Industrie 4.0
Wir sind gerüstet: Unser Verständnis der Produktion der
Individualität und Flexibilität spielen bei produzierenden Unternehmen eine immer größer werdende Rolle. Sie sehen sich von Jahr zu Jahr mehr dazu gezwungen, innerhalb kürzester Zeit neue Produktionsformate fertigen zu können und sich flexibel und schnell auf geänderte Kundenwünsche einzustellen. Dabei ist die Umrüstzeit der Produktion von einem Produktformat auf das andere ein entscheidender Faktor, um wettbewerbsfähig zu sein.
Ein zentraler Aspekt von Industrie 4.0 besteht darin, Maschinen, Betriebsmittel, Werkzeuge, Lagersysteme und die entstehenden Produkte miteinander zu vernetzen, um trotz hoher Flexibilität alle Abläufe reibungslos zu gestalten.
Diese Vernetzung der Fertigungsteilnehmer über die Informationstechnologie wird auch als das Internet der Dinge beschrieben. Eine vernetzte Fabrik erhält die Bezeichnung Smart Factory. Alle materiellen Fertigungsteilnehmer existieren dabei nicht nur in der realen Fertigungswelt, sondern auch in einem virtuellen Abbild, das die reale Welt im Internet der Dinge spiegelt und um weitere Informationen ergänzt.
Jeder Fertigungsteilnehmer, der über ein virtuelles Abbild verfügt und zur Interaktion mit anderen Fertigungsteilnehmern vernetzt werden kann, wird cyber-physisches System (CPS) genannt. Es repräsentiert die Einheit von Realität und virtuellem Abbild und ist die Weiterentwicklung der Mechatronik zu einem symbiotischen Systemansatz basierend auf der informationstechnischen Vernetzung aller Komponenten.
Die sich selbst umrüstende Maschine
Unsere Positioniersysteme zur Formatverstellung in der Maschine von morgen
Im Idealfall können die Maschinen der Zukunft eine Kombination aus cyber-physischen Subsystemen sein. Die Antriebe zur Formatverstellung verfügen mit ihren Sensoren (absolute Encoder zur Positionsbestimmung) und Aktoren (Getriebe, Motor, Motorsteuerung) zur Bewegung der Positionierobjekte über alle Komponenten, um gemeinsam mit der dezentralen Intelligenz an Bord (Embedded System) ein eigenständiges cyber-physisches System (CPS) darzustellen.
Der cyber-physische Antrieb kann natürlich auf klassische Weise in die Maschinenabläufe eingebunden werden: Es fährt nach Vorgabe der nächsten Soll-Position (durch die Maschinensteuerung) selbsttätig an die neue Position und minimiert dabei eigenständig den sogenannten „Schleppfehler“ (Abweichung von der vorgesehenen Position während des Fahrprozesses).
Bei zu großem Schleppfehler wird dabei durch die Positioniersysteme selbst situativ unterschieden, ob es sich um eine „Blockfahrt“ handelt und gebremst werden soll oder ob aufgrund einer detektierten Verschmutzung und Schwergängigkeit eine Beschleunigung der Positionierbewegung erfolgen muss, um die Verschmutzung zu überwinden.
Die Positionieraufgabe wird auf diese Weise optimal ausgeführt – angefordert wird sie jedoch von der Maschinensteuerung. Diese sollte sich im Sinne der Industrie 4.0 in Zukunft stattdessen darauf konzentrieren, die Rolle der Maschine als CPS optimal zu unterstützen, indem sie mit den innerbetrieblichen Transportsystemen, den benachbarten Maschinen und dem Teilezulieferer Kontakt aufnimmt.
Ausblick auf die Umrüstung von morgen
Das Positioniersystem kann als cyber-physischer Antrieb alternativ auch unter Durchbrechung der hierarchischen Strukturen der Maschinensteuerung eingebunden werden. Anstatt sich ausschließlich vertikal mit der Maschinensteuerung auszutauschen, tritt cyber-physische Antrieb in direkten Austausch mit dezentralen Komponenten. Beispielsweise kann in einer Verpackungsstraße ein optischer Sensor detektieren, dass aufgrund eines neuen Produktformats auf eine andere Verpackungsgröße umzustellen ist.
Der Sensor gibt direkt dezentral den Positioniersystemen die neuen Soll-Positionen vor, woraufhin diese das Führungsgeländer, die Verpackungswerkzeuge und gegebenenfalls die Inspektionskamera an die neue Position fahren. Der übergeordneten Maschinensteuerung und auch dem bedienenden Menschen an seinem Panel werden dabei kontinuierlich die Ist-Positionen mitgeteilt, begleitet von Meldungen, die eine präventive Instandhaltung ermöglichen.
Die Fähigkeit, das Umrüsten zu beherrschen, wird in den nächsten Jahren ein entscheidender Faktor sein, der über die Wettbewerbsfähigkeit des Maschinenbauers entscheidet.
Was gestern meist nur die großen Konzerne der Branche bewegte, rückt heute mit Nachdruck in den Fokus auch des mittelständischen Maschinenbaus. So hat die Zukunft der CPS nicht nur maschinenseitig, sondern auch komponentenseitig längst begonnen.
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