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Der perfekte Weinmix

Wasser ins Glas, ein Spritzer Weißwein hinterher, Eiswürfel rein – fertig ist der alkoholische Durstlöscher. Nüchtern betrachtet ist das Mischen einer Weißweinschorle keine gastronomische Herausforderung. Wenn sich aber Kunden mit Hilfe einer Smartphone-App ihr Getränk nach eigenem Gusto zusammenstellen und dabei das verwendete Glas persönlich gestalten können, steckt ganz viel Erfindergeist 4.0 dahinter.
Der von einer Gruppe Informatiker der Hochschule Furtwangen entwickelte Automat „Wish 4.0“ hat das Geschmäckle der Cloud-Meister-Jury auf jeden Fall getroffen: Die Idee setzt durch den Einsatz eines WAGO IoT Controllers und einer Cloud-Anbindung viele Konzepte aus der digitalisierten Produktionsfertigung um – auf diese Weise erzeugte Weißweinschorlen bekommen so ein Höchstmaß an Individualität.

WAGO Vize-Cloud-Meister 2017 –
Hochschule Furtwangen:

  • Der Weinschorleautomat „Wish 4.0“ setzt durch den Einsatz eines WAGO IoT Controllers und einer Cloud-Anbindung viele Konzepte aus der digitalisierten Produktionsfertigung um.
  • Die wissenschaftliche Innovation an der Idee: Neuronale Netze erkennen Gläsertypen und leiten daraus das jeweilige Volumen ab.
  • Der Prototyp integriert Industrie-4.0-Aspekte wie die Individualisierung von Produkten, Prozessoptimierung und -automatisierung, Condition-Monitoring, Cloud-Steuerung oder Smart Logistik.

Industrie 4.0 im Wish-Format

Auf Bestellung flexibel und schnell reagieren und dabei kundenspezifische Einzelstücke wirtschaftlich herstellen – „Wish 4.0“ lotet die Möglichkeiten und Grenzen von Cloud-Manufacturing aus. „Mit unserem Wettbewerbsbeitrag wollten wir typische Industrie-4.0-Konzepte in einem Gerät umsetzen und veranschaulichen“, erklärt Christoph Reich, Professor am Institut für Cloud-Computing und IT-Sicherheit an der FH Furtwangen. Gemeinsam mit seinem siebenköpfigen Team entwickelte er einen Prototypen, der für den Bereich Industrie 4.0 allgemeingültige Aspekte wie die Individualisierung von Produkten, Prozessoptimierung und -automatisierung, Condition-Monitoring, Cloud-Steuerung, Smart Logistik oder Supply-Chain-Compliance integriert. Die wissenschaftliche Innovation an der Idee: Neuronale Netze erkennen Gläsertypen und leiten daraus das jeweilige Volumen ab.

Mit unserem Wettbewerbsbeitrag wollten wir typische Industrie-4.0-Konzepte in einem Gerät umsetzen und veranschaulichen.

Christoph Reich, Professor am Institut für Cloud-Computing und IT-Sicherheit an der FH Furtwangen

Phase I – die Auftragsvergabe

Der Nutzer hat die Möglichkeit, seine Weißweinschorle auf seine Bedürfnisse anzupassen. Dafür erstellt er sich über ein öffentlich erreichbares Web-Interface ein eigenes Label. Er konfiguriert seinen Getränkewunsch und stellt das Mischungsverhältnis ein – dabei hat er die Wahl zwischen zwei verschiedenen Weinsorten, Wasser und Saft. Zudem kann er sich ein Bild seiner Wahl hochladen und einen kleinen personalisierten Text mitangeben. Auf diesem später ausgedrucktem Label befindet sich ein Barcode, in dem alle relevanten Informationen enthalten und eine jeweils achtstellige ID hinterlegt sind, um den Auftrag zuordnen und den aktuellen Status nachverfolgen zu können – die Analogie zur Industrie 4.0: das Tracken eines Produktes in jedem Zustand.

Umgesetztes 4.0-Konzept:

  • „Personalisierung“

Bevor der Auftrag akzeptiert wird, prüft das System die eingehenden Informationen auf Ethikkonformität, um zu verhindern, dass Beschimpfungen, politisch inkorrekte Aussagen oder Bilder verbreitet werden. Dafür wird auf die Google-Cloud-Vision-API zurückgegriffen: Eine Java-Implementierung der REST-Schnittstelle stößt den Prüfungsprozess an; nicht erlaubte Bilder und Aussagen sind in einer Blacklist hinterlegt. Die von Google zur Verfügung gestellten Machine-Learning-Algorithmen übernehmen die Analyse – bei einem Ethikverstoß bekommt der Nutzer mitgeteilt, dass der Auftrag nicht erfolgreich abgeschlossen werden konnte. Akzeptiert die Vision API den Auftrag, erhält er eine eindeutige Identifizierung, das Label kann vom Nutzer ausgedruckt und auf das Glas geklebt werden.

