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Künstliche Intelligenz in der Produktion: BMWi-Projekt 'OPAK' abgeschlossen

Eine Software, die sich weitgehend selbst programmiert – dieses Ziel haben Lemgoer Wissenschaftler zusammen mit Unternehmen der Automatisierungsbranche im Rahmen von 'OPAK' verfolgt. Nach dreijähriger Forschungsarbeit ist das Projekt nun abgeschlossen.

SmartFactoryOWL Bildquelle: © Centrum Industrial IT (CITT)

Das Ziel von OPAK: Der moderne Automatisierer "programmiert" ohne Programmcode.

OPAK steht für „Offene Engineering-Plattform für autonome, mechatronische Automatisierungskomponenten in funktionsorientierter Architektur“. Mit dem Projekt wollen die beteiligten Partner neue Standards in der Steuerungsarchitektur und in Engineering-Prozessen von Produktionssystemen setzen. Professor Oliver Niggemann, Vorstand am Institut für industrielle Informationstechnik (inIT) der Hochschule OWL erläutert die Motivation hierfür:  „Hauptengpass bei der Anpassung und Umkonfiguration von Produktionsanlagen ist heute die Programmierung der Automationssoftware. De facto gibt es jedoch nicht ausreichend Programmierer auf dem Markt, um ständig neue Software für ein modularisiertes Anlagenmodell schreiben oder nachprogrammieren zu können.“ Ergo lautete das erklärte Ziel von OPAK: Eine Software, die sich weitgehend automatisch generiert.

Professor Oliver Niggemann Bildquelle: © Centrum Industrial IT (CITT)

Professor Oliver Niggemann: „Mit unserer Lösung wird eine höhere Wandlungsfähigkeit technischer Systeme und ein reduzierter Engineering-Aufwand bei der Projektierung der Automatisierungslösung erreicht.“

Modulare, intelligente mechatronische Komponenten, die im Rahmen des Forschungsprojektes entwickelt wurden, sollen die Konstruktion und Montage einer Produktionsanlage erleichtern. Zusätzlich generiert ein Algorithmus große Teile des Steuerungscodes einer Anlage automatisch, lediglich die beteiligten mechatronischen Komponenten sowie deren Fähigkeiten werden benötigt.

Unter anderem arbeiteten die Forscher am inIT in diesem Zusammenhang an der Entwicklung der Software, die die komplette Inbetriebnahme und den Umbau von großen Fabriken selbst steuern kann. Die Forschungsergebnisse wurden in einen Demonstrator in der SmartFactoryOWL - einer gemeinsamen Forschungs- und Demonstrationsfabrik des Fraunhofer IOSB-INA und der Hochschule OWL - implementiert. Diese Multi-Vendor-Anlage ist modular aufgebaut: Jedes Modul hat seine eigene dezentrale Steuerung und besteht aus Automatisierungskomponenten im heterogenen Umfeld verschiedener Hersteller. Für die Steuerung der Module kommt beispielsweise ein Raspberry PI mit Codesys-Laufzeitumgebung als Kleinsteuerung zum Einsatz. Das gesamte System ist durchgängig vernetzt auf Basis von Standards wie Ethernet, WLAN oder OPC-UA.

Der OPAK-Ansatz bietet eine visuelle Schnittstelle, mit der eine Applikation aus bereits vordefinierten Komponentenbeschreibungen und durch das Aufrufen von Komponentenfähigkeiten (sogenannten  Skills) realisiert werden kann. Das Schreiben von Quelltext beziehungsweise Funktionsblöcken und Programmcode wurde durch einen grafischen Editor, den Codesys Application Composer, ersetzt. Diese Entwicklungsumgebung zur Erstellung/Konfiguration von Anwendungsapplikationen erlaube einen vollkommen neuartigen funktionsorientierten Engineeringansatz: Er befreit den Automatisierer zukünftig von nicht wertschöpfenden Tätigkeiten wie etwa die Programmierung auf Signalebene und stellt somit die Planung, den Entwurf sowie die Optimierung von Automationsabläufen wieder in den Vordergrund.

Das OPAK-Projekt wurde über eine Laufzeit von drei Jahren vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert, im Rahmen des größten Industrie 4.0-Forschungsprogramms der Bundesregierung „Autonomik für Industrie 4.0“. Die Projektpartner inIT, Asys, 3S, Elrest, Festo, Fortiss und Intracom kamen aus unterschiedlichen Bereichen – von Forschung über Komponentenhersteller bis zu Systemintegratoren – und deckten damit die gesamte Wertschöpfungskette ab. Allein die Arbeiten am inIT wurden mit knapp einer halben Million Euro gefördert.