Smart-Factory-Meilenstein: NTT DATA steuert Roboterarm herstellerunabhängig via 5G aus NVIDIA Omniverse

(Artikel vom 05.10.2023) München, 05. Oktober 2023 - NTT DATA hat mit einem Forschungsprojekt zur Einführung von Digital-Twin-Technologie in der Manufacturing-Branche einen historischen Meilenstein erreicht: ein physischer Roboterarm konnte im anspruchsvollen Fertigungsumfeld kabellos via 5G an die industrielle Digitalisierungs-Plattform Omniverse von NVIDIA angebunden und in Echtzeit gesteuert werden. Dieser Erfolg ist ein wichtiger Fortschritt für die Entwicklung der Smart Factory.

Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser, vorher testen ist am besten - das gilt besonders in modernen, hochkomplexen Fertigungsanlagen. Maximale Effizienz, Robustheit und Reife sind bei den Prozessen gefragt, um die hohen Qualitäts- und Produktivitätsziele der Branche zu erreichen. Dabei müssen enorm viele Faktoren bedacht werden: die Architektur der Fertigungsstätte, die Umweltbedingungen, Position und Bewegung von Roboterarmen und viele weitere Faktoren. Physische Testläufe, die all diese Punkte berücksichtigen, sind aus Zeit- und Kostengründen nicht realistisch - doch was wäre, wenn man all das virtuell abbilden und testen könnte?

NVIDIA Omniverse ist eine Computing-Plattform, die es Einzelpersonen und Teams ermöglicht, 3D-Workflows und -Anwendungen auf der Basis von Universal Scene Description (OpenUSD) zu entwickeln. Mit NVIDIA Omniverse können Unternehmen Digitale Zwillinge von Produktionsgütern, Maschinen, Anlagen und Geschäftsprozessen virtuell darstellen und simulieren, indem sie die neuesten Technologien kombinieren. Dadurch können Unternehmen die Effizienz ihrer Produktionssysteme erhöhen, Abläufe frühzeitig und mit wesentlich geringerem Aufwand testen sowie die Zusammenarbeit über Abteilungen und Standorte hinweg vereinfachen. Die NTT DATA Gruppe arbeitet mit NVIDIA zusammen, um die Omniverse-Plattform und ihre industriellen Anwendungen mehr Fertigungsunternehmen zugänglich zu machen.

Forschungsprojekt: Prozesse virtuell optimieren und physisch umsetzen

Der heilige Gral des industriellen Metaverse wäre, wenn die Plattform die Grenzen von herstellerspezifischen Ökosystemen sprengen und Hardware wie Maschinen direkt anbinden könnte. Genau das ist in diesem Projekt gelungen. Im Rahmen eines Proof of Concept (POC) konnte erstmalig ein Roboterarm von FANUC, dem weltweit führenden Anbieter für Automatisierungsprodukte, an die NVIDIA Omniverse Plattform angebunden werden - er lässt sich direkt über die Plattform steuern, ohne die proprietäre Befehlssprache des Herstellers nutzen zu müssen.

Dabei entsteht ein exakt abgebildeter Digitaler Zwilling, der Aufgaben wie das Greifen und Transportieren von Gegenständen virtuell simulieren kann - unter Einbeziehung einer Fülle von Faktoren aus der realen Welt wie Hindernisse, Temperatur, Status des physischen Roboterarms etc. Für die drahtlose Anbindung sorgt ein privates 5G-Netz, über das sich dann der physische Roboterarm aus Omniverse in Echtzeit steuern lässt, ohne die herstellerspezifische Maschinenprogrammierung zu verwenden.

In der realen Welt ist der Roboterarm mit einem Greifaufsatz ausgestattet und verfügt über eine via 5G eingebundene Kamera, die die Umgebung erfasst. In NVIDIA Omniverse befindet sich der Digitale Zwilling des Roboterarms, durch die Daten des Videostreams lässt sich die physische Umgebung korrekt abbilden. Objekte, die sich im Umfeld des Roboterarms befinden, werden in der virtuellen Welt erkannt. Bei einer Aufgabe wie dem Greifen und Transportieren des Gegenstands kann der Roboterarm durch eine zugeschaltete KI virtuell testen, wie der beste Ablauf dafür aussieht. Ist der Prozess optimiert, lässt er sich unmittelbar auf den physischen Roboterarm übertragen, entweder auf einen einzelnen oder auf Hunderte seiner Art. So wird das eingangs geschilderte Szenario des umfangreichen Testens von Fertigungsprozessen greifbare Realität.

Kombinierte Expertise führt zu Quantensprung der industriellen Digitalisierung

"Dieser Meilenstein verändert fundamental die Art und Weise, wie Fertigung in Zukunft geplant und orchestriert werden kann. Gemeinsam als NTT DATA Gruppe haben wir unsere Innovationskraft bei der Umsetzung vorwärtsdenkender und anspruchsvoller Projekte bewiesen. Dabei konnten wir unsere vielfältige Kompetenz und Expertise bezüglich Digitalisierung der Industrie, KI und 5G kombinieren und eindrücklich unter Beweis stellen", erklärt Oliver Köth, Chief Technology Officer NTT DATA DACH.

"Die Digitalisierung verändert die Fertigungsindustrie, indem sie die Produktivität und Effizienz maximiert", sagt Rev Lebaredian, Vice President Omniverse und Simulation Technology bei NVIDIA. "Unsere Zusammenarbeit mit der NTT DATA Gruppe wird Herstellern und Ingenieuren helfen, ihre industriellen Arbeitsabläufe mit Omniverse Digital Twins und Echtzeitfunktionen zu verbessern."

Der Erfolg des Forschungsprojekts bedeutet einen Quantensprung für die industrielle Digitalisierung und die Smart Factory. Für Fertigungsunternehmen verheißt dies große Vorteile: Die nahtlose, herstellerunabhängige Integration von Maschinen und Anlagen führt zu einer reibungs- und mühelosen Zusammenarbeit diverser Geräte und Systeme. Das reduziert nicht nur Zeitaufwand und Kosten, sondern eröffnet völlig neue Möglichkeiten, zum Beispiel bei der Erhebung von Echtzeitdaten und -analysen über alle Systeme hinweg, was Wartung und Instandhaltung erleichtert und verbessert, die Effizienz steigert, unvorhergesehene Ausfallzeiten minimiert und auf Basis eines neuen Levels an Transparenz weitreichendere Prozessoptimierungen erlaubt, als es bisher möglich war.

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