Trendumfrage Roboter in IoT und Cloud

Hochverfügbar, fehlertolerant und skalierbar

In der aktuellen Trendumfrage hat ROBOTIK UND PRODUKTION wieder namhafte Experten befragt, diesmal zum Thema Roboter in IoT und Cloud. Dabei ging es um Ressourcen moderner Clouds, Sprachsteuerung und Echtzeitfähigkeit. Es antworteten Christoph Groll, Head of IIoT Solutions bei Kuka, Nils Tersteegen, Marketingleiter bei Fanuc Deutschland, und Jan Metzner, Specialist Solutions Architect IoT, EMEA bei Amazon Web Services.

ROBOTIK UND PRODUKTION: Wie können Roboteranwendungen aktuell bereits von den Rechen-, Speicher- und Kommunikationsressourcen moderner Clouds profitieren?

Christoph Groll, Kuka: Aufgrund der Cloudanbindung von Robotern und anderen Geräten ist es möglich, die erzeugten Daten und Zustände der Maschinen aufzuzeichnen und auszuwerten. So können Grenzwerte überwacht und sogenannte Drifts, also Werte, die sich über einen längeren Zeitraum verändern, erkannt werden. Das ist vor allem beim Betrieb der Maschinen an der Leistungsgrenze von Vorteil und ermöglicht eine bessere Auslastung des Roboters. Gleichzeitig wird transparent, welche Komponenten wie stark ausgelastet sind, sodass eine gezielte Wartung der unterschiedlichen Komponenten möglich ist.

„Wir bei AWS glauben fest daran, dass es eine massive Beschleunigung beim Thema Spracherkennung geben wird.“ Jan Metzner (Bild: Amazon Web Services, Inc.)

Nils Tersteegen, Fanuc: Von den derzeit verfügbaren Ressourcen profitieren Roboteranwendungen zum größten Teil aus den Möglichkeiten der vorbeugenden Wartung. Roboter- und Hardwaredaten einer Anlage werden gesammelt und an einer Stelle ausgewertet, um so ein Bild des Anlagenzustandes und dessen voraussichtliche Entwicklung hinsichtlich der Anlagenverfügbarkeit zu erhalten. Zusätzlich können schon heute offline programmierte Anlagen und Roboterprogramme in die Maschinen aufgespielt werden, um somit die Programmier- und Aufstellarbeit vor Ort zu verkürzen.

Jan Metzner, Amazon Web Services: Wenn Sensoren, Roboter und sogar ganze Fabriken mit der Cloud vernetzt werden, lassen sich Roboterzellen sowie komplette Fertigungsstraßen als digitales Abbild bereitstellen. Roboteranwendungen profitieren davon in zweierlei Hinsicht: Zum einen können ganze Abläufe reproduziert werden, da historische Daten aus verschiedenen Quellen wie dem Roboter selbst sowie MES- und ERP-Systemen jederzeit zur Verfügung stehen. Zum anderen können aus den gewonnenen Daten über Machine-Learning-Dienste konkrete Vorhersagemodelle erstellt werden, die durch die enge Integration mit den Robotern lokal ausgeführt werden.

„Eine Steuerung aus der Cloud wird auf Grund von Normen und Sicherheitsaspekten eher schwierig.“ Christoph Groll (Bild: Kuka AG)

ROBOTIK UND PRODUKTION: Werden Roboter zukünftig über die Cloud gesteuert? Welches Potenzial sehen Sie in der Interaktion über sprachbasierte Software und Cloudnavigation?

Metzner: Ein sehr großes! Wir bei AWS glauben fest daran, dass es eine massive Beschleunigung beim Thema Spracherkennung geben wird. Sprache wird in Zukunft eine der wesentlichen Arten sein, wie wir mit digitalen Systemen interagieren werden. Die Interaktion mit Systemen über die Sprache hat viele Vorteile, gerade in der Industrie. Maschinenführer müssen Roboterprogramme oder einzelne Arbeitsschritte nicht mehr per Hand starten oder steuern. Das erspart ihnen Zeit und kann die Arbeitssicherheit erhöhen. Die Sprache hat ein enormes Potenzial, die Interaktion zwischen Mensch und Maschine zu vereinfachen. Es geht nicht nur darum, Sprachbefehle zu geben, sondern auch darum, wichtige Informationen von den Systemen zurückzuerhalten und mit ihnen zu interagieren.

