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Collaboration patterns for collaborative robots
Stefan Samhaber
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Informatik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Wirtschaftsinformatik
Betreuer*in
Maria Leitner
DOI
10.25365/thesis.71782
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-17738.81269.819261-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Fertigungsbranche befindet sich in stetigem Wandel, angetrieben durch eine neue Ära der industriellen Revolution, genannt Industrie 4.0. Im Zuge dieser Veränderungen ergeben sich neue Anforderungen an die Produktionslandschaft, wie z. B. stark individualisierte Produktvarianten und kundenspezifische Massenfertigung. Um diesen neuen Anforderungen gerecht zu werden, findet ein Wechsel von herkömmlichen Industrierobotern hin zu kollaborativen Robotern (``Cobots'') statt. Diese neue Generation von Robotern ist in der Lage, mit Menschen kollaborativ zu arbeiten und zielt darauf ab, die Stärken von Menschen und Robotern zu kombinieren. Smart Factories haben eine anpassungsfähige, flexible und kosteneffiziente Produktion zum Ziel. Dahinter steht eine Produktionsumgebung, in der alle Arten von Maschinen und IT-Systemen über ein gemeinsames Netzwerk Daten austauschen können. Die meisten dieser hoch spezialisierten Systeme in der Produktion sind jedoch nicht für die Interaktion mit beliebigen Systemen ausgelegt. Diese Forschungsarbeit untersucht den Bereich der Mensch-Roboter-Kollaboration, insbesondere die Kollaborationsmuster zwischen Menschen und Robotern, analysiert verschiedene Anwendungsfälle aus Industrie und Forschung und untersucht, wie diese Kollaborationsmuster in Geschäftsprozessen spezifiziert werden können. Darüber hinaus wird festgestellt, dass der Großteil der aktuellen Literatur kaum auf die Zusammenarbeit zwischen mehreren Menschen und Cobots eingeht. Es wird eine formale Definition vorgeschlagen, um diese Kollaborationsmuster in Geschäftsprozessen auf der Ebene von Aufgaben zu beschreiben. Die identifizierten Kollaborationsmuster werden als Synchronisation, Kooperation, Kollaboration und Koexistenz bezeichnet. Für jedes Muster werden formale Anforderungen spezifiziert und entsprechende Anwendungsfälle instanziiert. Für die Implementierung der kollaborativen Anwendungsfälle wird ein Testaufbau entwickelt. Dieser Aufbau kombiniert ein Workflow Management System mit Cobot-Simulationen unter Verwendung des Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) Datenaustauschstandards. Für das Design der Prozessmodelle wird BPMN (Business Process Model and Notation) verwendet. Die Fähigkeit, die implementierten Anwendungsfälle mit Geschäftsprozessen zu steuern, spiegelt die Flexibilitätsanforderungen der modernen Produktion wider. Unter Verwendung des Testsystems werden alle vier Kollaborationsmuster evaluiert und mit sieben Anwendungsfällen erfolgreich demonstriert.
Abstract
(Englisch)
The manufacturing industry is in constant change, driven by a new era of industrial revolution, Industry 4.0. Along those changes, new demands on the production environment arise, such as highly customized product variants and mass customization. To deal with these new requirements, there is a shift from conventional industrial robots to collaborative robots (``cobots''). This new generation of robots is able to work collaboratively with humans and aims to combine the strengths of humans and robots. Smart factories aim at adaptable, flexible and cost-efficient production. Behind these goals is a production environment where all sorts of machines and information systems are able to exchange data through a common network. However, most of the highly specialized systems on the shop floor are not designed to interact with arbitrary systems. This research investigates the Human-Robot Collaboration domain, more specifically collaboration patterns between humans and cobots, analyzes various use cases from industry and research, and explores how the collaboration patterns can be specified in business processes. It also identifies the lack of attention to multiple human and robotic actors in the majority of current literature. A formal definition is proposed to describe these collaborative patterns in business processes on the level of tasks. The identified collaboration patterns are called Synchronized, Cooperation, Collaboration and Coexistence. For each pattern, formal requirements are specified and appropriate use cases are instantiated. A test setup is developed for the implementation of collaborative use cases. This setup combines a Workflow Management System and cobot simulations by using the Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) data exchange standard. Business Process Model and Notation (BPMN) is used for the design of the process models. The ability to control the implemented use cases with business processes reflects the flexibility requirements of modern production. Using this setup, all four collaborative patterns are evaluated and successfully demonstrated with seven use cases.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
HRC Kollaborationsmuster Cobots Informatik
Schlagwörter
(Englisch)
HRC Collaboration Patterns Cobots Computer Science
Autor*innen
Stefan Samhaber
Haupttitel (Englisch)
Collaboration patterns for collaborative robots
Paralleltitel (Deutsch)
Kollaborationsmuster für kollaborative Roboter
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
xvii, 124 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Maria Leitner
Klassifikation
54 Informatik > 54.99 Informatik: Sonstiges
AC Nummer
AC16588867
Utheses ID
63411
Studienkennzahl
UA | 066 | 926 | |