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Vernetzte Fabriken In Zukunft werden Maschinen verstärkt untereinander kommunizieren

Autor / Redakteur: Christian Fritz * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Smarte Maschinen sind die Grundlage neuer Fabrikgenerationen. Dazu notwendig sind modulare und erweiterbare Systeme. Mit LabVIEW und der rekonfigurierbaren I/O-Architektur RIO soll das möglich sein.

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MPDV Mikrolab GmbH
R+W Antriebselemente GmbH
Beckhoff Automation AG
National Instruments Germany GmbH
Rekonfigurierbare I/O-Architektur: Das Modell cRIO-9068 ist ein hybrider Ansatz, um mit FPGAs kommerzielle Standardplattformen zu erstellen
Rekonfigurierbare I/O-Architektur: Das Modell cRIO-9068 ist ein hybrider Ansatz, um mit FPGAs kommerzielle Standardplattformen zu erstellen
(National Instruments)

Smart Machines sind Systeme, die nicht nur sich wiederholende Aufgaben bei immer höheren Geschwindigkeiten und mit großer Präzision ausführen, sondern sich auch an veränderte Bedingungen anpassen und unabhängiger arbeiten als jemals zuvor. Das Thema gilt jedoch als umstritten: Angefangen bei der Angst, dass Arbeitsplätze, bei denen mittlere und geringe Qualifikationen benötigt werden, an Smart Machines verloren gehen und reicht bis zur Hoffnung, dass aufgrund intelligenter Fabriken wieder mehr Produktion in Industrieländer zurückgeholt wird.

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Was ein softwaredesignter Controller bietet

Der Controller NI cRIO-9068 besitzt eine neuartige Architektur, die auf der NI-LabVIEW-RIO-Technologie (rekonfigurierbare I/O) beruht. Er ist mit der Zynq-7020-All-Programmable-SoC-Technologie von Xilinx ausgestattet, die einen Dual-Core-Prozessor Cortex-A9 von ARM und einen Xilinx-7-FPGA kombiniert.

Dabei behält das Gerät uneingeschränkte Kompatibilität mit NI LabVIEW und den I/Os der Plattform NI CompactRIO bei. Zusätzlich nutzt das NI cRIO-9068 die Umgebung von NI LabVIEW, sodass Anwender von Technologien wie den neuen Linux-basierten Echtzeitbetriebssystem profitieren können.

Alle neuen Eigenschaften im Überblick:

  • Viermal schnellere Leistung als die vorherige Generationen dank des Dual-Core-Prozessors Cortex-A9 von ARM mit 667 MHz und Artix-7-FPGA von Xilinx
  • Neues, Linux-basiertes Echtzeitbetriebssystem für mehr Flexibilität bei Anwendungsentwicklungen mit LabVIEW Real-Time sowie C/C++
  • Erweiterter Betriebstemperaturbereich von -40 bis 70 °C
  • Gewohnte Programmierung mit LabVIEW, die sicherstellt, dass in neuen wie bereits existierenden Designs mit minimalem Aufwand die neue Technologie genutzt werden kann

Wie es bereits bei Generationen von Technologien zuvor der Fall war, werden Smart Machines beinahe jeden Lebensbereich beeinflussen. Sie werden die Art und Weise verändern, wie wir Güter produzieren, wie Ärzte Operationen durchführen, Logistikunternehmen die Lagerung organisieren und sogar wie zukünftige Generationen ausgebildet werden. Während Forschungsinstitute, Wirtschaftsexperten und die Medien über den Einfluss von Maschinen diskutieren, die mit IT-Technologie hervorragend ausgestattet sind, ist es die Aufgabe von Ingenieuren und Wissenschaftlern, Fertigungssysteme zu entwickeln, die einen sehr hohen Grad an Flexibilität bieten. Enorm vielseitige Maschinen machen es der Fertigungsindustrie möglich, den Hunger der Gesellschaft nach Produktvielfalt zu stillen und mit den ständig sinkenden Lebenszyklen von Konsumgütern zurecht zu kommen.