Umgesetztes 4.0-Konzept:

  • „Compliance“

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Wish 4.0 setzt durch den Einsatz eines WAGO IoT- PFC und einer Cloud-Anbindung viele Konzepte aus der digitalisierten Produktionsfertigung um.

Phase II – die Produktion

Alle übergeordneten Steuerungsbefehle werden bei Wish 4.0 in der Cloud vollzogen – die relevanten Informationen sind in Form einer Tabelle zusammengestellt und in einer Self-Managed Open Stack Cloud geschrieben. Das Furtwängler Uni-Team greift damit zunächst auf eine eigene Cloud-Architektur zurück: Auf dem Server „spritzerVM“ ist die Datenbank mit allen Aufträgen angelegt. spritzerVM kommuniziert wiederum mit der WAGO Cloud, die das Bindeglied zwischen den Elementen der realen und digitalen Welt darstellt. Die WAGO Cloud gibt die Informationen an den WAGO IoT-PFC weiter. Er führt die Befehle aus – ihm hängen zum Beispiel die Relais an, die die Magnetventile der Abfüller steuern.

Umgesetztes 4.0-Konzept:

  • „Cloud-Steuerung“

Der eigentliche Prozess der Weinabfüllung startet, wenn der Nutzer sein gelabeltes Glas in die Scankammer stellt, in der eine kleine Kamera installiert ist. Ein Näherungssensor erkennt den Vorgang und sendet ein Signal an die SPS. Diese teilt einem zwischengeschalteten Rasberry-Pi (picture processor) mit, dass das Glas bereit steht – der Pi beginnt mit der Bildaufnahme und encodiert den integrierten Barcode auf dem Label, schreibt diese Information in die spritzer-VM-Datenbank und löst einen REST CALL aus, um das Glas zu bestimmen und das Volumen zu berechnen. Das Bild vom Glas wird mit Hilfe von neuronalen Netzwerken der neuesten Generation analysiert (Deep Convolutional Neural Networks) – das System erlernt dabei die Alleinstellungsmerkmale verschiedener Gläser, um diese voneinander unterscheiden zu können. Von jedem Bild wird ein Schema erstellt, in dem die Kanten des Glases abgebildet werden. Dadurch ist es mathematisch möglich, dass Volumen zu bestimmen. Wird ein Glas mit einer vordefinierten Wahrscheinlichkeit erkannt – bei Wish 4.0 liegt sie bei 70 Prozent – gibt die WAGO Cloud die Information zusammen mit der Angabe über die gewünschte Mischung an das Füllmengenmodul weiter. Bevor die Ventile angesteuert werden, ist das Glas bereits über einen Drehteller an die vorgesehene Füllstation positioniert worden – dafür hat die Cloud einer Motorensteuerung mitgeteilt, um welche Gradzahl der Drehteller rotieren soll. Nach erfolgreicher Abfüllung wird das Glas an die Ausgabeposition zurückbefördert.

Umgesetzte 4.0-Konzepte:

  • „Smart Logistics"

  • "Visual Quality Management“

Der Wish 4.0 besteht aus zwei Abfüllmaschinen mit jeweils vier Tanks, in denen die Weinschorle-Zutaten gefüllt sind. Die doppelte Bestückung ermöglicht einerseits eine parallele Befüllung, andererseits dient sie zur Prozessoptimierung – indem die Behälter nutzungsabhängig und je nach Auftrag flexibel ausgewählt werden können. Sensoren werten dafür Informationen aus und geben die Daten an die Cloud weiter, um den Zustand der beiden Abfüllanlagen kontinuierlich zu überwachen. So warnt die Maschine zum Beispiel frühzeitig darüber, ob Tanks nachgefüllt werden müssen, ob ein Spülvorgang der Abfüllbehälter ansteht oder in welchem Zustand die einzelnen Magnetventile sind.

Text: Alberto Alonso Malo | WAGO

Foto: Thomas Kunz | vor-ort-foto.de

Umgesetzte 4.0-Konzepte:

  • „Prozessoptimierung"

  • "Condition-Monitoring“

Jury-Bewertung: Wish 4.0

Die Erfindung der FH Furtwangen ist für uns ein klassisches Beispiel für den heute oft formulierten Ansatz einer hochgradig agilen Produktentwicklung. Was uns aber vor allem überzeugt hat, ist die hohe Kreativität und der starke Teamgedanke gewesen, mit denen die Gruppe ans Werk gegangen ist: Es ist zwar nur ein Zwischenstand eines Prozesses, für uns ist es aber spannend gewesen, wie schnell es diese Idee zu einem Prototypen gebracht hat. WAGO lernt daraus, wie Startups an Produktentwicklungen herangehen – so einen Ansatz kennen wir eigentlich gar nicht, schnell mit einem unausgereiften Prototypen potentielle Kunden anzusprechen und mit denen dann das Produkt weiter auszufeilen und auszubauen. Die Idee der gewählten Methodik ist sehr konzeptionell und in die Zukunft gerichtet gewesen.

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WAGO Cloud

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