Schwärme erobern die Produktion

Im Forschungsprojekt SWILT entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Industrie4.0-Algorithmen nach Vorbildern aus der Natur.

An der Alpen-Adria-Universität Klagenfurt startet mit Oktober 2018 das Forschungsprojekt SWILT (Swarm Intelligence Layer to Control Autonomous Agents). Dabei forschen vier Kärntner Partner (Lakeside Labs GmbH, Universität Klagenfurt, Infineon Technologies Austria AG und Novunex GmbH) an Cyber-Physical-System-Schwärmen, um die reale mit der virtuellen Welt zu verbinden. Das von der FFG geförderte Projekt hat eine Laufzeit von drei Jahren und umfasst ein Projektvolumen von knapp 1 Million Euro.

Für Industrieunternehmen ist die starke Vernetzung von Produktionsanlagen eine enorme Herausforderung. Diese zeigen ein komplexes und dynamische Verhalten, wie es auch bei Ameisen, Bienen, Fischen oder Vögeln beobachtet wird. Inspiriert durch Vorbilder aus der Natur werden im Projekt SWILT daher ganze Industrieanlagen als Schwärme modelliert. Egal ob Maschinen, Produkte oder Transportsysteme – alle sind Teile eines Schwarms und bewältigen so die zunehmende Komplexität und Dynamik von Industrie 4.0-Systemen.

„Jahrelange Erfahrung hat uns gezeigt, dass Algorithmen der Selbstorganisation hochkomplexe Problemstellungen bewältigen und gute Lösungen finden können. Die Innovation in SWILT liegt nicht in der Bereitstellung einer weiteren, vorab berechneten Produktionsplanung oder Routingtabelle, sondern in der Gewinnung von lokalen Regeln aus Schwarmintelligenzalgorithmen“, erklärt Projektleiterin Melanie Schranz (Lakeside Labs GmbH). Wilfried Elmenreich, der für das Institut für Vernetzte und Eingebettete Systeme der Universität Klagenfurt am Projekt beteiligt ist, erläutert weiter: „Das ermöglicht reaktive Algorithmen, die dynamische Veränderungen in der lokalen Produktionsumgebung flexibel durch Datenverarbeitung in Echtzeit kompensieren. Ein wichtiger Forschungsaspekt von SWILT ist die Entwicklung einer Bibliothek von solchen Schwarmintelligenzalgorithmen. Diese umfasst anwendungsspezifische Anforderungen und Einschränkungen und ermöglicht strukturierte Tests, Analysen und Vergleiche via Simulation.“

Das Organisieren, Beobachten und Koordinieren von Schwärmen mit Tausenden von autonomen Schwarmteilnehmern ist eine komplexe Aufgabe. Deshalb verankert SWILT die lokalen Schwarmregeln in einer neuartigen dreistufigen Architektur, die es erlaubt, dass eigenständige Schwärme untereinander kommunizieren. Für diese Kommunikation wird die neue Trendtechnologie 5G verwendet, die durch hohe Datenraten und geringe Latenz zu einem unverzichtbaren Teil der Industrie 4.0 wird. Durch den 5G-Playground, der mit Beginn 2019 im Lakeside Science & Technology Park gestartet wird, erhoffen sich die Forschungspartner bahnbrechende Ergebnisse für Schwarmalgorithmen, die als 5G-Netzwerkapplikation ausgeführt werden.