Die Minifabrik besteht aus mehreren Stationen, die über Förderbänder verbunden sind, und simuliert so einen Produktionsablauf unter Realbedingungen. Im Rohmateriallager lagern Paletten in drei Farben mit Würfeln, die auf jeder Seite geometrische Formen wie Dreieck, Quadrat oder Kreis zeigen. Nach Definition von Form und Farbe über die Minifabrik-App wird über RFID-Chips die jeweilige Palette mit dem Würfel automatisch gewählt und über die Transportbänder zur HR-Kamerastation befördert. Dort prüft die Kamera, ob die richtige Würfelseite nach oben zeigt. Ist dies nicht der Fall, dreht der Kuka-Roboter der Minifabrik den Würfel so lange, bis die Kamera die gewünschte Form erkennt. Daraufhin nimmt der Roboter den Würfel auf und transportiert ihn auf die andere Seite der Minifabrik, wo er auf einer Montagepalette abgelegt und zur Montagestation befördert wird. Dort legt ein Druckluftsauger einen Deckel auf den Würfel, was einen herkömmlichen Montageprozess simulieren soll. An der nächsten Station wird der aufgelegte Deckel per Pneumatikzylinder bzw. -kolben verschlossen. Danach ist der Montageprozess abgeschlossen und das fertige Produkt kann im Fertigteillager eingelagert werden. Als integrierter Sicherheitsmechnismus stoppt ein Laserscanner die Anlage, sobald eine Person den Arbeitsbereich des Roboters betritt.
Wahl des Smartphone-Betriebssystems
Die Realisierung der Datenübertragung von der App hin zur Minifabrik über die Cloudplattform Ubidots wurde durch die Verwendung des Siemens-Gateways IoT2040 und einer OPC-UA-fähigen S7-SPS 1516 von Siemens ermöglicht. Im Vorfeld der Entwicklung der Minifabrik-App standen zwei Betriebssysteme zur Auswahl: Android von Google und iOS von Apple. Gründe für Wahl von Android waren die große Verbreitung die OpenSource-Eigenschaft, denn so waren keine Gebühren für Entwicklerlizenzen zu entrichten. Die Entwicklung der App auf iOS-Basis ist in Vorbereitung.
Anforderungen an die App
Die verschiedenen Prozessschritte in der Minifabrik, wie Beladen und Entladen der Palette nach Farbe und geometrischer Form des Würfels oder die Steuerung des Kuka-Roboters und die Erfassung der Würfelform mit der Kamera, sollten durch die App angestoßen werden. Funktionen wie das Sortieren nach Farbe und Form oder der Montage- und die Demontagevorgang sollten über eine Überwachungsfunktion zu beobachten sein. Dazu kamen Informationsdienste, die dem Anwender die Funktionsweise der Minifabrik und die Vorgehensweise der App erklären. Weitere Funktionen oder neue Informationsdienste sollten sich ohne großen Aufwand implementieren lassen. Die Entscheidung für die Gestaltung und die Programmierung der App fiel zugunsten von MIT App Inventor, u.a. da das Tool nach Entwicklung der App auch einen Emulator zum Testen bietet. Die einzelnen Komponenten werden dabei zueinander in Beziehung gesetzt und durch Parameter und Kontrollstrukturen, wie bei C++ oder Java, einer logischen Ordnung zugeführt.
Editoren, Test und Installation
Die Gestaltung der Bedienoberfläche wurde im Design-Editor des Entwicklunsg-Tools über vorgefertigte Elemente in verschiedenen Kategorien durchgeführt. Nach der Realisierung von Layout und Oberfläche war das Verhalten der App im Block-Editor des Tools zu programmieren. Jede benötigte Komponente besitzt eine Auswahl verschiedener Blöcke. Zusätzlich zu deren jeweiligen Funktionen stehen Kontrollstrukturen sowie logische und mathematische Funktionen als Programmblöcke zur Auswahl. Für C++- oder Java-Programmierer ist es eine leichte Aufgabe, solche Komponenten zueinander in Beziehung zu setzen und Kontrollstrukturen als Programmierblöcke auszuwählen. Der Block-Editor umfasst einen Emulator, mit dem sich die App noch während der Entwicklung ohne ein real vorhandenes Smartphone testen ließ. Hierzu wurde AppMIT AI2 Companion installiert und der Eintrag ‚AI Companion‘ im Connect-Menü gewählt. Nach dem Einscannen des angezeigten QR-Codes mit dem Emulator startet die im Inventor geöffnete App auf dem Smartphone. Alle vorgenommenen Änderungen wurden umgehend synchronisiert. Über den Menüpunkt „Build“ konnte zwischen der Installation auf dem Computer und dem Emulator auf dem Smartphone gewechselt werden.
