Anbindung von intelligenter Steuerung für die virtuelle Inbetriebnahme

Ausgangssituation

Die Software »ISG-virtuos« bietet eine Simulationsplattform für den gesamten Lebenszyklus einer Automatisierungslösung - vom Vertrieb über das digitale Engineering bis in die Betriebsphase.

»ISG-virtuos« erlaubt es, virtuelle Anlagenmodelle und Steuerungen schnell und einfach in einen Ablauf einzubinden. Bislang sind hier jedoch keine externen oder cloudbasierten Steuerungen wie beispielsweise autonome Fahrerlose Transportsysteme (FTS) oder intelligente Robotersteuerungen verfügbar.

Lösungsidee

Ziel des Projektes ist es, ROS-basierte Steuerungen in das Simulationstool »ISG-virtuos« einzubinden.

Hierdurch steht den Nutzenden ein einfacher Zugang zu intelligenten Komponenten und autonomen Systemen in ihrem (virtuellen) Fabrikablauf zur Verfügung. Cloud-Services und komplexe KI-Steuerungen können so bereits während des Entwicklungsprozesses und der virtuellen Inbetriebnahme einbezogen und im Gesamtkontext der virtuellen Fabrik erprobt werden.

Nutzen

In diesem Projekt wird der Grundstein gelegt, um cloudbasierte Roboter- und Anlagenkomponenten in eine virtuelle Fabrikumgebung zu integrieren. Hierbei wird der de facto Standard ROS eingesetzt, um neuen Technologien einen möglichst reibungsfreien Einstieg zu bieten. 

Anlagenherstellern stehen so bereits zur frühen Entwicklungsphase neuartige, autonome und intelligente Steuerungs-, Anlagen- und Robotik-Systeme zur Verfügung. Des Weiteren wird ein virtueller Marktplatz für KI-basierte Produktionsmittel eröffnet und weiteren Anbietern zu einem einfachen Zugang verholfen.

Umsetzung der KI-Applikation 

Zunächst wurde eine softwaretechnische Verbindung zwischen der Simulationssoftware »ISG-virtuos« und dem » Robot Operating System ROS« hergestellt. Hierfür wurde ein C++-Plugin geschrieben, welches auf die Funktionsbibliothek von »ROS on Windows 10 (Win-RoS)« zugreift. Das Plugin wird direkt als ISG-virtuos-Komponente eingebunden und registriert sich bei Aufruf im ROS-Ökosystem. Zur Demonstration wurde über das Plugin die IPA-Technologie zur freien Navigation eines FTS und die Technologie »pitasc« zur kraftsensiblen Steuerung eines Roboterarmes an die Simulation angebunden.

Ausgangssituation

Die Software »ISG-virtuos« bietet eine Simulationsplattform für den gesamten Lebenszyklus einer Automatisierungslösung vom Vertrieb über das digitale Engineering bis in die Betriebsphase. Hierbei entwickelt sich »ISG-virtuos« kundengetrieben zu einer Simulationsplattform auf höherer Anlagenebene fort, was zunehmend den Bedarf an Intralogistik, FTS und autonomen Systeme wichtig werden lässt. Um neue digitale Abbilder in »ISG-virtuos« und andere Simulationsumgebungen einzubinden, wurde der TwinStore entwickelt. Dieser erlaubt es, virtuelle Objekte und Steuerungen schnell und einfach in einen virtuellen Ablauf einzubinden. Bislang sind im TwinStore keine externen oder cloudbasierten Steuerungen verfügbar.

Lösungsidee

Ziel des Projekts ist, ROS-basierte Steuerungen in das Simulationstool zur virtuellen Inbetriebnahme »ISG-virtuos« als TwinStore-Packages und in den virtuellen Marktplatz einzubinden. Dies erfolgt konkret mit der Fraunhofer IPA Technologien »pitasc«. Zusätzlich erprobt der Partner »NEURA Robotics« das erarbeitete Vorgehen um eigene Roboter im TwinStore einzubinden.

Nutzen

Die Integration ermöglicht den Nutzern von Simulationsumgebungen, intelligente Komponenten und autonome Systeme über einen einfachen Zugang in ihren (virtuellen) Fabrikablauf einzubinden. So können komplexe ROS-basierte KI-Steuerungen bereits während der Projektierung und der virtuellen Inbetriebnahme einbezogen und im Gesamtkontext erprobt werden. Rechen- und datenintensives Maschinelles Lernen (ML) kann mit Cloud-Services skaliert und so die Verwendung intelligenter Roboterlösungen mitprojektiert werden. Neben den konkreten TwinStore-Package »pitasc« wird weiteren Komponentenherstellern ermöglicht, dem Beispiel folgend ihre eigenen Technologien im TwinStore anzubieten. »NEURA Robotics« wird als Vorreiter diesen Weg begehen. Die Verwendung von ROS als offenem Standard ebnet hier den Weg in die virtuelle Inbetriebnahmeumgebung über den TwinStore.

Umsetzung der KI-Applikation 

Die grundlegende technische Machbarkeit der Verbindung zwischen ROS und »ISG-virtuos« wurde in dem vorangegangenen Quick Check bewiesen. Für das anknüpfende Exploring Project wird die Integration in den Komponentenmarktplatz TwinStore priorisiert. Die generelle softwarebasierte Verbindung zwischen ROS und »ISG-virtuos« als C++-Plugin wurde gezeigt. Das als Ergebnis dieses EP zu sehende Vorgehen wird konkret an den externen Steuerungen »pitasc« (Robotersteuerungs-Baukasten) zur intelligenten Steuerung von Roboterarmen aufgezeigt. Zur weiteren Evaluation erprobt »NEURA« das erarbeitete Vorgehen um den eigenen Roboter »MAIRA« im TwinStore (mittels »pitasc« Ansteuerung) einzubinden.