Statusbericht So fordert Industrie 4.0 den Maschinen- und Anlagenbau heraus

Anbieter zum Thema

ANCA Europe GmbH

item Industrietechnik GmbH

Nordson (Schweiz) AG - EFD Dosiertechnik

Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

Schön, wenn eine Maschine von sich aus sagt, wie es um sie bestellt ist. Aber bevor sie das kann, muss ihr Hersteller auch dafür sorgen, dass das klappt. Hier ein kleiner Einblick, wie das geht.

Auch wenn das zentrale Anliegen von Industrie 4.0 die Vernetzung von Industrieanlagen ist, so bleibt die einzelne Maschine dennoch ein zentraler Ansatzpunkt für Optimierungsmöglichkeiten, sagen die Experten des Fraunhofer-IPK. Denn Vernetzung erfordere Schnittstellen, die zunächst in eine individuelle Anlage zu implementieren seien. Vor welchen Herausforderungen Maschinenbauer bei der Entwicklung „intelligenter“ mechatronischer Anlagentechnik stehen, hat das Fraunhofer IPK mit Experten im Rahmen eines Trendreports diskutiert.

Vernetzte Prozesse fussen auf Daten aus einzelnen Anlagen

Maschinen, egal, ob Werkzeugmaschine oder Roboter, erhalten immer mehr Digitalfunktionen. Und mithilfe elektrischer Antriebstechnik werden sie flexibler und können zum Beispiel schneller umgerüstet werden. Die Integration von Elektronik ermöglicht es auch, den Zustand und das Verhalten von Anlagen kontinuierlich zu überwachen und die Ergebnisse als digitalen Anlagenzwillingen abzubilden. So können Produktions- und Umgebungseinflüsse erkannt und korrigiert sowie Anpassungen vorab simuliert werden, heisst es weiter. Damit liessen sich Prozesse effizienter einstellen als jemals zuvor. Auch kann frühzeitig eingegriffen werden, wenn ein Prozess „unrund“ läuft oder ein Maschinenschaden droht, so die IPK-Experten.

Bei der Digitalisierung geht nichts ohne Sensoren

Die Basis bilden in die Anlagen integrierte Sensoren und Netzwerktechnik. Diese Komponenten würden vor allem im Vergleich zur Mechanik immer günstiger. Der Benefit bestehe in der exakten Überwachung von Parametern, wie Temperaturen, Vibrationsverhalten und Energieverbrauch von Maschinen und Anlagen. Algorithmen des Maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz (KI) können aus solchen Daten zum Beispiel lernen, wie der „Normalzustand“ einer Maschine aussieht. Passt was nicht, warnen die Systeme, bevor Schlimmeres passiert. So können im Sinne einer smarten und vorausschauenden Instandhaltung Wartungen (Predictive Maintenance) vorgenommen werden, bevor eine Maschine das Zeitliche segnet. Neue Wartungsmöglichkeiten könnten so entwickelt werden.

Doch auch die Einrichtung und das optimale „Fahren“ von Bearbeitungsprozessen profitierten massiv von „intelligenter“ Datenanalyse auf Basis von Sensorik. Knappe oder teure Ressourcen wie Energie können so sparsamer und effizienter eingesetzt werden als bisher. Und noch ein Aspekt spiele eine Rolle: Wenn Maschinen ihre Prozesse mit KI ein Stück weit autonom optimieren können, wird eine hohe Qualität prozesssicherer erreichbar. Auch kann bestehendes Know-how einfach und sicher an verschiedene Standorte transferiert werden, wenn es als automatisierter Ablauf in einer Anlage gekapselt ist.

Maschinenbauer fordern lange Verfügbarkeit von Elektronik

Die Voraussetzung für gut digitalisierte Maschinen und Anlagen ist eine sorgfältige Auswahl der elektronischen Komponenten. Denn für den Maschinenbau sei es ein Problem, dass die Entwicklungszyklen im Elektronikbereich immer kürzer würden. Viele elektronische Geräte werden nämlich mit Blick auf Massenmärkte entwickelt, die schnelle Systemwechsel im Interesse immer grösserer Leistung und Kapazität wünschen. Der Maschinenbau braucht aber langfristig brauchbare Elektronik. Manche Unternehmen haben inzwischen sogar Schwierigkeiten, Komponenten zu finden, die auch nur fünf Jahre verfügbar sind. Die Gefahr, dass eine teure Werkzeugmaschine stillsteht, weil ein 3-Euro-Sensor ausfällt oder eine Steuerungssoftware nicht mehr aktualisiert werden kann, ist deshalb sehr real.

Daraus folgen immense Anforderungen an die Flexibilität der Software und der Entwicklung. „Das Ziel muss aus Sicht der Anlagenhersteller deshalb sein, eine gute Balance zu finden zwischen dem Mehrwert, den man durch Digitalisierung erreicht und dem damit einhergehenden Aufwand“, kommentiert Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger, Leiter des Geschäftsfelds Automatisierungstechnik am Fraunhofer IPK. Vor diesem Hintergrund ist es denkbar, elektronische Komponenten in Maschinen austauschbar zu halten. Auch Retrofit sei mit Blick auf das Problem eine gangbare Option.

Innovative Regelungsprozesse machen Roboter universeller

Wenn es darum geht, Fertigungsumgebungen so einzurichten, dass man sie jederzeit flexibel an neue Aufgaben anpassen kann, wird auch Anlagentechnik jenseits der klassischen Werkzeugmaschine interessant, so die Forscher. Roboter haben in den letzten Jahren viel „dazugelernt“. Moderne Kraftregelung und neue Möglichkeiten zur Mensch-Roboter-Kooperation (Stichwort Cobots) machen sie zu universell und sogar mobil einsetzbaren Bearbeitungs- und Montagemaschinen. Besonders flexibel würden Roboter, wenn Menschen sicher auf engem Raum mit ihnen zusammenarbeiten könnten. Dann muss die Bahnführung nicht bis zum letzten Millimeter programmiert werden. Der Mensch kann den Roboter dann nämlich manuell feinjustieren, was auch mithilfe neuer Konzepte zur Programmierung klappt, die etwa auf Basis von Gesten funktionieren. Die Weiterentwicklung der „intelligenten“ Mensch-Roboter-Interaktion wird die Zukunft prägen und dabei den Menschen und dessen Stärken in den Mittelpunkt stellen, prognostiziert Krüger abschliessend.

Dieser Beitrag ist zuerst auf unserem Partnerportal industry-of-things.de erschienen.

(ID:49663429)