Wie setzen Sie ROS 2 und industrielle KI in Ihrem Betrieb ein?

Welchen Nutzen kann ROS 2 unserem Betrieb bringen?

ROS 2 hilft, Informationen verschiedener Geräte und Softwareaufgaben in einer gemeinsamen Struktur zusammenzuführen. Beispielsweise erkennt eine Kamera ein Teil, das System ordnet die Information dem zugehörigen Auftrag zu und bestimmt die Roboteraktion. Die Verbindungen zwischen den Geräten werden projektspezifisch entwickelt, damit sie dieselbe Aufgabe koordinieren können.

In einem angenommenen Sortierszenario kann die Kamera die Kennung und das Analyseergebnis jedes Teils über ein Topic veröffentlichen. Die Steuerungssoftware kann den aktuellen Stationszustand über eine kurze Service-Anfrage abfragen. Eine länger dauernde Aufgabe, etwa das Umsetzen eines Teils durch den Roboter, kann über eine Action-Schnittstelle mit Verfolgung von Fortschritt, Ergebnis und Abbruchwunsch bearbeitet werden. Die Schnittstellenwahl dieses Beispiels wird gemeinsam mit den Steuerungs- und Sicherheitsgrenzen der realen Anwendung bewertet.

Ein gut geplantes System kann die Überwachung verschiedener Stationen und das spätere Ergänzen eines Geräts erleichtern. Das Wartungsteam kann klarer erkennen, welcher Bereich arbeitet und wo ein Problem auftritt. Dafür müssen auch Datenaufzeichnung, Fehlermeldungen und Wartungsoberflächen entwickelt werden. ROS 2 ist nicht für jede Maschine erforderlich; erfüllt eine einfachere Lösung den Bedarf, prüfen wir auch diese.

• Informations- und Aufgabenaustausch zwischen Geräten
• Überwachung von Produktionsablauf und Problemen
• Künftige Erweiterungen von Anfang an berücksichtigen

Für welche Aufgaben in der Fabrik kann es eingesetzt werden?

In einer Montagelinie kann eine Kamera Typ oder Lage des ankommenden Teils bewerten. Das Ergebnis wird dem richtigen Teiledatensatz zugeordnet, damit der Roboter die passende Aufgabe erhält. Für nicht erkannte oder unklare Teile wird eine Bedienerprüfung geplant. Dies ist ein Anwendungsbeispiel, bei dem die Bildanalyse gemeinsam mit dem nächsten Produktionsschritt entwickelt wird.

In einem anderen Szenario können Temperatur-, Schwingungs- oder Zyklusdaten von Maschinen gesammelt werden. KI unterstützt die Bewertung ungewöhnlicher Muster; das Wartungsteam prüft die Aufzeichnungen und entscheidet. Auch das Zusammenführen von Produktions- und Qualitätsdaten mehrerer Stationen ist möglich. Dies sind Beispiele für Projektumfänge und kein fertiges Produkt, das in jeder Linie identisch funktioniert. Das Ziel wird anhand der Gerätezugänglichkeit und Versuche mit realen Daten konkretisiert.

• Teileerkennung und Roboteraufgabe zuordnen
• Maschinendaten für die Wartungsbewertung bereitstellen
• Produktions- und Qualitätsverfolgung zwischen Stationen

Können unsere vorhandenen Maschinen, SPS und Roboter genutzt werden?

Zu Beginn vieler Projekte prüfen wir, was unter Beibehaltung der vorhandenen Ausrüstung möglich ist. Industriecomputer, geeignete Kleincomputer, Kameras, Sensoren, individuelle Elektronikplatinen und Serversoftware können unterschiedliche Systemaufgaben übernehmen. Nicht auf jedem Gerät muss ROS 2 laufen; der Informationsaustausch über eine geeignete Verbindung kann ausreichen.

Bei vorhandenen SPS oder Robotern werden die vom Hersteller angebotenen Verbindungen und der Softwarezugang geprüft. Ohne Kenntnis von Gerätemodell, Programm und verfügbaren Daten wird keine Kompatibilität zugesagt. Die SPS kann die bisherige Maschinensteuerung fortführen, während das neue System Überwachung, Bewertung oder übergeordnete Aufgabenverteilung übernimmt. Sicherheitsfunktionen verbleiben in der geeigneten Steuerungs- und Sicherheitsarchitektur, die durch die Risikobeurteilung festgelegt wird. Auch das Maschinenverhalten bei Verbindungsabbruch oder fehlender Antwort des neuen Systems wird definiert.

• Vorhandene Ausrüstung und Herstellerschnittstellen prüfen
• Bei Bedarf individuelle Elektronik oder Verbindungssoftware entwickeln
• Verantwortlichkeiten für Steuerung, Wartung und Sicherheit festlegen

Was unterscheidet zentrale Verwaltung und verteilte Systeme?

In einer zentralen Struktur gelangen die Informationen zum Hauptrechner, der einen wesentlichen Teil der Aufgaben ausführt. Beispielsweise können Ergebnisse mehrerer Stationen auf demselben Rechner ausgewertet und auf einer gemeinsamen Oberfläche angezeigt werden. Wartung und Updates an einem Ort zu bündeln kann nützlich sein; die Auswirkungen eines Ausfalls dieses Rechners oder der Verbindung müssen jedoch geplant werden.

In einer verteilten Struktur werden einige Aufgaben auf Geräten neben der Station erledigt. Beispielsweise wird ein Bild auf dem lokalen Rechner ausgewertet, während Ergebnis und Produktionsdaten an die Zentrale gehen. So müssen möglicherweise nicht ständig sämtliche Bilder zentral gesammelt werden. Beide Ansätze können auch in einem Projekt kombiniert werden. Stationszahl, Datenmenge, Netzwerkbedingungen und die bei Unterbrechung fortzuführenden Aufgaben bestimmen die Entscheidung. Auf welche Daten befugte Benutzer zugreifen und wie Fernwartung erfolgt, wird gesondert vereinbart.

• Zentrale Auswertung und Überwachung
• Lokale Verarbeitung an der Station
• Aufgabenverteilung passend zu Ausfall- und Wartungsbedingungen

Benötigt KI eine CPU oder GPU?

Die CPU ist der allgemeine Prozessor eines Computers. Die GPU ist ein Grafikprozessor, der viele ähnliche Berechnungen parallel ausführen kann. Manche KI-Modelle erfüllen den Bedarf auf einer CPU; für aufwendigere Aufgaben kann eine GPU erwogen werden. Der Kauf einer GPU allein bedeutet nicht, dass ein System besser oder schneller wird.

Ein Modell anhand von Beispielen zu trainieren und ein trainiertes Modell in der Produktion einzusetzen sind unterschiedliche Aufgaben. Ein auf einem leistungsfähigen Computer trainiertes Modell kann bei Eignung auf einem kleineren Gerät ausgeführt werden. Wir treffen die Auswahl durch Versuche mit realen Produktionsdaten auf den Zielgeräten. Ergebnisqualität, rechtzeitige Bereitstellung, Erwärmung im Dauerbetrieb, Energieverbrauch und Wartungsbedarf werden gemeinsam bewertet. Ziel ist, unnötige Computerinvestitionen zu vermeiden, bevor die bedarfsgerechte Hardware feststeht.

• Prozessorauswahl nach Aufgabenbedarf
• Trainingsrechner und Feldgerät getrennt planen
• Qualität und Laufzeit mit realen Daten prüfen

Wie wird KI anhand betrieblicher Daten entwickelt?

Der erste Schritt ist das Sammeln von Beispielen, die die zu erlernende Aufgabe repräsentieren. Gute und fehlerhafte Teile, unterschiedliche Produkte oder normale und ungewöhnliche Maschinenaufzeichnungen werden von Fachleuten bewertet. Das Modell wird damit trainiert und anschließend mit nicht im Training verwendeten Datensätzen geprüft. Welche Fehler nicht akzeptabel sind, wird mit dem Qualitäts- und Produktionsteam des Betriebs festgelegt.

