Eine Falzmaschine faltet in Druckereien Broschüren, Prospekte, Landkarten und vieles mehr – mehrere Zehntausend Exemplare pro Stunde. Je nach Maschinentyp und Auftrag kann das Umrüsten sehr viele verschiedene Einstellungen nötig machen, die entweder direkt an der Falzmaschine vorgenommen oder über das sogenannte Human Machine Interface (HMI), die Mensch-Maschine-Schnittstelle, angesteuert werden. Ein erfahrener Buchbinder schafft das zwar in 15 bis 20 Minuten, doch das ist ein vom Aussterben bedrohter Berufsstand. Bundesweit zählte der Zentralverband des Deutschen Handwerks im Jahr 2022 noch 1.646 Buchbinder.
In deutschen Druckereien stehen daher inzwischen oft Quereinsteiger an den Maschinen. „Solange ein Auftrag abgearbeitet wird, ist das kein Problem. Aber sobald es ans Umrüsten geht, sind sie oft auf die Hilfe von Fachkräften oder erfahreneren Kollegen angewiesen“, sagt Raphael Hägle vom Forschungsteam Intelligente Fertigungsprozesse und Interaktionssysteme am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. „Während der Umrüster die Falzmaschine neu einstellt, hat der Maschinenbediener Leerlauf. Dabei könnte er die Maschine auch selbst umrüsten, wenn das Bedienkonzept der Maschine so gestaltet wäre, dass es ihn dabei Schritt für Schritt anleitet.
Individuelle Schritt-für-Schritt-Anleitung mit Pfeilen und Zeichnungen
Dies hat Hägle nun in Zusammenarbeit mit der Firma MBO Postpress Solutions am Beispiel einer Falzmaschine getan. Dafür hat der Wissenschaftler zunächst Nutzerrollen festgelegt. Damit soll sichergestellt werden, dass alle Beschäftigten, die an der Falzmaschine arbeiten, auf dem neu gestalteten Display immer nur genau diejenigen Einstellungsmöglichkeiten angezeigt bekommen, die sie für die Erfüllung ihrer Aufgabe auch wirklich brauchen. In der industriellen Bildverarbeitung stellen PC-basierte Systeme oft eine technische Hürde dar. Die Trennung von Bildaufnahme und Datenverarbeitung führt häufig zu Latenzen, erhöhtem Platzbedarf und einem komplexen Wartungsaufwand. Besonders in schnellen Produktionslinien erschwert die Synchronisation zwischen Sensor und externem Rechner eine stabile Prozesskontrolle. ‣ weiterlesen
Präzise 2D-Inspektion mit nativer Edge-Intelligenz
Anschließend hat der Forscher die Arbeitsabläufe aller Nutzerrollen analysiert. Dafür hat er erfahrene Buchbinder gebeten, eine Eye-Tracking-Brille zu tragen, während sie an der Falzmaschine arbeiteten. Eine solche Brille erfasst, worauf der Blick ihres Trägers oder ihrer Trägerin fällt und wie lange er dort verweilt. Mithilfe dieser Aufzeichnungen hat Hägle dann alle Arbeitsabläufe in Teilaufgaben und Einzelschritte aufgeteilt. „Das Umrüsten der Maschine umfasst beispielsweise 46 Teilaufgaben, die sich aus 130 Einzelschritten zusammensetzen“, sagt Hägle.
Für jeden Arbeitsablauf hat der Wissenschaftler so eine Schritt-für-Schritt-Anleitung abgeleitet. Diese dient als Grundlage für die automatische Erstellung der grafischen Inhalte auf dem Display der Falzmaschine. Mit Pfeilen und schematischen Zeichnungen zeigt sie dem Maschinenbediener, wo die einzelnen Einstellungen vorzunehmen sind. Um das Display dementsprechend überarbeiten zu können, hat die Firma MBO Postpress Solutions Hägle Zugriff auf den Quellcode gewährt.
HMI-Konfiguration in wenigen Minuten
Kompliziert, zeitintensiv und dementsprechend teuer war bisher auch die Konfiguration eines Falzmaschinen-HMI, bevor die Maschine an den Käufer ausgeliefert wurde. Je nach Ausführung zeigt schließlich jede Falzmaschine nur diejenigen Einstellungsmöglichkeiten auf dem Display an, die sie auch wirklich zu bieten hat. „Mehr als acht Stunden konnte die Konfiguration in Anspruch nehmen“, so Hägle. Um auch diesen Prozess zu beschleunigen, hat der Wissenschaftler ihn zunächst in Teilaufgaben und Einzelschritte unterteilt und dann eine Software entwickelt, die die Bedienlogik der gesamten Maschine abbildet. Im Ergebnis kann die Falzmaschine nun innerhalb weniger Minuten am Computer konfiguriert werden und das HMI wird automatisch erstellt. Mit dem Einsatz künstlicher Intelligenz sieht Hägle weiteres Potenzial: „Künftig könnte generative künstliche Intelligenz dabei helfen, die HMI-Entwicklung weiter zu vereinfachen oder die Aufzeichnungen der Eye-Tracking-Brille auszuwerten“, sagt er. Laut Hägle lässt sich die zugrunde liegende Methodik auch auf alle anderen Maschinen übertragen.
