SeRoNet - Plattform zur arbeitsteiligen Entwicklung von Serviceroboter-Lösungen
Overview
Serviceroboter sind meist hoch spezialisierte Systeme, deren Steuerungs-Software auf eine konkrete Anwendung zugeschnitten ist. Der hohe Aufwand, speziell abgestimmte Systeme zu erstellen, erschwert einen flexibleren und somit wirtschaftlicheren Einsatz, obwohl die Einsatzpotenziale der Servicerobotik seit Jahren günstig bewertet werden und dieses Potenzial auch die in bestimmten Segmenten steigenden Verkaufszahlen weltweit belegen. Die hohen Kosten der Software-Entwicklung pro Anwendungsfall sind aktuell ein Kernproblem für die Etablierung weitere Anwendungsdomänen in der Servicerobotik. Diese hohen Entwicklungskosten haben ihre Ursache unter anderem in der fehlenden Standardisierung von Softwarekomponenten und fehlender, strukturierter Ansätze zum Aufbau komplexer Steuerungssysteme für Serviceroboter. Daher ist die Entwicklung anwendungsspezifischer Lösungen bisher üblicherweise erst ab Stückzahlen von 20 bis 30 Robotersystemen rentabel, womit die Servicerobotik, gerade auch in Deutschland, ihr Potenzial nicht ausschöpft. Für die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands ist es jedoch entscheidend, diese Potenziale zu heben, um insbesondere auch gegenüber dem weltweit zu beobachtenden Boom der Servicerobotik bestehen zu können.
Motivation
Das SeRoNet-Projekt verfolgt die Vision, den gegenwärtigen, von linearen Abhängigkeiten, starren Prozessen und unzureichender Markttransparenz geprägten Markt für professionelle Serviceroboter-Lösungen durch ein dynamisches, offenes Wertschöpfunksnetz, das heißt durch einen Ökosystem-getriebenen Ansatz, zu ersetzen, in dem verschiedenste Markteilnehmer transparent miteinander interagieren. Diese gänzlich neue Form des kooperativen Entwickelns von Servicerobotik-Lösungen zu etablieren wird dabei eine wesentliche Herausforderung sein. Bisher liegt dieser Entwicklungsprozess in der Hand von sehr wenigen Akteuren, die sich jetzt aber einem gemeinschaftlichen Einsatz öffnen sollen – dies natürlich auch im eigenen Interesse, denn die zunehmende Komplexität der Technologien wird künftig kaum mehr als "Insellösung" beherrschbar sein.
SeRoNet wird daher den Entwicklungsprozess für Servicerobotik-Anwendungen grundlegend verändern. Zukünftig können potenzielle Anwender von Servicerobotik-Lösungen über die SeRoNet-Plattform ihre spezifischen Lösungsanforderungen geführt spezifizieren und schnell einen ersten Überblick über mögliche Realisierungen gewinnen. Über die Plattform können Lösungsanwender und Lösungsanbieter zueinander finden und gemeinsam die Spezifika einer Anwendung ausarbeiten. Gleichzeitig unterstützt die Plattform den Lösungsanbieter bei der kundenspezifischen Anpassung seiner existierenden Lösungen an neue Anforderungen ebenso wie bei der vollständigen Neuentwicklung einer Lösung. Über die Plattform erhalten Lösungsanbieter für Servicerobotikanwendungen Zugriff auf einen großen Pool an Komponenten unterschiedlicher Granularität, von ganzen Subsystemen wie Roboterarmen oder verschiedensten mobilen Basen bis zu spezialisierten Hard- und Softwarekomponenten wie Planungsalgorithmen oder leistungsfähigen Objekterkennungssystemen. Durch eine systematische, aussagekräftige Auszeichnung der unterschiedlichen Komponenten hinsichtlich ihrer funktionalen und nicht-funktionalen Eigenschaften und Interfaces kann ein Lösungsanbieter zügig und werkzeugunterstützt erkennen, welche Komponenten für eine gewünschte Aufgabe geeignet sind und reibungslos zusammenarbeiten werden. Das komplementär zur IT-Plattform bereitgestellte, modellgetriebene SeRoNet-Entwicklungswerkzeug unterstützt sowohl Komponentenhersteller als auch Lösungsanbieter bei der Erstellung und semantischen Auszeichnung ihrer Produkte.
