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Autonome Maschinen – von der Vision zur Realität

01 Der modulare Maschinen-Controller der Baureihe NX7 verbindet die Bereiche Produktion und IT, reduziert den Entwicklungs- und Wartungsaufwand und macht Middleware überflüssig

01 Der modulare Maschinen-Controller der Baureihe NX7 verbindet die Bereiche Produktion und IT, reduziert den Entwicklungs- und Wartungsaufwand und macht Middleware überflüssig

02 Das Hochgeschwindigkeits-Analogeingangsmodul für das NX-System ermöglicht eine Abtastrate von bis zu 5 μs bei Analogsignalen

02 Das Hochgeschwindigkeits-Analogeingangsmodul für das NX-System ermöglicht eine Abtastrate von bis zu 5 μs bei Analogsignalen

Jose Sousa ist Manager Product Marketing EMEA bei Omron Electronics

Jose Sousa ist Manager Product Marketing EMEA bei Omron Electronics

Neben dem autonomen Fahren wird auch die Technologie der autonomen Maschinen weiter vorangetrieben. Bei beiden spielt die Künstliche Intelligenz (KI) eine wichtige Rolle. Wo wir bei autonomen Maschinen auf dem Weg von der Vision zur Realität stehen, erfuhr die etz-Redaktion von Jose Sousa, Manager Product Marketing EMEA bei Omron Electronics.

