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Digital Engineering Produkte auf dem virtuellen Prüfstand

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Damit Maschinen, Handys oder Autobatterien sicher funktionieren, werden sie auf Herz und Nieren getestet. Um noch exaktere Voraussagen machen zu können, haben Forscher neue digitale Engineering-Konzepte entwickelt. Sie simulieren vorab nicht nur die Eigenschaften der Produkte und deren Steuerungssoftware, sondern übertragen diese funktionalen Modelle komplett in die Virtuelle Realität.

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Optische Arbeitsraumüberwachung für einen Roboter am Fraunhofer IFF.
Optische Arbeitsraumüberwachung für einen Roboter am Fraunhofer IFF.
(Bild: Fraunhofer IFF)

Ein Industrieroboter steht in einer großen Montagehalle, dreht sich um die eigene Achse und reicht dem neben ihm arbeitenden Monteur ein neues Bauteil. Während dessen kommt ein zweiter Mitarbeiter hinzu und läuft mitten in die Bewegung des Roboterarms hinein. Der stoppt, es ist nichts passiert. Der Roboter wartet, bis sich niemand mehr in seinem Bewegungsradius befindet, dann setzt er die Arbeit fort. Alles normal, das passiert ständig, denn es gibt fast keine fest installierten, umzäunten Roboterzellen mehr. Die mechanischen Kollegen arbeiten dank neuer Sicherheitstechnologien frei und gefahrlos überall dort, wo sie gebraucht werden, gemeinsam mit dem Menschen.

Technologien existieren bereits

Was wie eine Zukunftsvision klingt, könnte schon bald zum Arbeitsalltag in den Fabrikhallen gehören. Und nicht nur dort. Die Technologien dafür werden bereits entwickelt und existieren teilweise schon. Die optische Arbeitsraumüberwachung etwa, ein automatisches System für die „Sichere Mensch-Roboter-Kooperation“, das den Raum um einen Roboter komplett scannt, stammt aus dem Fraunhofer IFF in Magdeburg. Optische Sensoren überwachen den Arbeitsradius des Roboters und stoppen ihn notfalls bzw. ändern seine Bewegungsrichtung, sollte ihm jemand plötzlich zu nahe kommen.

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Neue Methoden des Digital Engineering

Das System ist eines der Arbeitsergebnisse des Forschungsprojekts „ViERforES II“ (kurz für »Virtuelle und Erweiterte Realität für höchste Sicherheit und Zuverlässigkeit von Eingebetteten Systemen«), das Ende September 2013 offiziell endet. In dem Projekt suchten das Fraunhofer IFF in Magdeburg, das Fraunhofer IESE in Kaiserslautern, die Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und die Technische Universität Kaiserslautern gemeinsam mit Industriepartnern nach neuen Entwicklungskonzepten, mit denen die Sicherheit und Zuverlässigkeit von technischen Geräten, Maschinen, Anlagen oder auch ganzen industriellen Prozessen verbessert werden kann.

Funktionsprüfungen am virtuellen Testmodell

Die Forscher setzen dafür vor allem auf neue Methoden des Digital Engineering. Sie erstellen digitale, funktionale Modelle der geplanten Produkte und simulieren zusätzlich das Verhalten der Steuerungssoftware, wie sie heutzutage in allen industriellen Produkten und Prozessen zum Einsatz kommt. Schließlich verknüpfen sie beides miteinander und visualisieren das Ergebnis in der Virtuellen Realität. Das so entstandene virtuelle Testmodell ist leicht zu verstehen. Die Ingenieure können an ihm Funktionsprüfungen von Produkten vornehmen, versteckte Prozesse sichtbar machen und den Einfluss der Software auf deren Zuverlässigkeit und Sicherheit untersuchen. So lassen sich verschiedene kritische Systemzustände simulieren und virtuell darstellen. Auch die Steuerungskomponenten der Optischen Arbeitsraumüberwachung von Robotern wurden so vorab getestet.

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