Connected Power Tools

Die Entwicklung eines mit Sensoren ausgestatteten Akkuschraubers ermöglicht den Informationsaustausch zwischen Anwender und Maschine. Diese Interaktion soll dem Heimwerker zu einem besseren Arbeitsergebnis verhelfen und gleichzeitig das Risiko einer Verletzung durch eine Fehlbedienung vermindern. Der Einsatz im professionellen Bereich bietet neue Möglichkeiten in Aus- und Weiterbildung des Handwerks.

Projektübersicht

Das Forschungsprojekt „Connected Power Tools“ umfasst die Kombination aus konventionellem Werkzeug und moderner IoT-Technologie. Durch die Verknüpfung werden Daten über angebrachte Sensoren ausgelesen und analysiert. Das ermöglicht ein automatisches Einstellen der Parameter für den nächsten Arbeitsschritt und soll dem Nutzer zu einem besseren Arbeitsergebnis verhelfen. Selfbits übernimmt in diesem Projekt die Bereitstellung einer Applikation zur Bedienung des Akkuschraubers und stellt eine skalierbare Cloud-Infrastruktur zur zentralen Datenerfassung und -analyse zur Verfügung. Des weiteren beschäftigen sie sich mit der Darstellung sowie Auswertung der Analysedaten in Echtzeit.
Das Projekt Connected Power Tools wird von September 2019 bis Juli 2022 durchgeführt und umfasst insgesamt ein Fördervolumen in Höhe von 2.83 Mio. €. Mit dem Vorhaben wirkt Selfbits erfolgreich als Projektteilnehmer an einer zukunftsträchtigen Entwicklung von Werkzeug mit. In Zusammenarbeit mit sechs weiteren Projektteilnehmern aus Wissenschaft und Praxis konnten unterschiedliche Expertisen in die Entwicklung von interaktivem Werkzeug fließen. Der Informationsaustausch zwischen Mensch und Maschine hat neben einem besseren Arbeitsergebnis ebenso eine Verminderung der Fehlbedienung von Werkzeugen zum Ziel.
Projektträger der Ausschreibung ist der VDI/VDE-IT. Die Fördermittel zur Projektdurchführung werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschungbereitgestellt.

Projektlaufzeit

September 2019 – Juli 2022

Fördervolumen

2,83 Mio. € (davon 73% Förderanteil durch BMBF)

Gefördert durch:

Motivation

Power Tools, wie Bohrmaschinen oder Akkuschrauber sind heutzutage in fast jedem Haushalt vorhanden. Sie kommen in den unterschiedlichsten „Do-it-yourself“ Situationen für ein schöneres Zuhause zum Einsatz. Durch den stetig wachsenden Bedarf an Heimwerkerausrüstung für ambitionierte Projekte ist die Unterstützung für die Nutzung der Werkzeuge durch Laien erforderlich geworden. Fehlendes Fachwissen soll durch die Interaktion zwischen Heimwerker und technischem Gerät kompensiert werden. Vernetzte Werkzeuge unterstützen die Zielsetzung eines besseren Arbeitsergebnis und sollen fehlerhafte Ausführungen sowie Geräteschäden vermeiden. Nicht zuletzt tragen sie zur Vermeidung von Verletzungen des Anwenders bei. Der Einsatz moderner IoT-Technologien ermöglicht somit einen sicheren Umgang.

Projektziel & Vorgehen

Das Forschungsprojekt dient dem Zweck der Entwicklung eines mit Sensoren ausgestatteten Akkuschraubers, sodass dieser zum intelligenten Assistenten des Anwenders wird. Eine umfassende Unterstützung gelingt mithilfe der Gerätevernetzung in einem digitalen Ökosystem. Einstellungen sowie Handlungsempfehlungen für den Anwender werden aus der Cloud abgerufen und dem Anwender über den Werkzeugkoffer bereitgestellt. Er dient als Ausgangsbasis zum Informationsaustausch. Von dort aus werden ebenfalls Einstellungen der Betriebsparameter für ein optimales Arbeitsergebnis vorgenommen. Bei der Nutzung sendet das Gerät automatisch Messdaten zurück an die Cloud, welche wiederum zur weiteren Anleitung verarbeitet werden. Ziel des Vorhabens ist eine messbare Verbesserung des Arbeitsergebnisses mithilfe von IoT-Technologien, die auf dem Informationsaustausch zwischen Maschine und Anwender basiert.

