des Kunden und empfahl ihm eine Brillenform. Der Kunde konnte anschließend über das, im Körper des Roboters integrierte Terminal, weitere Entscheidungen treffen. Abschließend durchsuchte der Roboter eine Bilderdatenbank und zeigte dem Probanden prominente Brillenträger mit einem ähnlichen Gesicht zur Inspiration.

Werden Serviceroboter in Zukunft auch bei Wartungsarbeiten unterstützen? In bisherigen Lösungsansätzen werden Wartungsmitarbeiter vor allem mit Hilfe von Datenbrillen von Empfehlungssystemen unterstützt. Die Übertragung dieser Funktionalität wäre technisch ein Leichtes. Die Frage, ob wir Pepper oder artverwandte Roboter, in Zukunft in der industriellen Produktion sehen werden, hängt stark von der Akzeptanz der Benutzer ab. Die aktuellen Anzeichen hierfür stehen, unserer Meinung nach, schlecht. Als intelligente Begrüßungsstation in Hotels hat Pepper sich aber jetzt schon seine Berechtigung gesichert.

Salento, auch bekannt als der Absatz des Stiefels von Italien, ist eigentlich nicht für seine hochmoderne Technologie bekannt. Vielmehr prägen Architektur, Strand und Tourismus das alltägliche Bild. Jedoch nicht so auf der SalentoAVR Konferenz. Hier treffen sich Wissenschaftler aus aller Welt um die neusten Entwicklungen im Bereich Augmented Reality und Datenbrillen zu diskutieren. Auch wir haben unsere letzten Projekte vorgestellt, die allesamt mit der Microsoft HoloLens durchgeführt wurden. In einem ersten Ansatz wurden Objekte in einem Video erkannt. Der Ansatz basiert auf Deep Learning, wobei ein tiefes Neuronales Netz mit dem Videostream der HoloLens angelernt wurde. Anschließend wurde die Robustheit dieses Netzes mit verzerrten Bildern getestet (siehe Bild)

Ein zweites Projekt beschäftigte sich mit der Programmierung von Quadrocoptern. Es ist sehr schwierig sich die Flugbahn eines Quadrocopters vorzustellen, wenn man in einzelnen Befehlen programmiert wie
„fliege 3m nach vorne“
„drehe um 46° auf der z-Achse“
Um die Programmierung zu vereinfachen, wird der erwartete Flugpfad in der HoloLens dargestellt.

Das dritte, und letzte Projekt, widmete sich dem Monitoring einer Brennstoffzelle. Die Stromverbrauchswerte werden über das Protokoll MQTT an die Datenbrille gesendet und können dort im dreidimensionalen Raum betrachtet werden.

Auf der Konferenz wurden viele spannende Konzepte vorgestellt. Die größten Themengebiete waren 1) die Unterstützung von Operationen und Therapien mit Augmented Reality, 2) die Steuerung von industriellen Maschinen und 3) die Städteplanung und Architektur. Wir freuen uns über die Inspiration und werden sicherlich Konzepte und unseren eigenen Anwendungen ausprobieren.