Integrierte Layout- und Bahnoptimierung von Fertigungszellen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd Kuhlenkötter
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 537603255

Um die Planung von automatisierten industriellen Fertigungszellen und robotergestützten Produktionsanlagen zu erleichtern, werden immer häufiger Simulationen in virtuellen Modellen realer Systeme erstellt, um bereits vor der Inbetriebnahme der Anlage offline das Zellenlayout, Programmabläufe oder Roboterbahnen zu planen und zu optimieren. Im virtuellen Modell der gesamten Anlage können Zykluszeiten ermittelt, Erreichbarkeiten geprüft und Roboterbewegungen simuliert werden, um die Realanlage später möglichst effizient betreiben zu können. Um eine solche Simulation aufzusetzen, benötigt man zunächst ein bestehendes Zellenlayout, das von den Benutzern geplant wurde und nun auf Basis der Simulation manuell optimiert wird. Diese Vorgehensweise ist jedoch zeitaufwendig und erfordert Expertenwissen, um möglichst optimale Lösungen zu finden. Angesichts der kontinuierlich steigenden Kosten für Fachkräfte in der Automatisierungstechnik sowie des allgemeinen Fachkräftemangels wird innerhalb des Forschungsprojektes eine Methodik erforscht, um eine automatisierte Layout- und Bahnplanung von Fertigungszellen für Industrieroboter zu ermöglichen. Auf diese Weise können auch Endanwender ohne Expertenwissen optimale Lösungen in minimaler Zeit für ihr Planungsproblem finden. Das Ziel des Projektes ist es, generische Planungsverfahren zu entwickeln, die für spezifische Anwendungen angepasst werden können und somit für eine Vielzahl an Zell- und Roboterkonfigurationen geeignet sind. Im Gegensatz zu existierenden Optimierungsansätzen sollen die Freiheitsgrade und Restriktionen aus den Themenkomplexen Zellenlayout und Prozess parallel betrachtet werden. Die Verfahren sollen in einer Open-Source-Bibliothek implementiert und experimentell getestet werden. Die verwendeten Daten und das entstehende prototypische Simulationsframework werden sowohl während des Projektes als auch mit Abschluss des Projektes umfangreich auf einer Open-Source-Plattform veröffentlicht. Das grundlegende Vorgehen im Projekt reicht von der Erfassung der Ressourcen, über die Parametrisierung dieser und der Eingrenzung eines Lösungsraums, bis zur Formulierung einer Zielfunktion und mehrkriteriellen Optimierung einer Lösung für ein Zellenlayout und die Roboterbahn. Im Zuge der prototypischen Implementierung soll die Anwendbarkeit verschiedener Optimierungsverfahren, bspw. evolutionären Algorithmen, oder auch gradientenbasierte Methoden, untersucht werden. Eine Besonderheit stellt die abschließende Validierung der erreichten Projektergebnisse dar, die anhand exemplarischer Projekte und Demonstratoren am LPS und im Forschungsbau ZESS durchgeführt wird. Dabei werden digitale Abbilder der eingesetzten Roboter und Komponenten verwendet und die Ergebnisse der automatischen Optimierung mit denen der manuellen Optimierungen durch Experten bewertend verglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen