Problemstellung
Der Trend zu einem aufgeklärten, gesunden und umweltbewussten Konsumverhalten erreicht immer breitere Teile der Gesellschaft. Gleichzeitig steigt die Bedeutung, die Menschen dem Wert der Individualität beimessen. Trotz des Überangebotes an Kosmetikprodukten finden Konsumenten selten Produkte, die genau auf ihre individuellen Bedürfnisse zugeschnittenen sind.
Nach dem aktuellen Stand der Technik ist die Herstellung individueller Kosmetikprodukte in Losgröße 1 sehr ineffizient und somit unwirtschaftlich. Bei Bestelleingang werden die Produktionsaufträge manuell erstellt und geplant. Die Herstellung erfolgt anschließend manuell in einer Reihe von Dosier- und Mischoperationen. Die Qualitätsprüfung, Warenwirtschaft und Dokumentation erschweren und verteuern die Herstellung zusätzlich. Die Reduktion der Durchlaufzeit, der Personalkosten, sowie die effiziente Dokumentation und Qualitätssicherung stellen deshalb die größten Herausforderungen bei der individuellen Herstellung von Kosmetikprodukten dar.
Zielsetzung
Ziel des Projekts COSMIXER ist die Entwicklung und Implementierung eines Industrie 4.0-Produktionssystems für die automatische Abfüllung von individualisierten Kosmetikprodukten. Ein besonderes Augenmerk wird dabei auf KMU-freundliche IT Infrastrukturen. Leichtgewichtige, meist quelloffene Software, freie Updates und eine aktive Community sind Mittel der Wahl. Darüber hinaus sollen nicht-proprietäre Schnittstellen und Protokolle eingesetzt werden. Da davon ausgegangen werden kann, dass das entsprechende Know-how in KMUs oft begrenzt ist, sollten die zu entwickelnde Lösung so einfach und vielseitig einsetzbar wie möglich sein.
6 Mitglieder
Team
12 Monate
Projektdauer
Juli 2020
Inbetriebnahme
Technologie-Demonstration
Technologie-Reifegrad
Lösung
Kern des Produktionssystems ist die Multiagentensteuerung und die Industrie 4.0-konforme Produktionsanlage, die das über einen Web-Konfigurator zusammengestellten Produkt automatisch herstellt. Alle Stationen sind mit intelligenten Sensoren und Aktoren ausgestattet. Die einzelnen Komponenten des CPPS sind als unabhängige, autonome Agenten implementiert.
Die Informationsflüsse und ihre Darstellung waren entscheidend für die Implementierung der COSMIXER-Pilotanlage. Die in der COSMIXER-Pilotanlage verwendete Kommunikations-Middleware wird durch einen MQTT-Broker (Message Queuing Telemetry Transport) realisiert, der ein leichtgewichtiges Open-Source-Protokoll verwendet, das auf dem Public-Subscribe-Messaging basiert und verlustfreie, bidirektionale Verbindungen ermöglicht. Ähnlich wie das Hypertext Transfer Protocol (HTTP) nutzt MQTT das Transmission Transport Protocol (TCP) als Transportprotokoll und implementiert darüberliegende Schichten. Zur Entwicklung und Implementierung der Steuerung kamen auscshließlich open source Technolgien zum Einsatz.
Ergebnisse
Mit der COSMIXER-Pilotanlage konnte ein agentengesteuertes cyber-physikalisches System (CPPS) in einer realen industriellen Anwendung entwickelt und validiert werden. Die erzielten Ergebnisse stellen einen wichtigen Schritt zu einer breiteren Umsetzung von Industrie 4.0 in KMU dar, da sie nicht nur die Umsetzung von Industrie 4.0 in KMU anhand eines konkreten Falles aufzeigen, sondern auch ein konzeptionelles Fundament hierfür liefern.
Die neue Technologie ist aufgrund Ihrer Flexibilität und Offenheit auf verschiedene Anwendungen anpassbar und ermöglicht es Industrie 4.0 in der industriellen Automatisierung schnell und wirtschaftlich einzuführen. Bisherige Steuerungslösungen haben hingegen eine zentrale Struktur, sind nicht auf Produktionsszenarien in Losgröße 1 zugeschnitten und sind deshalb nur mit hohem Aufwand anwendbar. Zudem handelt es sich meist um geschlossene Systeme deren Betrieb und Wartung ein herstellerspezifisches Knowhow erfordert und mit hohen Kosten verbunden sind. Die entwickelte Technologie kann neben der Kosmetikindustrie branchenübergreifend insbesondere eingesetzt werden.
