Ein kognitives Steuerungsframework für robotergestützte Handhabungsaufgaben

In dem Bestreben, Produktionsanlagen zur Selbstoptimierung zu befähigen, kommt der Automatisierungstechnik – ohne die eine produktive Fertigung in weiten Teilen nicht mehr denkbar ist – eine Schlüsselrolle zu. Während manuelle Produktionsprozesse durch das Wissen, die Erfahrung und die Flexibilität des Operateurs das Potenzial zur Selbstoptimierung aufweisen, sind automatisierte Prozesse bislang jedoch weitgehend geprägt durch die Reproduktion im Voraus geplanter Abläufe. Die vorliegende Arbeit geht von der Hypothese aus, dass ein Schlüssel zu intelligentem Steuerungsverhalten bei Anlagen in der Betrachtung von Erkenntnissen zur Modellierung kognitiver Strukturen liegen könnte. Damit gliedert sie sich thematisch in die Forschungsarbeiten „Kognitive Steuerungssysteme in der Produktion“ ein, die im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Exzellenzclusters „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ seit 2006 interdisziplinär an der RWTH Aachen durchgeführt werden. Konkretes Ziel der Arbeit ist es, auf Basis dieser Hypothese ein Konzept für eine Steuerung auf Zellenebene zu entwickeln und exemplarisch umzusetzen, welche in der Lage ist, zur Laufzeit für eine Fertigungsaufgabe die erforderlichen Ablaufsequenzen selbst zu erzeugen und zur Ausführung zu bringen. Dabei wird eine Fokussierung auf die Steuerung robotergestützter Handhabungsvorgänge vorgenommen. Nach einer gründlichen Analyse kognitiver Architekturen wird zunächst ein Referenzmodell für robotergestützte Handhabungstechnik vorgestellt, was als Rahmenwerk zur Abbildung des applikationsspezifischen Wissens durch den Prozessexperten dienen soll. Anschließend wird dieses Referenzmodell abgebildet in eine Steuerungsarchitektur, die als wesentliches Element den kognitiven Prozessor SOAR einbindet, ergänzt durch ein internes Planungs- und ein Simulationsmodul sowie die Schnittstelle zu den für den Anwender weitgehend unsichtbaren traditionellen Gerätesteuerungen. Abschließend werden die Modellierungskonzepte sowie das Steuerungsverhalten an einem konkreten Szenario evaluiert und diskutiert. Das kognitive Framework stellt einen ersten prototypischen Versuch dar auf dem Weg, Errungenschaften der Kognitionspsychologie konkret in einer Steuerungsarchitektur für die Fertigungsautomatisierung abzubilden und für Fertigungsprozesse nutzbar zu machen.