Künstliche Intelligenz trifft Motion Control: Technik weiter gedacht

Bei Wittmann Battenfeld Deutschland denkt Geschäftsführer Michael Tolz schon an die Automatisierung von morgen: „Wir möchten unsere Lösungen immer noch ein Stück intelligenter machen.“ Deswegen kombiniert das Unternehmen in einer neuen Roboteranwendung Motion Control, Augmented Reality und Künstliche Intelligenz in einer einzigen Steuerung.

Die Handlingsysteme von Wittmann Battenfeld werden eingesetzt, um Einlegeteile für Spritzgussmaschinen zu greifen und anschließend richtig positioniert wieder in die Maschine einzulegen. Dabei muss der entsprechende Gegenstand frei bewegt und rotiert werden, sodass das Handlingsystem insgesamt fünf Achsen besitzt – drei für die Bewegung im Raum, zwei weitere, um die Einlegeteile in jede beliebige Richtung drehen zu können. Was kompliziert klingt, ist für den Menschen eine ganz alltägliche Aufgabe: „Wenn wir einen Gegenstand greifen und ablegen, machen wir uns überhaupt keine Gedanken. Wir verlassen uns auf unsere Auge-Hand-Koordination, die das Gehirn steuert“, erklärt Michael Tolz. Als Geschäftsführer hat er unter anderem die Aufgabe, diese alltägliche Fähigkeit des Menschen in einem hochautomatisierten Prozess abzubilden: „Und wenn man das auf der technischen Ebene betrachtet, merkt man erst, wie komplex die ganze Geschichte ist.“

 

Erschwerend kommt hinzu, dass die Handlingsysteme diese komplexe Aufgabe mit sehr schnellen Zykluszeiten erledigen müssen, damit die Gesamtanlage so produktiv wie möglich arbeitet. „Aber besonders anspruchsvoll wird es insbesondere dann, wenn der Anwender unterschiedliche Teile in einem Handlingsystem handhaben möchte. Dann muss die Anlage nicht nur schnell, sondern auch flexibel und leicht anzupassen sein.“

Wittmann Battenfeld Deutschland GmbH

Wittmann Battenfeld stellt Maschinen und Automatisierungsanlagen für die Kunststoffindustrie her und unterstützt Anwender in aller Welt mit Gesamtlösungen aus einer Hand. Das Unternehmen ist einer der führenden Anbieter von Handlingsystemen für Spritzgussmaschinen. Dabei ermöglichen durchdachte Detaillösungen und hochwertige Komponenten den Anwendern höchste Verfügbarkeit, kürzeste Zyklen und lange Wartungsintervalle.

Die Aufgabe: Unterschiedlichste Einlegeteile flexibel greifen und einlegen

Gemeinsam mit Siemens hat Wittmann Battenfeld genau für solche Anwendungsfälle ein innovatives Maschinenkonzept entwickelt, das die bewährte Mechanik von Wittmann Battenfeld mit einer technologieorientierten Steuerung von Siemens verbindet: Beim Anyfeeder werden die zugeführten Teile zunächst vom Bunker auf einen Rütteltisch transportiert, auf dem sie durch die mechanische Bewegung voneinander getrennt werden. Anschließend detektiert eine Kamera über dem Tisch die Einlegeteile und übermittelt die Daten an die Steuerung, die diese erkennt und dann den Greifer so positioniert, dass er die Richtigen greift und ablegt.

Die Lösung: Eine schlanke und dennoch vielseitige Automatisierung

„Um den Prozess so flexibel wie möglich zu gestalten, haben wir uns bei der Automatisierung für eine Lösung von Siemens entschieden. Mit der SIMATIC haben wir die Möglichkeit, alle Funktionen in einer Steuerung abzubilden – Motion Control, Bilderkennung, Automatisierung“, erklärt Tolz weiter. Kernstück ist dabei die Bahninterpolation für die Bewegung des Greifens und Ablegens auf dem Werkstückträger. Diese Funktion implementierte Wittmann Battenfeld mit Hilfe der Handling Standard Applikation von Siemens, die das Engineering mit Bausteinen für Motion Control Aufgaben und die Visualisierung unterstützt. Teil des Pakets ist auch eine Trace-Funktion, mit der die Entwickler bei Wittmann Battenfeld die Bewegung des Greifers am Modell in 3D nachverfolgen können.