Innovation & Perspektiven

Der Einsatz moderner IoT-Technologien in maschinellem Werkzeug ermöglicht dem Heimwerker eine steigende handwerkliche Kompetenz und eine zunehmend sichere Arbeitsweise mit Power Tools. Im gewerblichen Bereich ist es möglich, dass die entwickelten Technologien bei der Aus- und Weiterbildung von Handwerksberufen zum Einsatz kommen. Damit wird der Umgang mit technischen Geräten geschult und verbessert potentiell die praktische Anwendung im Handwerk.

Projektbeitrag Selfbits

Die Beteiligung von Selfbits am Forschungsprojekt CoPoT bezieht sich auf drei zentrale Themengebiete. Als Grundlage für die Verarbeitung und Analyse der erhobenen Daten übernimmt Selfbits die Evaluation zum Aufbau einer Cloud-Infrastruktur zur zentralen Datenerfassung. Für die Bedienung des Akkuschraubers entwickelt Selfbits eine anwenderfreundliche App zur Visualisierung analysierter Daten. Des Weiteren befassen sie sich mit der Auswertung und Darstellung der Analysedaten, die bei Nutzung des Werkzeugs über Sensoren aufgenommen werden.

Um die Mensch-Maschine-Interaktion zwischen Werkzeugkoffer, Akkuschrauber und Nutzer sinnvoll zu gestalten wird durch Selfbits eine Evaluation zum Aufbau einer skalierbaren Cloud-Infrastruktur durchgeführt. Dabei gilt es kritisch zu prüfen, welche Daten direkt auf der Edge oder zentral in der Cloud verarbeitet werden sollen. Um einen reibungslosen Prozess der Datenanalyse zu erreichen wird ein Cloud Analytics Framework erarbeitet und bereitgestellt.

Die Echtzeiterfassung und -analyse von Daten erfordert eine moderne IT-Architektur mit schnellstmöglicher Aufbereitung. Bei der Nutzung maschinenbetriebener Werkzeuge werden viele verschiedene Daten in einer kurzen Zeitspanne freigesetzt. Selfbits macht sich zur Aufgabe, die Signale zu erfassen und zu analysieren, welche bei der Verwendung anfallen. Zudem soll die Vernetzung ebenfalls eine Reaktion auf gesammelte Daten ermöglichen. Das bedeutet, Informationen werden nach Verarbeitung der Daten wieder dem Werkzeug zur Verfügung gestellt. Die Signale können unterschiedlichste Nachrichten, wie beispielsweise Parametereinstellungen oder Funktionen (Bohren, Schrauben etc.) für das Werkzeug, übertragen.

Die von Selfbits entwickelte Applikation dient als Fundament der nötigen Vernetzung zwischen technischem Gerät, Werkzeugkasten und der Cloud. In entsprechender Kombination wird die Datensammlung, deren Analyse und die Mensch-Maschine-Interaktion ermöglicht.

Auf dieser Basis löst Selfbits Herausforderungen hinsichtlich der reibungslosen Datenanalyse und der anschließenden Reaktion. Der dauerhafte und schnelle Datenaustausch erfordert minimale Verarbeitungszeiten erfasster Daten. Zur Verarbeitung, Analyse und Reaktion von Echtzeitdaten konnten im Connected Power Tools Projekt unterschiedliche Ansätze des Edge Processing erfolgreich evaluiert werden.

