Projektüberblick
Im Projekt „Cube 4.0“ wurde ein bestehendes Werkstück (Cube 3.0) der Industrie-4.0-Simulationsumgebung des Lehrstuhls für Wirtschaftsinformatik, Prozesse und Systeme (LSWI) systematisch analysiert und weiterentwickelt.
Ziel war es, mithilfe des Design Thinking Ansatzes ein bedürfnisorientiertes, technisch leistungsfähigeres und modulareres Werkstück zu konzipieren und als funktionsfähigen Prototyp umzusetzen.
Im Fokus standen insbesondere:
- Verbesserung von Rechen- und Akkuleistung
- Reduktion von Gewicht und Größe
- Modularität und Skalierbarkeit
- Verbesserte Bedienbarkeit und Kommunikation
- Vorbereitung für Tracking- und AR/VR-Szenarien
Ausgangslage: Cube 3.0
Der Cube 3.0 diente als zentrales Werkstück zur hybriden Simulation von Industrie-4.0-Prozessen im ZIP. Er kombinierte:
- physische Bewegung auf einer Industriestraße
- digitale Prozessdarstellung über mehrere Displays
- Datenaufzeichnung und Interaktionsmöglichkeiten
Trotz mehrerer Entwicklungszyklen zeigten sich strukturelle Schwächen:
- hohes Gewicht (~8 kg)
- großes Gehäusevolumen
- begrenzte Akkuleistung
- eingeschränkte Modularität
- fehlende Tracking-Funktion
- begrenzte Interaktions- und Kommunikationsmöglichkeiten
Diese Schwachstellen bildeten den Ausgangspunkt der Weiterentwicklung.
Vorgehen & Methodik
Die Entwicklung erfolgte entlang der fünf Phasen des Design Thinking Prozesses:
1. Empathize
- Analyse des Ist-Zustands
- Literaturrecherche zu Industrie 4.0 und Design Thinking
- Definition relevanter Personas
2. Define
- Workshops mit technischen Betreibern, Forschenden und weiteren Stakeholdern
- Identifikation und Priorisierung von „Must-Have“- und „Nice-to-Have“-Anforderungen
3. Ideate
- Entwicklung mehrerer Konzeptvarianten (Display-Cube, Upgrade-Cube, Mini-Cube)
- Bewertung hinsichtlich Machbarkeit und Nutzen
4. Prototype
- Auswahl geeigneter Hardware-Komponenten
- 3D-Design und 3D-Druck des Gehäuses
- Integration von Raspberry Pi, Displays, Lautsprecher, Mikrofon und Akkus
5. Test
- Funktionstests des Alpha-Prototyps
- Dokumentation technischer Herausforderungen
- Ableitung von Optimierungspotenzialen
Lösungskonzept: Mini-Cube 4.0
Das finale Konzept fokussierte sich auf die Umsetzung eines Mini-Cube 4.0 als modularen Alpha-Prototyp.
Zentrale Merkmale:
- Raspberry Pi 4 (8 GB RAM)
- Bis zu drei Touch-Displays
- Zwei Lithium-Polymer-Akkus
- Integrierter Lautsprecher und Mikrofon
- LED-Statusanzeige
- 3D-gedrucktes, symmetrisches Gehäuse (PLA)
- Vorbereitung für RFID/UWB-Tracking
Ergebnisse
Im Vergleich zum Cube 3.0 konnte der Mini-Cube 4.0 signifikante Verbesserungen erzielen:
- 85 % Gewichtsreduktion
- Über 80 % geringeres Volumen
- Verbesserte Performance
- Modularer Aufbau
- Netzwerkbasierte Fernsteuerung
- Erweiterte Kommunikationsmöglichkeiten
Der Cube ist sowohl lokal per Touchdisplay als auch remote über ein Netzwerk steuerbar und erlaubt damit flexible Einsatzszenarien in Forschung und Lehre.
Mehrwert & Transfer
Das Projekt zeigt exemplarisch, wie:
- Design Thinking im technischen Umfeld angewendet werden kann
- nutzerzentrierte Produktentwicklung in Forschungsinfrastrukturen gelingt
- Industrie-4.0-Konzepte praktisch erprobt werden
- interdisziplinäre Teams funktionale Prototypen realisieren
Der entwickelte Mini-Cube bildet die Grundlage für weitere Iterationen, etwa:
- Integration von RFID/UWB-Tracking
- AR-/VR-Einbindung
- modulare Montage-Szenarien mit mehreren Cubes
- softwareseitige Erweiterungen für Simulationssteuerung
Damit leistet das Projekt einen konkreten Beitrag zur Weiterentwicklung experimenteller Industrie-4.0-Umgebungen.