KI-Modellentwicklung in einem geschlossenen Rückkopplungsprozess bedeutet, dass neue Beispiele aus dem Feld in diesen Prozess zurückfließen. Befugte Personen prüfen sie, genehmigen notwendige Korrekturen und ein neues Modell wird erstellt. Die neue Version wird auch anhand früherer Beispiele geprüft und nach begrenzter Erprobung sowie menschlicher Freigabe eingesetzt. Es wird nicht erwartet, dass das Modell seine eigenen Entscheidungen für richtig hält und sich unkontrolliert verändert. Es wird dokumentiert, welches Modell wo eingesetzt wird; bei Bedarf erfolgt die Rückkehr zur vorherigen Version. Bei Produkt- oder Umgebungsänderungen wird erneut bewertet.

• Betriebseigene, fachlich geprüfte Beispiele
• Gesonderter Test und menschliche Freigabe für das neue Modell
• Dokumentation der eingesetzten Version und Rückkehr zum vorherigen Modell

Wie gelingt der Übergang zu einem solchen Projekt bei laufender Produktion?

Zunächst werden vorhandene Linie, Geräte, Software und Produktionsablauf untersucht. Für den Einstieg wird eine klar begrenzte Aufgabe gewählt, etwa die Bewertung einer Teilegruppe an einer Station oder die Erfassung bestimmter Maschinendaten. Erwartete Ergebnisse und Abnahmebedingungen werden gemeinsam dokumentiert. Der Istzustand wird gemessen und die Versuchsergebnisse damit verglichen.

Erste Arbeiten können mit aufgezeichneten Daten oder in einem von der Produktion getrennten Versuchsaufbau erfolgen. Bei Bedarf wird der Ablauf am Computer simuliert; dies ersetzt keinen Test in der realen Linie. Danach kann eine Beobachtungsphase folgen, in der das neue System nur Ergebnisse erzeugt und keine Befehle an die Maschine sendet. So werden Vorschläge mit dem bestehenden Prozess verglichen.

Im begrenzten Pilotversuch werden auch Verbindungsabbruch, fehlerhafte Daten, Neustart und Bedienereingriff erprobt. Der Inbetriebnahmezeitpunkt wird mit dem Produktionsteam geplant; bei Bedarf bleibt der Rückweg zum bisherigen Betrieb erhalten. Nach der Abnahme werden Wartungsschritte und Benutzerverantwortlichkeiten erläutert. Die Übertragung auf weitere Linien erfolgt nach Bewertung der ersten Pilotprotokolle und der jeweiligen Linienbedingungen.

• Istzustandsanalyse und erster Versuch mit kleinem Umfang
• Zuerst beobachten, anschließend kontrollierter Piloteinsatz
• Plan für Abnahme, Wartung und Rückkehr zum bisherigen Betrieb

Wie werden unsere Daten und Projektdateien geschützt und übergeben?

VOMRO unterzeichnet auf Ihren Wunsch vor dem Austausch technischer Details eine Geheimhaltungsvereinbarung (NDA). Datenzugang, Speicherort und die Frage, ob externe Dienste genutzt werden, werden von Anfang an festgelegt. Wenn Ressourcen und ausgewählte Komponenten geeignet sind, können Datenerfassung, Training und Modellausführung innerhalb des Betriebs geplant werden.

Projektspezifische Quellcodes, entwickelte Modelldateien, im Umfang erstellte Elektronikschaltplan-/PCB- und mechanische CAD-Quellen sowie technische Dokumente werden zum Projektabschluss übergeben. Installation, Verbindungen, verwendete Versionen, Testergebnisse und Updateschritte gehören ebenfalls zur Übergabeliste. Lizenzen von Komponenten Dritter werden gesondert erläutert. Unsere PCB-Fertigungs- und Bestückungsunterstützung erfolgt im Rahmen der von uns entwickelten Kundenprojekte. Das erste Gespräch können Sie mit einer Beschreibung Ihrer vorhandenen Ausrüstung und der zu lösenden Aufgabe beginnen.

• NDA vor dem technischen Austausch
• Bedingungen für Datenzugang und Speicherung festlegen
• Übergabe von Quellcode, Modell, PCB-/CAD-Dateien und technischen Dokumenten