Groll: Eine Steuerung aus der Cloud wird auf Grund von Normen und Sicherheitsaspekten eher schwierig. Eine Veränderung der Bahn oder des Programms ohne Sicht auf die Zelle ist derzeit nicht erlaubt. Ein sehr wahrscheinliches Szenario ist aber die Analyse und Auswertung der Daten in der Cloud mit einem anschließenden Verbesserungsvorschlag zur Bewegung bzw. Performance des Roboters. Diese Empfehlung wird dann durch einen Werker an der jeweiligen Zelle upgedatet. Die Sprachsteuerung scheint hilfreich, muss sich aber im Lärm der Fabrikhallen noch etablieren. Da der häufigste Fall einer Interaktion mit den Robotern im Betrieb der Fehlerfall ist, sind Themen wie Remote Service oder Indoor Navigation hier als wichtiger einzustufen.

Tersteegen: Roboter über eine Cloud oder per Sprache zu steuern, ist technisch bereits möglich. Allerdings muss dabei die Sicherheit des Betriebs berücksichtigt werden. So muss sichergestellt werden, dass sich keine Person im Gefahrenbereich aufhält und dass nicht Fremde in die Robotersteuerung eingreifen können. Bei einer Sprachsteuerung muss gewährleistet sein, dass Befehle auch korrekt aufgenommen werden und bei der Ausführung des Programms die Sicherheit von Mensch und Maschine gegeben ist.

„Mit 5G könnte die benötigte Datenleistung und Latenz für eine Echtzeitsteuerung aus der Cloud durchaus erreicht werden.“ Nils Tersteegen (Bild: Fanuc Deutschland GmbH)

ROBOTIK UND PRODUKTION: Um Roboter für taktsynchrone Prozesse sicher einzusetzen, ist Echtzeitfähigkeit eine Voraussetzung. Lässt sich das über eine Cloud überhaupt realisieren, wenn die Server sich nicht in unmittelbarer geografischer Nähe befinden?

Groll: Nein, daher werden in der Cloud vorwiegend Daten über einen längeren Zeitraum gesammelt, verarbeitet und Analysen über einen längeren Zeitraum, nicht in Echtzeit, erstellt. Diese Optimierungen können dann wieder auf die Systeme zurückgespielt werden. Für Echtzeitanalysen werden derzeit Edge Controller eingesetzt, die in der Cloud erprobte Algorithmen verwenden, um in Echtzeit Analysen zu erstellen. Das sind leistungsstarke Rechner, die in unmittelbarer Nähe der Zellen installiert werden müssen.

Tersteegen: Mit 5G könnte die benötigte Datenleistung und Latenz durchaus erreicht werden. Allerdings sollten die KI-Prozesse, die in der Cloud verarbeitet werden, hauptsächlich zur Taktzeitverbesserung und Nachjustierung der Roboterprogramme genutzt werden und nicht zur gesamten Steuerung der Anlagen.

Metzner: Eine weitere Option, Cloudtechnologie mit Echtzeitprozessen zu integrieren, bietet das Real-Time-Betriebssystem Amazon FreeRTOS, mit dem sich Geräte mit Cloud-Services oder mit leistungsstärkeren Edge-Geräten verbinden lassen. Bei der Wahl des Cloudanbieters muss sich der Kunde entscheiden, in welcher Region er seine Ressourcen einsetzt. Die AWS-Region Frankfurt besteht z.B. aus drei physisch getrennten und isolierten Availability Zones im Großraum Frankfurt. Diese Zonen bieten Kunden eine einfache und effektive Möglichkeit, Anwendungen und Datenbanken zu entwickeln und zu betreiben, die verglichen mit herkömmlichen Infrastrukturen mit einem oder mehreren Rechenzentren hochverfügbar, fehlertolerant und skalierbar sind. (fiz)