Indem Technologien effizienter entwickelt und Ressourcen gebündelt werden, verbessert sich die Wirtschaftlichkeit spezialisierter Lösungen und ein lebendiger Markt aus Hard- und softwarekomponenten, Serviceroboter-Lösungen und vielfältigen unterstützenden Dienstleistungen kann entstehen.
Objective
Ziel des Projektes ist es, den Entwicklungsaufwand für Roboterlösungen in der professionellen Servicerobotik deutlich zu senken. Damit die Servicerobotik vermehrt eingesetzt wird, entstehen in SeRoNet Lösungen, mit denen sich auch maßgeschneiderte Systeme wirtschaftlich am Markt platzieren lassen. Kern des Projekts wird eine IT-Plattform mit dem Ziel, Ausrüster und Betreiber von Servicerobotik zueinanderzubringen und die klassische, lineare Wertschöpfungskette durch ein Wertschöpfungsnetz zu ersetzen, in dem alle Akteure entsprechend ihren Kompetenzen dynamisch kooperieren. Über die Plattform sollen wiederverwendbare Komponenten für professionelle Servicerobotik-Anwendungen einfach verfügbar gemacht und so eine höhere Transparenz der am Markt verfügbaren Anbieter und Komponenten erreicht werden. Über die Definition einheitlicher Schnittstellenstandards, die in enger Abstimmung mit internationalen Gremien entwickelt werden, soll die Wiederverwendbarkeit von Komponenten erhöht und durch systematische Beschreibungen von Komponenten, Systemen und Anforderungen der Entwicklungsprozess erleichtert werden. Um diese auf Wachstum angelegte, offene Plattform zu etablieren, wird es im Sommer 2019 einen offenen Call zur Beteiligung geben. Ein weiteres Ziel neben der Etablierung der Plattform zur wirtschaftlichen Roboterentwicklung sind drei Pilotdemonstratoren, die die Robustheit der Plattform und Entwicklungswerkzeuge sowie die Qualität der verfügbaren Komponenten und Services belegen sollen.
Die wesentliche Innovation ist die Schaffung eines breit angelegten Ökosystems für die professionelle Servicerobotik, in dem Anwender, Systemdienstleister und Komponentenhersteller strukturiert miteinander interagieren und die Entwicklung und den Einsatz von Robotersystemen kollaborativ gestalten. Die klassische, lineare Wertschöpfungskette, in der ein Roboteranwender mit einem Systemintegrator eine Anwendungsspezifikation aushandelt, die dieser dann mit seinen Zulieferern realisiert und das Ergebnis an den Anwender ausliefert, wird durch einen dynamischen, vernetzten Ansatz ersetzt. In diesem arbeiten der Anwender, der Systemintegrator und der Komponentenhersteller über (Online-)Softwaretools in allen Phasen von der Spezifikation bis zur Inbetriebnahme des Robotersystems zusammen und vermeiden so teure Fehl- und Änderungsentwicklungen. SeRoNet stellt die steigende Bedeutung dieser Form der kollaborativen Software-Entwicklung ins Zentrum, indem es erstmals als Robotik-Forschungsprojekt eine explizit auf den dauerhaften Betrieb ausgelegte, offene Plattform schafft. Diese bündelt als gemeinsames Ökosystem die Ressourcen aller am Entwicklungsprozess beteiligten Akteure und kann eine effiziente Technologieentwicklung ermöglichen. Der Nutzen für alle an diesem Ökosystem Beteiligten: Bisher entwickeln und warten Hersteller und Lösungsanbieter ihre Komponenten ohne systematisches Feedback und Kenntnis der Anwenderanforderungen selbst. Das verursacht hohen Anpassungsbedarf und ist daher teuer und zeitintensiv. Durch Ökosysteme kann sich jedes Unternehmen auf seine Kernkompetenz spezialisieren und als Zulieferer vielfältig einsetzbare Komponenten liefern oder als Lösungsanbieter zusammen mit weiteren Beteiligten eine Komplettlösung anbieten. So verkürzen sich Entwicklungszyklen rapide und die Qualität verbessert sich. Insgesamt ist das Ziel, produzierenden Unternehmen so den Zugang zu neuen Technologien zu erleichtern und professionelle Servicerobotik-Anwendungen weiter in Deutschland zu verbreiten.