Dezentrale Aktivitäten im lokalen Netzwerk ermöglichen hohe Geschwindigkeiten des Datenaustauschs bei gleichzeitig nachhaltigem und ressourcenschonendem Umgang mit Rechenkapazitäten. Exponentiell steigende Datenmengen beim Einsatz von IoT erfordern eine dezentrale Datenverarbeitung, damit die Kommunikation in Echtzeit gewährleistet werden kann.

Durch den Edge Processing-Ansatz können Daten dezentral vorgefiltert werden, die eine sofortige Daten- und Signalverarbeitung ermöglichen. Anschließend erfolgt die Speicherung von aufbereiteten Daten in der Cloud. Die lokale Berechnung, Aufbereitung und Analyse der Daten am Entstehungsort minimieren Reaktionszeiten und versprechen dabei maximalen Nutzen.

Der schnelle Datenaustausch soll in diesem Projekt ein positives Nutzererlebnis unterstützen und Reaktionen sowie Einstellungsmöglichkeiten der Geräte in Echtzeit gewährleisten. Die innovative Kombination aus herkömmlichem Werkzeug und moderner Technologien bringt wissenschaftliche Erkenntnisse und bereitet die Praxis auf neue Möglichkeiten vor.

Die Mitarbeit am Forschungsvorhaben „Connected Power Tools“ ermöglicht Selfbits Erfahrungen aus der Praxis in die innovative Forschung einzubringen und gleichzeitig die Erfassung von generierten Daten zu optimieren.

Um den Herzschlag einer gesamten Produktion zu messen, müssen verschiedenste Signale zur jeweiligen Zeit abhängig des Ortes erfasst und analysiert werden. Selfbits‘ Kernkompetenz ist die Datenerfassung und deren Echtzeitanalyse von zusammenhängenden Produktionsvorgängen. Diese Kompetenz entwickelt Selfbits stetig zusammen mit den Kunden aus produzierenden Industriezweigen weiter.

Projektkonsortorium Connected Power Tools

Das IPEK ist eine Forschungseinrichtung am Karlsruher Institut für Technologie, welches an der wissenschaftlichen Produktentwicklung und der Innovation mit dem Schwerpunkt auf Antriebsystemen, Mobilität und Geräten forscht.

Die Selfbits GmbH, sind ein Spin-off des KIT, das digitale Lösungen im Bereich Industrie 4.0 und IIoT für mittelständische Industrieunternehmen entwickelt. Damit bringt Selfbits Transparenz und effiziente Prozesse in die Produktion der Unternehmen.

Das FZI Forschungszentrum Informatik ist eine gemeinnützige Einrichtung für Informatik mit den Schwerpunkten Anwendungsforschung und Technologietransfer. In Zusammenarbeit mit Partnern aus Wirtschaft, Wissenschaft und Verwaltung befasst sich das FZI mit der Informationstechnologie und entwickelt praxistaugliche Innovationsimpulse.

Das wbk Institut für Produktionstechnik widmet sich der anwendungsnahen Forschung, der Lehre und Innovation im Bereich Produktionstechnik am KIT. Die Forschungsbereiche erstrecken sich hauptsächlich über drei Bereiche. Sie unterteilen sich in Fertigungs- und Werkstofftechnik, Anlagen und Prozessautomatisierung sowie ganzheitliche Produktionssysteme.

Die Tech-solute GmbH ist auf die Entwicklung von Technikinnovation spezialisiert. Als Ingenieursdienstleister bietet das Unternehmen zukunftsorientierte Strategien, Ideen und technische Lösungen an.

Zu den Leistungen der Spectra GmbH & Co. KG im Bereich der Industrie-PCs gehören die Entwicklung und Fertigung von individuellen Industrie-PC Systemen. Ebenfalls Spezialisierungen in kleinen Stückzahlen gehören in das Portfolio.

Die Festool GmbH ist ein Hersteller von Elektro- und Druckluftwerkzeugen für den Profianwender im Holzbereich. Neben Akkuschrauber, Stichsägen, Hobeln und Schleifer stellt das Unternehmen auch Fräsen und Spezialsauger her.