Industrie 4.0 als Legofabrik

Ein Forschungsteam rund um Informatikerin Stefanie Rinderle-Ma von der Universität Wien veranschaulicht mit einer Legofabrik, wie künftig produziert werden soll.

Eine Fabrik aus Legosteinen ist an sich nichts Besonderes. Schließlich werden jeden Tag in zig Kinderzimmern komplette Städte mit den bunten Klötzchen hochgezogen. Spannend wird es allerdings, wenn Forscherinnen und Forscher auf das Spielfeld gehen. Wenn sie aus einem Haufen Einzelteilen, wie Zahnrädern, Rohren, Achsen, Hebeln, Drucksensoren und Tausenden Steinen, ein Bauwerk errichten. Es dann mit einer Software verbinden und daraus ein Experimentierfeld machen, um zu zeigen, wie Arbeitsprozesse vereinfacht werden können. So geschehen an der Fakultät für Informatik der Universität Wien.

Flexible und individuelle Produktion

"Wir wollen das Prinzip Industrie 4.0 veranschaulichen", erklärt Informatikerin Stefanie Rinderle-Ma. "Also eine industrielle Produktion, die mit modernster Informations- und Kommunikationstechnik verknüpft ist. Das Bauwerk stellt eine Fabrik dar, in der flexibel produziert wird und auf individuelle Kundinnen- und Kundenwünsche eingegangen werden kann. Alle Maschinen sind miteinander vernetzt und werden übergreifend von einer Software gesteuert. Die haben wir entwickelt und die Fabrik ist sozusagen die Hardware dazu. Weil es einen Unterschied macht, ob man etwas am Bildschirm oder in der Praxis testet."

Gesamter Produktionsablauf wird nachgebaut

Seit 2010 ist Rinderle-Ma Professorin an der Uni Wien. Sie leitet die Forschungsgruppe Workflow Systems und Technology und arbeitet seit rund einem Jahr an dem Projekt, gemeinsam mit Jürgen Mangler, Manuel Gall und Florian Stertz. Dass die Fabrik aus Legosteinen entstand, hatte ganz praktische Überlegungen. "Sie sind einfach zu handhaben, die gesamte Produktionsstraße passt ins Labor und die Kosten sind überschaubar", sagt Rinderle-Ma.

Forscherin Stefanie Rinderle-Ma
Informatikerin Stefanie Rinderle-Ma und ihr Team entwickeln eine praxistaugliche Software, mit der Arbeitsabläufe vereinfacht werden. © Bohmann

Staubsorger als Picker

Das Ergebnis hat alle Erwartungen übertroffen. "Ich war selbst überrascht, dass wir die gesamte Produktionsstraße nachbauen konnten", sagt Rinderle-Ma. "Wir haben sogar ein Lager integriert." Dass die Versuchsanlage funktioniert, ist auch dem Improvisationstalent aller Beteiligten zu verdanken. Oft wurden ungewöhnliche Lösungen gefunden. Ein Staubsauger zum Beispiel, der als Saugroboter das Produkt nach oben befördert. Oder ein Probestrumpf aus einem Schuhgeschäft, der als Saugglocke über dem Greifarm fungiert.

Fabriken der Zukunft

Sobald die Software gestartet wird, kommt Bewegung in das Bauwerk. Das Fließband beginnt zu laufen, der Wagen mit der Ware fährt, der Kranarm transportiert sie an die richtige Stelle, der Drehteller verteilt sie. Hin und wieder hängt oder ruckelt etwas. Das Team nimmt es gelassen: "Legobausteine sind natürlich nicht so robust wie echte Maschinen", erklärt Rinderle-Ma. "Aber wir sind Informatikerinnen und Informatiker und keine Maschinenbauerinnen und Maschinenbauer."

Software passt sich an

Worum es geht, wird dennoch klar: So sollen Fabriken der Zukunft funktionieren. Man bestellt ein Produkt via Computer, ein 3-D-Drucker produziert es und schickt es auf ein Fließband, Sensoren überprüfen die Bestellung und eine Webkamera überwacht den gesamten Prozess. Ändert sich etwas im Ablauf, passt sich die Software schnell an, die Maschinen kalibrieren sich selbst. "Uns interessiert grundsätzlich, wie Arbeitsabläufe möglichst flexibel gestaltet werden können", erklärt Rinderle-Ma. "Anhand der Legofabrik untersuchen wir, wie Produktionsprozesse bei großer Produktpalette trotzdem kontrollierbar bleiben."

Arbeitsprozesse sind am Bildschirm veränderbar

Alle Arbeitsschritte, dargestellt als Symbole, können in Echtzeit am Bildschirm kontrolliert, aber auch unterbrochen, hin- und hergeschoben und ausgetauscht werden. Das ermöglicht Flexibilität, gleichzeitig aber auch Kontrolle. So kann in laufende Prozesse eingegriffen werden, ohne dass es zu Problemen, etwa einem Abbruch, kommt. "Wer eine flexible Software nutzt, soll sich nicht darum kümmern müssen, ob das Endergebnis auch dann noch stimmt, wenn sich der Ablauf ändert", sagt Rinderle-Ma. "Das System muss darauf von selbst reagieren, mögliche Probleme anzeigen und alternative Strategien vorschlagen."

Balance zwischen Flexibilität und Kontrolle

Am Ende braucht es ein Prüfverfahren, das sicherstellt, dass alles zusammenpasst. Zwischen Flexibilität und Kontrolle muss eine Balance hergestellt werden. Wichtig ist dem Team auch ein Echtzeitdatenfluss von unten nach oben. "Produktion und Management sind oft voneinander abgekoppelt. Unser System verbindet Technikerinnen und Techniker wieder mit der Chefetage", sagt Rinderle-Ma.

Das Projekt läuft noch bis 2019 und wird vom Wiener Wissenschafts-, Forschungs- und Technologiefonds WWTF gefördert.

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