Warum beschäftigt sich Omron mit den Themen KI und autonome Maschinen?
J. Sousa: Durch die Veränderungen des Marktes sowie der Verbrauchernachfrage ist das Produktionswesen unter Druck geraten. Wegen saisonaler Spitzen ist nicht nur die Nachfrage nahezu unvorhersehbar, gleichzeitig verlangen die Konsumenten auch individuell maßgeschneiderte Produkte. Dies unterstreicht die Notwendigkeit struktureller Veränderungen in der Fertigung, um eine hohe Flexibilität und Rekonfigurierbarkeit der Systeme zu erreichen und kleine Chargen zu unterstützen. Bei Omron nennen wir dies autonome Fertigung. Ermöglicht wird dies durch das Zusammentreffen verschiedener Technologien sowie den Einsatz von autonomen Automatisierungslösungen, wie mobilen Robotern. KI ist dabei ein weiterer Bestandteil, den Omron hin zur Marktreife führt, um es Kunden zu ermöglichen, diesen Weg mit uns zu gehen.
Damit Roboter in Branchen wie Produktion, Logistik, Landwirtschaft und Konstruktion KI-Fähigkeiten nutzen können, benötigen sie viel Rechenleistung. Sind die entsprechenden Hochleistungsprozessoren schon verfügbar?
J. Sousa: Die Omron-KI-Technologie und die entsprechenden Algorithmen sind in unseren bestehenden Maschinensteuerungen, den ersten ihrer Art in der Branche, implementiert. Um sie zu verwenden, sind keine neuen Prozessoren erforderlich. So enthält der NX1-Controller (Bild 1) schon verschiedene Ablauf-, Bewegungssteuerungs- sowie Informationsfunktionen. Diese mit KI ausgestatteten Steuerungen integrieren die Standardfunktionen der speicherprogrammierbaren Steuerung sowie die KI-Verarbeitungsfunktion.
Was lässt sich bei den autonomen Maschinen mit der existierenden Technik bereits realisieren?
J. Sousa: Das umfangreiche Angebot an Sensoren und Geräten zur Datenerfassung von Omron (zum Beispiel Positions-, Schwingungs-, Geräusch- und Temperaturdaten) sorgt mit seiner hohen Geschwindigkeit und Präzision sowie der exakten Zuordnung der Zeitdaten dafür, dass der KI-Regler sicher gegensteuern kann, bevor ein Problem auftritt. Basierend auf dem Kausalmodell, das von der eingebauten und lernenden KI erstellt wurde, kann der Regler abormale Zustände von Maschinen vorhersagen. Durch Analyse und Nutzung kombinierter Daten ist Omron in der Lage mögliche Maschinenfehler schnell vorherzusagen und Anlagenstillstände sowie Qualitätsprobleme zu vermeiden. Beispielsweise kann das NX-IO-System (Bild 2) verschiedene Bewegungsachsen systemweit mit einer Genauigkeit im μs-Bereich synchronisieren.
Was sind die größten Hindernisse auf dem Weg zu autonomen Maschinen?
J. Sousa: Die autonomen Maschinen brauchen eine Selbstanpassung oder Rekonfiguration der physikalischen Elemente der Maschine, was ab sofort mit wenigen Einschränkungen geschehen kann. In mancher Hinsicht benötigt der Aspekt der autonomen Maschinensteuerung noch mehr Entwicklung. Bei Omron ist die Realisierung von autonomen Maschinen eine Entwicklung, die gerade erst mit der Kombination von Sensing & Control und Think-Technologien begonnen hat. Auf diesem Weg müssen wir die Sensoren verfeinern, um unabhängig von Produkttyp und Umgebungsbedingungen zuverlässige Daten zu liefern; wir müssen die Intelligenz einiger Geräte zur Maschinenautomation erhöhen und schließlich die KI-Algorithmen der Maschinensteuerung sowie die Verarbeitungs- und Lernfähigkeiten verbessern, damit die Steuerung selbstständig Entscheidungen treffen kann. Es ist wichtig zu erwähnen, dass wir bei Omron aktiv daran arbeiten, die Mensch-Maschine-Interaktion zu maximieren, und dass Maschinen menschliche Fähigkeiten und Kreativität fördern sollen.
Wie lassen sich diese überwinden?
J. Sousa: Nicht die Technologie ist hier der begrenzende Faktor, sondern vielmehr die Prozesse in der Fertigung. Es werden mehrere inkrementelle Schritte erforderlich sein, um die verschiedenen Dimensionen der Produktionsanlagen einzustellen und anzupassen. Omron setzt bereits mehrere mit KI ausgestattete Steuerungen in Maschinen und Prozessen ein, und unsere Kunden sind bereit, uns auf diesem Weg zu begleiten. Dies ist der wichtigste Beitrag, den wir leisten können, um die KI-Steuerung Wirklichkeit werden zu lassen.
Spielen ethische Überlegungen eine ähnliche Rolle wie beim autonomen Fahren?
J. Sousa: Die ethischen Herausforderungen der technischen und sozialen Aspekte autonomer Maschinen sollten ebenfalls berücksichtigt werden, jedoch auf einer anderen Dimension und in einem anderen Umfang. Auf der technischen Seite sehen wir keine großen Herausforderungen, da es sehr zuverlässige und sichere Lösungen gibt, um größere Probleme für die Anwender zu vermeiden. Auch im Hinblick auf Sicherheits- oder Datenschutzaspekte sehen wir keine großen Herausforderungen, da die Systeme hauptsächlich Prozessdaten verwenden und im Falle von Omron auf der „Edge-Ebene“, der Ebene der Maschinensteuerung, verwaltet werden. Bezüglich der sozialen Aspekte erwartet Omron eine Zukunft, in der die Mensch-Maschine-Interaktion zu einer Erweiterung der menschlichen Fähigkeiten und der Kreativität führt und die Zusammenarbeit maximiert. Dieser Aspekt wird somit keine größeren Probleme verursachen.
Was sind die weiteren Ziele von Omron beim Thema KI?
J. Sousa: Das Ziel von Omron ist es, Innovationen in die Fertigung zu integrieren, um das Leben der Menschen zu verbessern und zu unterstützen. Die autonome Fertigung ist dabei ein wichtiger Aspekt. Wenn wir über die Fertigung sprechen, geht es nicht nur um einzelne Maschinen, sondern um komplette Linien und Anlagen. Deshalb konzentrieren wir uns auf die Erweiterung der KI für die Makrosteuerung. Neben der mit KI ausgestatteten Steuerung setzen wir die KI-Technologie bereits in anderen Produkten wie Vision-Systemen oder Temperaturreglern ein. In naher Zukunft wird sich die KI-Technologie auch auf andere Produkte ausdehnen, um eine autonome Fertigung zu ermöglichen. (no)