Wir möchten unsere Anlagen im Sinne des Anwenders immer noch ein Stück intelligenter machen.
Michael Tolz, Geschäftsführer Wittmann Battenfeld Deutschland GmbH

Der nächste Schritt: Eigene Intelligenz für die Bilderkennung

Michael Tolz hat beim Anyfeeder noch einen Schritt weitergedacht: „Wir möchten unsere Anlagen immer noch ein Stück intelligenter machen, um dem Kunden die Bedienung zu erleichtern. Aus diesem Grunde haben wir im Anyfeeder ein SIMATIC Modul für Künstliche Intelligenz eingesetzt.“ Das SIMATIC S7-1500 TM NPU Modul arbeitet mit einer speziellen KI-fähigen Prozessoreinheit, die sich unter anderem durch eine effiziente Verarbeitung von neuronalen Netzen auszeichnet. Letzteres wird für die Objekterkennung anhand von Beispielobjekten trainiert und ist daraufhin in der Lage, die richtigen Objekte und ihre Position auf dem Rütteltisch automatisch zu erkennen. Diese Daten gibt das KI-Modul dann einfach über den Rückwandbus an die SIMATIC S7-1500 T-CPU weiter, die dann den Greifer entsprechend steuert. Dadurch entfällt eine Schnittstelle zu einer zusätzlichen externen Einheit. Das Ergebnis ist eine sehr schlanke Architektur, die sich insbesondere bei der Inbetriebnahme auszahlt, so Tolz: „Da wir nur eine Steuerung und damit nur ein Maschinenprogramm und eine Engineeringumgebung haben, können wir die komplette Inbetriebnahme vor Ort mit nur einem Spezialisten durchführen. Und für unsere Anwender bringt diese Technologie deutlich mehr Flexibilität in ihren Prozessen – sie können die Art der Einlegeteile ändern und das Modul lernt einfach die neue Geometrie. Das ist schon recht nah an der Hand-Auge-Koordination, wie wir sie kennen“, erklärt Tolz begeistert.

Die Möglichkeiten dieser innovativen Technologien sind noch lange nicht ausgeschöpft – insbesondere bei intelligenten Bedien- und Servicekonzepten.
Michael Tolz, Geschäftsführer Wittmann Battenfeld Deutschland GmbH

Eine virtuelle Umgebung für Bedienung und Service

Wittmann Battenfeld setzt im Anyfeeder aber nicht nur künstliche Intelligenz ein, so Tolz: „Wir gehen davon aus, dass die Möglichkeiten der innovativen Technologien noch lange nicht ausgeschöpft sind. Deswegen wollen wir auf jeden Fall im Sinne des Kunden auch intelligente Bedienkonzepte integrieren, insbesondere intelligente Servicekonzepte.“ Beim Anyfeeder können die Anwender jetzt über Augmented Reality (AR) zur Laufzeit produktions- und maschinenspezifische Daten in einer virtuellen Umgebung ansehen. Die Daten werden dabei transparent im virtuellen 3D-Modell der Anlage angezeigt und über das reale Abbild der Maschine gelegt und lassen sich auf einem Tablet oder auch einer AR-Brille wiedergeben. „Dadurch erleichtern wir den Maschinenbedienern und dem Servicepersonal den Arbeitsalltag: Der Anwender hat dadurch alle Informationen vor Ort – er muss sich zum Beispiel Stromlaufpläne nicht extra besorgen, sondern sieht alles, was er benötigt, direkt an der Anlage und kann sofort reagieren. Alternativ kann er sich über das Interface schwer zugängliche Anlagenteile visualisieren lassen, um etwa eine Störung schneller zu lokalisieren. Dadurch erhöhen wir zum einen die Akzeptanz der Technologien bei den Maschinenbedienern und Servicemitarbeitern, weil wir ihnen einen echten Nutzen bieten. Zum anderen gehen wir davon aus, dass auf diese Weise die Stillstandszeiten der Anlage extrem reduziert werden und die Verfügbarkeit deutlich erhöht wird. Wir sehen schon jetzt großes Potenzial, und zwar nicht nur in der Kunststoffautomatisierung, sondern auch für viele weitere Anwendungen.“