KI-gestützte 3D-Arbeitsraumüberwachung für sichere und effiziente Produktion.
Herausforderung: Starre Sicherheitskonzepte
Mit der zunehmenden Automatisierung industrieller Prozesse wächst auch der Bedarf an flexiblen Sicherheitskonzepten für die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine in geteilten Arbeitsräumen. Klassische Lösungen mit festen Schutzzäunen stoßen dabei zunehmend an ihre Grenzen: Sie unterbrechen Produktionsabläufe oft auch dann, wenn keine reale Gefahr besteht. Forschende des Fraunhofer IFF arbeiten daher an intelligenten Sicherheitslösungen, die Anlagenbetrieb und Personenschutz dynamisch miteinander verbinden.
Pilotprojekt in der Industrie
Im Rahmen eines Pilotprojekts wurden gemeinsam mit einem Industriepartner zwei Demonstrationsanlagen bei einem deutschen Automobilhersteller aufgebaut. Die Anlagen dienen der automatisierten Kommissionierung von Großbauteilen und arbeiten ohne klassische Schutzzaunsysteme. Stattdessen kommt eine KI-basierte 3D-Arbeitsraumanalyse zum Einsatz, die den gesamten Arbeitsbereich kontinuierlich überwacht und sicherheitsrelevante Situationen in Echtzeit bewertet. Die erste Pilotanlage befindet sich bereits seit Mitte 2024 im produktiven Betrieb, eine zweite Anlage wurde im Laufe des Jahres ebenfalls erfolgreich in Betrieb genommen.
Technologie: KI-basierte 3D-Analyse
Grundlage des Systems sind hochauflösende 3D-Messdaten, die von mehreren LiDAR oder Time-of-Flight Kameras erfasst werden. Auf dieser Basis analysiert eine vom Fraunhofer IFF entwickelte KI die Situation im Arbeitsraum in Echtzeit. Die Algorithmen erkennen zuverlässig Personen, unterscheiden sie von Maschinen oder Materialflüssen und bewerten deren Bewegungen kontextsensitiv. Dabei werden definierte Schutz- und Warnbereiche überwacht. Sobald eine Person einen sicherheitskritischen Bereich betritt, wird automatisch eine entsprechende Reaktion ausgelöst, beispielsweise ein Anlagenstopp. Gleichzeitig kann die Anlage weiterarbeiten, wenn etwa automatisierte Transportfahrzeuge oder Materiallieferungen den Bereich passieren.
- Stopp bei Gefahr
- Weiterbetrieb bei unkritischen Situationen
Systemvorteile
Ein entscheidender Vorteil des Systems liegt in der präzisen und latenzarmen Datenverarbeitung. Von der sensornahen Vorverarbeitung bis zur KI-basierten Objekterkennung wird die gesamte Verarbeitungskette so gestaltet, dass die in der industriellen Produktion erforderlichen Reaktionszeiten zuverlässig eingehalten werden. Dadurch entsteht ein Sicherheitskonzept, das nicht nur Schutz bietet, sondern gleichzeitig eine höhere Flexibilität im Anlagenbetrieb ermöglicht.
Die Ergebnisse der Pilotanlagen zeigen das Potenzial dieses Ansatzes deutlich: Durch die intelligente Bewertung von Situationen und die Vermeidung unnötiger Anlagenstopps konnte im getesteten Szenario eine Effizienzsteigerung von mehr als 20 Prozent erreicht werden. Gleichzeitig eröffnet die Nutzung der 3D-Messdaten weitere Anwendungsmöglichkeiten, etwa für zusätzliche Analysen von Logistikprozessen, Materialflüssen oder Ladungsträgern.
Mit diesen Arbeiten demonstriert das Fraunhofer IFF, wie künstliche Intelligenz und moderne Sensorsysteme neue Sicherheitskonzepte für die Industrie ermöglichen. Intelligente Arbeitsraumanalyse ermöglicht sichere, gleichzeitig genutzte Arbeitsräume von Mensch und Maschine – und unterstützt Unternehmen dabei, Automatisierung und Flexibilität in der Produktion weiter auszubauen.
