Serviceorientierte Automatisierung von Roboterzellen: Modularität und Wiederverwendbarkeit von Software in der Robotik

  • Industrieroboter sind mechanisch flexible Maschinen, die mit dem richtigen Endeffektor ausgestattet flexible Fertigungsaufgaben übernehmen können. Allerdings werden Roboter nur selten eingesetzt, wenn es sich um die Fertigung kleiner Stückzahlen handelt. Ein Hauptgrund dafür sind die hohen Kosten der Programmierung, die den größten Anteil der Gesamtkosten an einem Robotersystem darstellen und für jede Adaption in hohem Umfang wieder anfallen. Die Wiederverwendung von Software bei der Programmierung von Roboterzellen ist eine zwingende Voraussetzung, um die Entwicklungskosten zu senken. Ziel muss es dementsprechend sein, dass sich Software für Roboterzellen modular aus wiederverwendbaren Komponenten zusammenstellen lässt. Eine hierfür zwingende Grundlage stellt die Entwicklung eines ganzheitlichen Ansatzes zur Modellierung und Implementierung modularer und flexibler Software für die Automatisierung von Roboterzellen dar. Das zentrale Ergebnis der vorliegenden Dissertation ist einIndustrieroboter sind mechanisch flexible Maschinen, die mit dem richtigen Endeffektor ausgestattet flexible Fertigungsaufgaben übernehmen können. Allerdings werden Roboter nur selten eingesetzt, wenn es sich um die Fertigung kleiner Stückzahlen handelt. Ein Hauptgrund dafür sind die hohen Kosten der Programmierung, die den größten Anteil der Gesamtkosten an einem Robotersystem darstellen und für jede Adaption in hohem Umfang wieder anfallen. Die Wiederverwendung von Software bei der Programmierung von Roboterzellen ist eine zwingende Voraussetzung, um die Entwicklungskosten zu senken. Ziel muss es dementsprechend sein, dass sich Software für Roboterzellen modular aus wiederverwendbaren Komponenten zusammenstellen lässt. Eine hierfür zwingende Grundlage stellt die Entwicklung eines ganzheitlichen Ansatzes zur Modellierung und Implementierung modularer und flexibler Software für die Automatisierung von Roboterzellen dar. Das zentrale Ergebnis der vorliegenden Dissertation ist ein umfassendes Konzept zur serviceorientierten Automatisierung von Roboterzellen. Dazu wurde ein Modellierungsansatz mithilfe von SysML entwickelt, um die Software zu strukturieren und die relevanten Services zu identifizieren. Dabei werden die Services an den möglichen Handhabungs- und Fertigungsaufgaben der Roboterzelle ausgerichtet, um anschließend den Automatisierungsprozess aus diesen Diensten zu orchestrieren. Gemäß den Ideen von Industrie 4.0 steht das intelligente Bauteil im Mittelpunkt der Automatisierungssoftware. Es trägt das Wissen, wie es gefertigt werden muss, mit sich und beeinflusst so den Produktionsprozess maßgeblich. Durch ein objektorientiertes Modell der Bauteile, Roboter und Werkzeuge sowie ihrer geometrischen und semantischen Zusammenhänge kann die Roboterzelle vollständig in Software abgebildet werden. Die direkte Verwendung dieses Wissens in der Programmierung ermöglicht es, generische Programmfragmente zu erstellen, die universell einsetzbar sind. Dementsprechend kann die Automatisierungssoftware über Services aus wiederverwendbaren Komponenten nach dem Baukastenprinzip zusammengesetzt werden. Der hier vorliegende, neue Ansatz wurde anhand einer kooperativen Montageanwendung evaluiert.show moreshow less
  • Given an appropriate tool, industrial robots are able to perform flexible manufacturing tasks. However, robots are rarely used, if it comes to small batch production. One major reason is the high cost of programming that contribute the largest share of total cost of a robotic system. Furthermore, these costs recur for each adaptation to a high extent. The reuse of software for programming a robot cell is the key requirement to reduce development costs. Accordingly, the aim must be that software for robot cells can be put together from modular and reusable components. A comprehensive approach is necessary for both the modelling and the implementation of modular software to create flexible robot cells. The main result of this thesis is a novel and innovative approach to service-oriented automation of robot cells. In particular, a comprehensive modelling approach using SysML is introduced in order to structure the automation software and to identify relevant services. The servicesGiven an appropriate tool, industrial robots are able to perform flexible manufacturing tasks. However, robots are rarely used, if it comes to small batch production. One major reason is the high cost of programming that contribute the largest share of total cost of a robotic system. Furthermore, these costs recur for each adaptation to a high extent. The reuse of software for programming a robot cell is the key requirement to reduce development costs. Accordingly, the aim must be that software for robot cells can be put together from modular and reusable components. A comprehensive approach is necessary for both the modelling and the implementation of modular software to create flexible robot cells. The main result of this thesis is a novel and innovative approach to service-oriented automation of robot cells. In particular, a comprehensive modelling approach using SysML is introduced in order to structure the automation software and to identify relevant services. The services focus on the handling and manufacturing tasks. Subsequently, these services can be orchestrated to form the automation process. According to the ideas of Industry 4.0, the automation software uses an "intelligent product" which carries all the knowledge of its manufacturing process. The automation services rely on an object-oriented model that describes the products, robots and tools as well as their geometric and semantic relationships. Using this knowledge makes it possible to create generic programs that are applicable universally. Accordingly, the automation software can be assembled from reusable services. The approach was evaluated successfully using a cooperative assembly application.show moreshow less

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Metadaten
Author:Alwin HoffmannGND
URN:urn:nbn:de:bvb:384-opus4-32341
Frontdoor URLhttps://opus.bibliothek.uni-augsburg.de/opus4/3234
Advisor:Wolfgang Reif
Type:Doctoral Thesis
Language:German
Publishing Institution:Universität Augsburg
Granting Institution:Universität Augsburg, Fakultät für Angewandte Informatik
Date of final exam:2015/04/27
Release Date:2015/12/02
GND-Keyword:Generische Programmierung; Serviceorientierte Architektur; Industrie 4.0; Industrieroboter
Institutes:Fakultät für Angewandte Informatik
Fakultät für Angewandte Informatik / Institut für Informatik
Fakultät für Angewandte Informatik / Institut für Informatik / Lehrstuhl für Softwaretechnik
Fakultät für Angewandte Informatik / Institut für Informatik / Lehrstuhl für Softwaretechnik / Lehrstuhl für Softwaretechnik
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 004 Datenverarbeitung; Informatik
Licence (German):Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand