In Zukunft werden Maschinen verstärkt untereinander kommunizieren

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Wie sich Maschinen intelligent entwickeln lassen

Um die nächste Maschine intelligenter zu bauen und Fertigungsanforderungen gerecht zu werden, ist es notwendig, hochmodulare, erweiterbare Systeme zu entwerfen, sodass kundenspezifische Anforderungen erfüllt werden können. Zu modularen Systemen gehören Maschinen, die vor Ort an verschiedene Fertigungsprozesse und Produktvariationen angepasst werden können – mitunter ist dafür nicht einmal eine Interaktion des Bedieners erforderlich. Diese Vorgehensweise lässt sich zur Entwicklung wiederverwendbarer Komponenten einsetzen, die in eine Vielzahl von Maschinen implementiert werden können. Damit lassen sich kommerziell verfügbare Teilkomponenten einfacher integrieren. Gleichzeitig wird die Art, wie OEMs das Systemdesign durchführen, sehr stark verändert.

Die Modularität muss sich in der Architektur des Steuer- und Regelsystems widerspiegeln. Anstatt ein herkömmliches monolithisches System einzusetzen, basieren moderne Maschinen auf einem Netzwerk von Steuer- und Regelsystemen, die durch eine geeignete Kommunikationsstruktur miteinander vernetzt sind. Diese Infrastruktur kann zeitkritische Daten wie auch solche mit niedrigerer Priorität verarbeiten und Statusinformationen an das Überwachungssystem liefern. Um die größere Komplexität verteilter Embedded-Systeme zu handhaben, bedienen sich Maschinenbauingenieure eines softwarezentrischen Entwicklungsansatzes.

Untersützt werden beispielsweise Maschinenbauingenieure durch die grafische Programmierumgebung NI LabVIEW, um die zunehmende Systemkomplexität zu meistern. Eine zentrale Entwicklungsumgebung integriert Motorsteuerung, industrielle Bildverarbeitung sowie Modelle für Regelstrecken in einer Werkzeugkette. Außerdem werden noch Bibliotheken für die Zustandsüberwachung, eine Anbindung an verschiedene I/O und eine Vielzahl von Kommunikationsprotokollen zur Verfügung gestellt. Damit lässt sich der Entwicklungsprozess für den Anwender durch LabVIEW vereinfachen.

NI LabVIEW und der hybride Entwicklungs-Ansatz

Problematisch kann jeodch die Auswahl der passenden Hardware für Maschinensteuerungssysteme sein. Häufig muss das System Engineering einer Firma die Benutzerfreundlichkeit und das Risiko von Blackbox-Lösungen gegen die Leistung und die Preisvorteile eines maßgeschneiderten Embedded-Systems abwägen. Werden diese Faktoren berücksichtigt, lassen sich Differenzierungsmerkmale erstellen. Diese Merkmale entscheiden letztlich darüber, ob die Maschine auf dem Markt erfolgreich angenommen wird oder nicht. Nachdem benutzerdefinierte Lösungen Entwicklungsteams normalerweise aus ihrer Komfortzone holen, halten sich Teams gerne an traditionelle Lösungen, obwohl sie wissen, dass dies ihre Fähigkeit zur nachträglichen Ausstattung der Maschinen mit weiten, neuartigen Funktionen einschränkt.

Die rekonfigurierbare I/O-Architektur (RIO) von NI LabVIEW bietet einen hybriden Ansatz: eine vollständig anpassbare, kommerzielle Standardplattform mit programmierbaren FPGAs, die Zugang zu bestehenden I/O-Modulen von National Instruments sowie Drittanbietern ermöglichen. Aufgrund der Eigenschaften und IP des LabVIEW-FPGA-Moduls können sich die Maschinenbauingenieure auf ihre wesentliche Arbeit konzentrieren: die Entwicklung und Optimierung ihrer benutzerdefinierten Algorithmen. Sie sind auch nicht mehr auf Drittanbieter angewiesen, die sich mit der Entwicklung weiterer anwendungsspezifischer Blackbox-Embedded-Lösungen beschäftigen. Benutzerdefinierte I/O-Frontends und Platinenversionen, die auf derselben Architektur basieren, bieten ein zusätzliches Maß an Flexibilität. Um einen Vorsprung zu verschaffen, bietet National Instruments einen ausführlichen Leitfaden zur Entwicklung von Smart Machines. Der Leitfaden unterstützt Anwender dabei, intelligente Systeme für eine smarte Fabrik zu entwickeln und kann ihnen somit einen Vorsprung zur Konkurrenz verschaffen. Zu den behandelten Themen zählen gängige Architekturen für verteilte Maschinensteuerungssysteme, die Integration von Bildverarbeitung und Motorsteuerung und anspruchsvolle Strategien für Steuer- und Regelsysteme sowie Kundenbeispiele. Den Leitfraden gibt es kostenlos.

* Christian Fritz ist Embedded Systems Senior Product Marketing Manager bei National Instruments in Austin, Texas.

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