Voraussetzung für eine solche Zusammenarbeit ist die Definition von Standards, die im SeRoNet-Projekt vom Projektkonsortium in enger Abstimmung mit etablierten Gremien und auf Basis existierender Normen und gelebter Praxis vorangetrieben wird. Wesentlich bei diesem Prozess ist, dass einerseits (Software-)Schnittstellen und funktionale Eigenschaften von Komponenten hinreichend klar definiert sind, um ein reibungsloses Zusammenspiel von Elementen unterschiedlichster Hersteller zu ermöglichen, und andererseits die Plattform offen für zukünftige, technologische Entwicklungen ist, die heute noch nicht absehbar sind. Ebenso müssen Komponentenhersteller die spezifischen Alleinstellungsmerkmale ihrer Produkte, ihre "Unique Sellingpoints" bewerben und nutzbar machen können.
Key Facts
- Project duration:
- 03/2017 - 02/2021
- Funded by:
- BMWi
More Information
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Dr. Christian Koldewey
Advanced Systems Engineering / Heinz Nixdorf Institut
Postdoc - Oberingenieur - Oberingenieur | Abteilungsleiter Business Engineering
Results
Im folgenden finden Sie eine Liste der wissenschaftlichen Veröffentlichungen mit Bezug zu SeRoNet der SeRoNet-Partner. Soweit möglich sind die Volltexte verlinkt, andernfalls finden Sie diese (ggf. gegen Gebühr) bei den jeweiligen Herausgebern. von Arnim, Christian, et al. "TSN-based Converged Industrial Networks: Evolutionary Steps and Migration Paths." 2020 25th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA). Vol. 1. IEEE, 09/2020. Menzefricke, Jörn Steffen; Frank, Maximilian; Drewel, Marvin; Dumitrescu, Roman. "Value-centered Design of a digital Service Robotics Platform". In Proceedings of: CIRP Design; Skukuza, Südafrika, 5/2020 In International Journal of Robotic Computing (IJRC); KS Press, Institute for Semantic Computing Foundation, 04/2020 https://www.kspress.org/ijrc-2-1 Hammoudeh Garcia, Nadia; Delval, Ludovic; Lüdtke, Mathias; Santos, Andre; Kahl, Björn; Bordignon, Mirko. "Bootstrapping MDE Development from ROS Manual Code - Part 2: Model Generation" In Proceedings of: MODELS; München, 9/2019 von Arnim, Christian; Friedl, Sebastian; Lechler, Armin; Verl, Alexander. "Automated OPC UA address space generation from existing data structures" In Proceedings of: INDIN 2019; Helsinki-Espoo, Finland, 7/2019 https://doi.org/10.1109/INDIN41052.2019.8972189 Frank, Maximilian; Rabe, Martin; Koldewey, Christian; Dumitrescu, Roman; Gausemeier, Juergen; Hennig-Cardinal von Widdern, Nils; Reinhold, Jannik. "Classification-based Planning of Smart Service Portfolios" In Proceedings of: ISPIM Connects Ottawa; Ottawa, Kanada, 4/2019 Hammoudeh Garcia, Nadia; Lüdtke, Mathias; Kortik, Sitar; Kahl, Björn; Bordignon, Mirko. "Bootstrapping MDE Development from ROS Manual Code - Part 1: Metamodeling" In Proceedings of: IRC; Naples, 2/2019 https://ieeexplore.ieee.org/document/8675668 Drewel, Marvin; Gausemeier, Juergen; Koldewey, Christian; Özcan, Leon. "Pattern based development of digital platforms" In Proceedings of: ISPIM Connects Fukuoka; Fukuoka, Japan, 12/2018 Drewel, Marvin; Gausemeier, Juergen. "Digital B2B-Platforms and how to Find the Right one" In Proceedings of: 13th European Conference on Innovation and Entrepreneurship (ECIE); Aveiro, Portugal, 4/2018