5-2020

Stufe Merkmal

Stufe Merkmal Beschreibung 1 Einfaches technisches Produkt Zum Beispiel elektrische Ständerbohrmaschine für Werkstätten. Die wesentlichen Bedienelemente sind der Ein- und Ausschalter für die Netzspannung des internen Elektromotors sowie ein gusseisernes Handrad, um den Bohrkopf in vertikaler Richtung zu bewegen. Elektronik und Software kamen in dieser frühen Phase noch nicht zum Einsatz. 2 Smartes Produkt Durch den Einzug der Mikroelektronik hat die Bohrmaschine nun eine interne Drehzahlsteuerung und in der Gehäusefrontplatte ein Bedienpanel mit LCD. Der Benutzer kann zwischen verschiedenen Drehzahlen wählen und den Bohrwerkzeugen jeweils einen eigenen Betriebsstunden- und Bohrvorgangszähler zuweisen, um sie rechtzeitig auszutauschen. 3 Smartes, kommunikationsfähiges Produkt Die Bohrmaschine bietet inzwischen eine Ethernet-LAN- oder Funkschnittstelle für die Kommunikation mit einem PC, Smartphone oder Tablet sowie einen elektronisch gesteuerten Vertikalantrieb für den Bohrkopf. Bohrprogramme mit Werkzeug- und Drehzahlauswahl sowie definierter Vertikalbewegung können erstellt, gespeichert und ausgeführt werden. Die erfassten Betriebsdaten eines Bohrvorgangs lassen sich mit Zeitstempel und weiteren Angaben in einer Datenbank erfassen. 4 Produktsystem Die Ständerbohrmaschine ist zum systemfähigen Produkt geworden. Sie lässt sich nun in eine Fertigungslinie integrieren und von einer zentralen Anlagensteuerung hinsichtlich Werkzeugwechsel und Bohrvorgang fernsteuern. Dafür gibt es einen optionalen Feldbusadapter, der Modbus-, Profibus-, Profinet und andere industrielle Kommunikationsstandards unterstützt. Zusätzlich wird weiteres Systemzubehör, wie z. B. eine Werkstückzuführung, angeboten. 5 Systemverbund (System of Systems) Zur Bohrmaschine gehören inzwischen verschiedene weitere programmierbare Systeme, wie eine Absaugund Reinigungsvorrichtung, ein Schneidölzuführsystem zur Kühlung von Bohrloch und Werkzeug, ein Kamerasystem mit Werkstückerkennung per künstlicher Intelligenz sowie ein Cloud-basiertes CAD-System für das Bohrprozess-Engineering. Dazu existiert eine Materialdatenbank zur Optimierung von Bohrkopfdrehzahl, Bohrwerkzeugauswahl, Schneidölzufuhr usw. Zusätzlich gibt es ein Condition Monitoring für alle Baugruppen und Systeme einer Anlage, um eine präventive Wartung zu ermöglichen. Tabelle 2: Übersicht zu den einzelnen Entwicklungsstufen technischer Produkte in den vergangenen Jahrzehnten am Beispiel einer elektrischen Ständerbohrmaschine. Für die Gesamtfunktion im Systemverbund ist bereits eine übergeordnete IoT-Plattform erforderlich. Obwohl die Stufe 5 den aktuellen Stand der Technik repräsentiert (den Produkt-Service-Hybrid), erfolgt die Plattformintegration in der Regel nach wie vor per IoT-Retrofitting. Standard-Webdiensten der Amazon Cloud (siehe Tabelle 1). Mit Hilfe der Rules Engine lassen sich alle von den IoT-Geräten ankommenden Daten vorverarbeiten, speichern, analysieren und an andere Dienste weitergeben. Dafür werden Regelwerke mit einer SQL-ähnlichen Syntax aufgestellt. Trifft eine Regel zu, wird die dazu gehörende Aktion ausgeführt. Software Development Kits Als Entwicklerunterstützung stellt Amazon verschiedene Software Development Kits (SDKs) für unterschiedliche Programmiersprachen und Laufzeitumgebungen zur Verfügung. Das sind zum einen die sogenannten AWS IoT Device SDKs. Sie unterstützen die Anbindung unterschiedlicher Gerätearchitekturen an den IoT- Hub. Zusätzlich gibt es zum anderen eine Vielzahl von Anwendungs- SDKs, um in allen gängigen Sprachen eigene Applikationen für die AWS-Cloud zu entwickeln. Systemverbund erfordert Plattformintegration Das äußere Erscheinungsbild und die interne technische Realisierung nahezu aller technischer Produkte hat sich in den vergangenen Jahrzehnten deutlich verändert (siehe Tabelle 2 mit dem Beispiel einer fiktiven Ständerbohrmaschine). Dieser Trend wird sich in immer kürzeren Innovationszyklen fortsetzen und neben den technischen Eigenschaften auch die Geschäftsmodelle einbeziehen. Für den gegenwärtigen Stand der Technik (Stufe 5 in der Tabelle 2, die Ständerbohrmaschine als Produkt-Service-Hybrid) wird auf jeden Fall eine Plattformintegration der jeweiligen Produkte benötigt, um den durch Industrie-4.0-Konzepte angestrebten Systemverbund zu realisieren. Einige IoT-Plattformfunktionen können dabei direkt vor Ort, also als Edge-Anwendung, ablaufen, andere erfordern einen externen Cloudservice. Beispiel Condition- Monitoring Eine Condition-Monitoring- Lösung, die beispielsweise in einem „System of Systems“ bei ungewöhnlichen Betriebsbedingungen über frühzeitige Warnungen auf den drohenden Ausfall einzelner Bauelemente hinweist, lässt sich mit Hilfe einer IoT-Plattform sowohl lokal an der Edge als auch in der Cloud realisieren. Über geeignete Sensoren (z. B. Strom, Vibration, Geräuschentwicklung, weil jede Maschine eine spezifische Strom-, Schwingungs- und Schallcharakteristik aufweist) werden fort laufend Zustandsdaten erfasst und an die IoT-Plattform übermittelt. Dort wird per Machine-Learning-Algorithmen oder anderer statistischer Verfahren die jeweilige Bauteilbeanspruchung bestimmt und die verbleibende Restnutzungsdauer berechnet. Mit dem Ergebnis lassen sich die Instandhaltung optimieren und über Produktivitätsverbesserungen quantifizierbare Kosteneinsparungen erzielen. ◄ Bild 2: Neben der Applikationslogik besteht AWS IoT aus einem modularen IoT-Hub, der protokollseitig MQTT-, HTTP 1.1- und WebSockets-Verbindungen ermöglicht, wobei der Schwerpunkt eindeutig bei MQTT liegt. In Bezug auf die Sicherheit wird erwartet, dass die Geräte TLS 1.2 mit gegenseitiger Authentifizierung unterstützen und mit einem X.509-Zertifikat plus einem privaten Schlüssel ausgestattet sind. 14 PC & Industrie 5/2020

