SafeInLoc – Funktional sichere Indoor-Lokalisierung für dynamische Produktionsumgebungen

Projekthintergrund

In der industriellen Produktion besteht zunehmend Bedarf an flexiblen und anpassungsfähigen Produktionssystemen wie Matrixproduktion oder fahrerlose Transportsysteme bzw. autonome Flurförderfahrzeuge (AGV). Ein Grund ist die steigende Nachfrage nach individuellen Produkten mit größerer Variantenvielfalt und variablen Stückzahlen. Damit die Herstellung auch bei kleinen Losgrößen und kurzen Produktlebenszyklen wirtschaftlich bleibt, treten an die Stelle des Prinzips »Band und Takt« vermehrt modulare Produktionssysteme, deren Konfiguration oder räumliche Anordnung häufiger verändert werden müssen. Auch das Verändern von Parametern durch das Zurückspielen von Optimierungen stellt eine Veränderung dar. Dadurch verändern sich die Anforderungen an die funktionale Sicherheit im Umgang mit Maschinen und zur Beherrschung von gefahrbringenden Situationen. Erforderlich sind beispielsweise eine effiziente, zeit- und kostensparende Neukonfiguration bei veränderten Gegebenheiten sowie eine robuste Klassifikation von zu schützenden Personen und Objekten bzw. von bewegten und nicht bewegten Objekten. Heutige Schutzeinrichtungen wie Sicherheitszäune, Lichtschranken oder Sicherheitslaserscanner sind hierfür ungeeignet. 

Forschungsinhalt

Das Technologieentwicklungsprojekt SafeInLoc hat zum Ziel, ein softwarebasiertes System zur Definition dynamischer Sicherheitszonen zu realisieren. Das System soll die effektive (funktional sichere) und effiziente (zeit- und kostensparende) Rekonfiguration von Sicherheitszonen in dynamisch veränderlichen Produktionsumgebungen ermöglichen. Als technologische Basis nutzt das SafeInLoc-System bildbasierte Personen- und Objektdetektion und ein UWB-basiertes Echtzeit-Indoor-Lokalisationsverfahren (RTLS). Ziel ist es, zuverlässig und präzise beide Informationsquellen im omlox-Hub zu fusionieren, einer herstellerübergreifenden, standardisierten Plattform für Ortungsdaten in der Industrie. In einem nächsten Projektschritt ist angedacht, funktional sicher Erkenntnisse abzuleiten wie z.B. “Person ohne Tag”, “verdeckte Person” oder einfach “stationäres Objekt” vs. “bewegliches Objekt”. Bereits im Vorfeld des Forschungsprojekts hatten etliche betroffene Unternehmen und Institutionen ihr Interesse an einem solchen System bekundet.

Projektergebnis

Innerhalb von zwei Jahren wurde ein Demonstrator (TRL 5-6) für neuartige Software-definierte dynamische Sicherheitszonen (Smart Safety-Zones) und funktional sichere Personenerkennung zum Einsatz in flexiblen und anpassungsfähigen Produktionsumgebungen entwickelt. Der Demonstrator ist dauerhaft in der SmartFactoryOWL installiert und kann im Rahmen einer Vor-Ort-Besichtigung begutachtet werden. Er umfasst zehn UWB-Satelliten und mehrere UWB-Tags zur UWB-basierten Lokalisierung, zwei RGB-Kameras samt Edge-PC zur bildbasierten Lokalisierung und zum Tracking sowie eine Web-Applikation zur Definition und Anpassung der Schutzfelder. Das Gesamtsystem ist omlox-konform umgesetzt und ermöglicht so die nahtlose Integration in entsprechende omlox-Umgebungen.

Kundennutzen und Skalierung

Durch die softwarebasierte Definition der Schutzfelder wird eine schnelle Re-Konfiguration der Sicherheitszonen ermöglicht, sodass diese unkompliziert an veränderte Layouts, Prozesse oder Produktionsszenarien angepasst werden können – ohne aufwendige Hardware-Umbauten. Dies führt zu reduzierten Stillstandszeiten und unterstützt eine wirtschaftliche Skalierung hin zu hochflexiblen Produktionsumgebungen. Gleichzeitig resultieren geringere Maschinenkosten, da weniger sicherheitsrelevante Onboard-Ausrüstung benötigt wird und zentrale Infrastruktur mehrfach genutzt werden kann. Die daraus entstehende verbesserte Mensch-Roboter-Interaktion steigert sowohl die Produktivität als auch die Akzeptanz automatisierter Systeme.

Über den unmittelbaren Sicherheitsnutzen hinaus eröffnet die Infrastruktur Potenziale für weitere datenbasierte Anwendungen:

• Routenoptimierung: Auf Basis der Positionsdaten werden dynamische Wegeplanung und ETA-Berechnungen möglich. Heatmaps helfen dabei, Hotspots und Engpässe zu identifizieren. Dies führt zu weniger Staus und Leerfahrten sowie zu höherer Liefertreue.
• Arbeitsplatzgestaltung: Spaghetti-Diagramme für Greif- und Laufwege unterstützen eine datenbasierte Optimierung der Material- und Werkzeugpositionierung. Dadurch lassen sich Suchzeiten reduzieren und die Effizienz am Arbeitsplatz steigern.
• Energiemanagement/Präsenzsteuerung: Licht, Absaugung und HVAC können präsenzabhängig gesteuert werden, automatische Standby-Modi bei Abwesenheit werden möglich. So entstehen messbare Energie- und CO₂-Einsparungen bei gleichzeitig erhöhtem Bedienkomfort.