Smart Machines als Grundlage einer neuen Fabrik-Generation

Im Maschinen- und Gerätebau hat sich ein Wandel von Maschinen, die einen einzelnen Zweck erfüllen, hin zur Entwicklung universeller Maschinen vollzogen. Letztere werden den Fertigungsanforderungen von heute gerecht, zu denen unter anderem kleinere Losgrößen, kundenspezifische Produktvariationen sowie der Trend zu hochintegrierten Produkten zählen, die viele unterschiedliche Funktionen in einem Gerät bieten.

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LabVIEW 2013 – Alle Systeme: Go!

Mit der graphischen Programmierumgebung LabVIEW lässt sich Embedded-C- und HDL-Code sowie *.m-Dateiskripte und andere IP integrieren. Der Entwurf von Embedded-Systemen muss nicht bei null beginnen. Dank des IP-Integrationsknotens lassen sich die Standardbibliotheken des Xilinx-Core-Generator nutzen.

Anwendungen können auf verschiedenen Embedded-Hardware-Plattformen eingesetzt werden, die Echtzeit-CPUs, rekonfigurierbare FPGAs und über 100 I/O-Module umfassen, darunter NI Single-Board RIO und NI CompactRIO. Während der Prototypenerstellung lässt sich Hardware schnell austauschen oder rekonfigurieren und für mehrere Projekte wiederverwenden. Der finale Code kann dann auf kompakten, kostenoptimierten Zielsystemen eingesetzt werden.

In der Version NI LabVIEW 2013 liegt der Fokus auf drei Bereichen: integrierter Zugang zu neuen Technologien für verbesserte Systeme, Erweiterte Umgebung für mehr Effizienz bei der Entwicklung sowie Zugang zu einem Ecosystem von Trainings- und Partnerwerkzeugen.

Die Vorteile von LabVIEW 2013

  • Native Unterstützung der neuesten Hardwaretechnologien von Anbietern wie ARM und Xilinx, darunter das in Hochleistungssystemen verwendete All Programmable SoC Zynq von Xilinx
  • Eine höhere Zuverlässigkeit sowie eine bessere Qualität für komplexe Anwendungen werden dank Codeverwaltung, Dokumentation und Review-Werkzeugen erreicht
  • Optimierte Technologien zum Verteilen von Anwendungen für Entwickler, die professionelle Anwendungen und Installationen erstellen möchten
  • Der Einsatz neuester mobiler Plattformen wie iOS und Android. Damit lassen sich Dashboards unter anderem zur Datenauswertung erstellen, um dezentral zu überwachen und Systeme zu kontrollieren

Moderne Maschinen arbeiten heute unabhängiger als jemals zuvor und können Verarbeitungsfehler verhindern oder beheben, die durch Störungen wie veränderte Zusammensetzung bei Rohstoffen, Drift des thermischen Arbeitspunkts oder Verschleiß mechanischer Komponenten verursacht werden. Ein ausgedehntes Netzwerk von Sensoren versorgt Smart Machines mit Informationen zum Prozess, dem Maschinenzustand und ihrer Umgebung.

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Wenn Maschinen neue Fähigkeiten erwerben

So können sie Seite an Seite mit Menschen arbeiten, was die Betriebszeit verlängert und ein erhöhtes Qualitätsniveau bietet. Außerdem sind diese Systeme in der Lage, ihre Leistung mit der Zeit zu steigern und mithilfe von Datenrecherche sowie dem Einsatz von Simulationsmodulen oder anwendungsspezifischen Lernalgorithmen neue Fähigkeiten zu erwerben. Zu guter Letzt tauschen die Maschinen Informationen mit anderen Automatisierungssystemen aus und liefern Status-Updates an ein dem Prozess übergeordnetes Steuer- und Regelsystem. Es ist genau diese Zusammenarbeit zwischen Maschinen, die eine intelligente Fabrik schafft. Die komplette Fertigungsstraße passt sich den veränderten Bedingungen an. Die Arbeitslast zwischen Maschinen wird aufgeteilt und das Servicepersonal wird über Fehler informiert, bevor die Maschine versagt.

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