Qualitätssicherung 100 %-Prüfung in der Produktion verbessert die Prozessqualität Automatisierte Oberflächenprüfung mit Advanced Vision Control – Advic minimiert Ausschussrate Bild 1: Einrichtung einer Anlage Die automatisierte Prüfung von Stanz- und Feinschneidteilen aus Blech ist das Einsatzgebiet von Advanced Vision Control-System, Advic. Gerade in der Herstellung von Teilen wie Flanschen, Getriebelamellen etc. sind höchste Präzision und absolute Qualität bei gleichzeitig hohen Stückzahlen und kürzesten Taktzeiten erforderlich. Eine weitere Herausforderung sind Faktoren wie Variantenvielfalt, Schichtbetrieb und nicht zuletzt der Wettbewerbsdruck. Advic klassifiziert automatisch fehlerhafte Stanzteile und legt diese sicher in separaten Kästen ab. Dabei wird die Ausschleusung der defekten Teile überwacht und es können Rückschlüsse auf den vorgelagerten Produktionsprozess gebildet werden. sive und fehleranfällige manuelle Qualitätsprüfung von Stanzteilen. Dabei werden in der Geometrieprüfung typischerweise Genauigkeiten von 1/100 mm erreicht. Innovative Lösungen Auf der Automatica 2020 stellt Automation W+R GmbH dieses Jahr innovative Lösungen zur 3D-Oberflächenprüfung vor. Im Gegensatz zu zweidimensionaler, auf fotografischen Prinzipien beruhender Oberflächenprüfung beeinträchtigen hierbei die häufig auftretenden Verschmutzungen der rohen Teile nicht das Prüfergebnis. Außerdem liefert das laserbasierte 3D-Verfahren exakte Abmessungen der Fehler stellen, sowohl lateral als auch in der Tiefe, die die Ableitung wertvoller Daten und damit eine kontinuierliche und nachhaltige Verbesserung des Prozesses ermöglichen. Zuverlässig und preisgünstig Durch automatisierte Prüfung können 100 % der produzierten Teile zuverlässig und kostengünstig geprüft werden. Dies schafft echte Wettbewerbsvorteile in einem Klima ständig steigender Qualitätsanforderungen. Die Grundlage ist die optimale Integration von Hardware (optische, elektronische und mechanische Sensoren) und Software. Durch das optimale Zusammenspiel von u. a. Konstruktion, Bildverarbeitung, Software und Elektrotechnik können die automatisierten Anlagen von Automation W+R an die individuellen Kundenwünsche und Produkte flexibel angepasst werden.. ◄ Einfache Bedienung Automation W+R GmbH info@automationwr.de www.automationwr.de Daneben ist die Bedienung der Prüfanlage höchst anwenderfreundlich. Die Umrüstung bei Typenwechsel ist vollautomatisch innerhalb weniger Sekunden per Tasteneingabe durchführbar. Prüf- und Grenzwerte für Oberflächenfehler, Geometrie und Ebenheit der Stanzteile können individuell angegeben und geändert werden. Farbunterschiede zwischen den Chargen gleicht Advic selbstständig aus. Es ersetzt die aufwändige, zeitinten- Bild 2: Beispiel einer Anlage PC & Industrie 5/2020 15