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Ph o t o n i s c h e Pr o d u k t i o n Sc r e e n Ed i t i o n 2 0 24 · w w w c o m p u t e r - a u t o m a t i o n d e | 11 Am Fraunhofer IPT wurde daher ein Verfahren entwickelt bei dem ein Industrieroboter genutzt wird um großflächige Bauteile mit dem Laser zu strukturieren Die systembedingten Ungenauigkeiten des Roboters werden durch einen neu entwickelten intelligenten Laserstrukturierkopf kompensiert der Positionsabweichungen automatisch erkennt und korrigiert Dieses Werkzeug verfügt über eine zweidimensionale Positioniervorrichtung mit hochpräzisen Motoren um die erforderliche Genauigkeit für Mikround Nanostrukturen zu gewährleisten Im industriellen Kontext ist der Laserstrukturierkopf lediglich eines von vielen Werkzeugen das je nach Bedarf ausgetauscht wird Zum gegenwärtigen Zeitpunkt erfolgt der Werkzeugwechsel manuell wobei das Konfigurieren der Software erheblichen Zeitund Arbeitsaufwand erfordert Dies umfasst die Gewährleistung der Kompatibilität verschiedener Steuerungssoftware die Integration der Laserkopfsteuerung in die Robotersteuerung sowie die Einrichtung zusätzlicher Schnittstellen Microservices als Basis Um die Herausforderung sowohl bei der Berechnung prozeduraler Strukturen als auch bei der Steuerung robotergestützter Laserstrukturierprozesse zu bewältigen entschied sich das Fraunhofer IPT für einen auf Microservices basierenden Ansatz Microservices werden hauptsächlich in großen Serversystemen eingesetzt um Anwendungen wie Webseiten Webdienste E-Mail-Server oder Datenbanken schnell und flexibel zu betreiben und zu orchestrieren Dabei werden die Dienste in kleinste Komponenten aufgeteilt und in separaten Containern ausgeführt was eine hohe Modularität der Dienste ermöglicht Dieser Ansatz ist für zukünftige Produktionstechnologien interessant die eine steigende Anzahl individualisierter Produkte erfordern Mit diesen geht die Notwendigkeit einher Produktionsmaschinen flexibel anzupassen und Produktionsprozesse anpassungsfähig zu gestalten Allerdings gelten in der Automatisierungstechnik strenge Anforderungen an industrielle Anwendungen sowohl hinsichtlich der Plattformen zur Datenverarbeitung als auch in Bezug auf die Kommunikation Beides erfordert echtzeitfähige ausfallsichere hochverfügbare und niedriglatente Technologien um die erforderlichen Qualitätsparameter zu erfüllen Daher wurde am Fraunhofer IPT eine auf die Anforderungen der Industrie zugeschnittene Echtzeit-Microservice-Architektur entwickelt die die Priorisierung von containerisierten Anwendungen und somit die Trennung von kritischen und nichtkritischen Workloads ermöglicht So können echtzeitkritische Anwendungen auf derselben Plattform wie nichtkritische Anwendungen betrieben werden – dies führt zu erheblicher Ressourceneffizienz da die Rechenressourcen nur dann genutzt werden wenn sie auch benötigt werden Kubernetes ist die Grundlage Grundlage für die Architektur bildet Kubernetes eine in der IT-Welt etablierte Technologie für die Orchestrierung einer Vielzahl von Anwendungen Kubernetes ermöglicht die automatisierte Bereitstellung Skalierung und Verwaltung von Containern in einer dynamischen Umgebung Damit wird die effiziente Ausführung und Koordination von Microservices und Anwendungen in einem Cluster ermöglicht Um Kubernetes im industriellen Umfeld einzusetzen sind spezifische Anpassungen mit Hinblick auf eine höhere Zuverlässigkeit und Echtzeitfähigkeit nötig Das Kubernetes-Cluster am Fraunhofer IPT wurde daher so konfiguriert dass zunächst echtzeitkritische Anwendungen von nichtkritischen Anwendungen durch CPU-Pinning und Priorisierung auf Prozessebene isoliert werden Echtzeit-Anpassung des Prozesses Die Microservicebasierte Laserstrukturierung mittels prozeduraler Strukturen eröffnet neue Möglichkeiten in der photonischen Produktion denn durch die Nutzung prozeduraler Strukturen können großflächige Mikround Nanostrukturen effizient und zur Laufzeit des Prozesses erzeugt werden Dadurch wird eine Echtzeit-Anpassung des Laserstrukturierprozesses möglich Die Entwicklung einer maßgeschneiderten Echtzeit-Microservice-Architektur basierend auf Kubernetes zeigt wie zukünftige Produktionstechnologien von flexiblen und hochverfügbaren Lösungen profitieren können ik Bilder Fraunhofer IPT Talib Sankal ist Mitarbeiter im Bereich Digitale Infrastrukturen beim Fraunhofer IPT in Aachen Holger Mescheder ist Leiter des Teams Subtraktive Fertigung im Bereich Energetische Strahlverfahren beim Fraunhofer IPT in Aachen Architektur der Microservicebasierten Laserstrukturierung mittels prozeduraler Strukturen