Weidmüller + Uni Paderborn und Bielefeld + Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie Auf dem Weg zur Industrie 4.0: Stanz-Biege-Maschine kann sich selbst korrigieren

„Industrie 4.0“ heißt das Zauberwort, das eine komplette Neuausrichtung des Industrie-Sektors bezeichnet und als Paradigmenwechsel zu verstehen ist, der die Automatisierungsstrukturen in Unternehmen neu definiert. Ein auf drei Jahre ausgelegtes neues Projekt läuft bis Juni 2015 und markiert einen großen Schritt in diese Richtung.

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In dieser „vierten industriellen Revolution“ organisiert sich die Fabrik selbst. Produkte regeln ihren eigenen Produktionsprozess, Rohlinge schicken über Funk ihren Fertigungsplan an die Fabrikanlage, Werkstücke werden zu aktiven Steuerungskomponenten in der Fabrik der Zukunft. Aus starren, unflexiblen Fertigungsanlagen werden modulare, effiziente und ressourcenschonende „smarte Fabriken.

Als Partner der Industrial Connectivity denkt Weidmüller bereits einzelne Komponenten weiter, entwickelt auf Augenhöhe mit führenden Industrie- und Forschungspartnern aber auch komplette Produktionsanlagen für die Fabrik der Zukunft, um die Vision Industrie 4.0 Realität werden zu lassen.

Stanz-Biege-Maschine optimiert sich selbst

Ein Beispiel ist eine von der Firma Weidmüller in Kooperation mit den Universitäten Paderborn und Bielefeld sowie dem Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie in Paderborn entwickelte Lösung für die Selbstoptimierung von Stanz-Biege-Maschinen, mit der Unregelmäßigkeiten im Produktionsprozess eigenständig korrigiert werden sollen.

Das Ziel: eine ressourcensparende Produktion durch minimale Materialverluste, die mit einer Steigerung der Qualität durch optimale Prozessparameter einhergeht. Die Selbstoptimierung ermöglicht darüber hinaus die Realisation völlig neuer Produktinnovationen im Bereich der miniaturisierten Anschlusstechnik. Das auf drei Jahre ausgelegte Projekt läuft bis Juni 2015 und es markiert einen großen Schritt Richtung „Industrie 4.0“.

Werkzeuge passen sich selbstständig an

Wesentliche Basis der selbstkorrigierenden Fertigung sind eine hochpräzise Messtechnik sowie die intelligente Vernetzung der Maschinen untereinander.

Ein Messsystem innerhalb der Stanz-Biege-Maschine erfasst die Kennwerte der produzierten Teile und gibt Informationen über den Output der Maschinen an eine intelligente Steuerung weiter: die Selbstoptimierung. Diese sorgt dafür, dass die Stanz-Biege-Maschine auf die Abweichungen reagiert. Werkzeuge passen sich selbstständig an und optimieren so den laufenden Fertigungsprozess.

Die Zukunft hat begonnen

Auf lange Sicht kann man die Selbstkorrektur so auf ganze Produktionslinien anwenden, in denen die Maschinen miteinander kommunizieren und Unregelmäßigkeiten im Prozess weitergeben. Erkennt das System am Anfang der Prozesskette, dass das Rohmaterial nicht genau die gewünschten Eigenschaften besitzt, wird diese Information automatisch weitergeleitet. Die Maschinen der nachgelagerten Produktionsstufe können das Material dann optimieren. Gleichzeitig soll diese Technologie die optimale Produktqualität auch dann garantieren, wenn der Prozess schwankt.

Eine Entwicklung, die nach Zukunftsmusik klingt – und doch längst begonnen hat. Schon heute erfolgt die automatische Identifikation von Materialien mittels RFID oder Bar-Codes – zur Fertigungssteuerung und auch zur eindeutigen Erkennung von Produkten über alle Prozesse ihres Lebenszyklus. Die weitreichende Vernetzung von Produktionsanlagen, Sensoren und Erzeugnissen ermöglicht das Erfassen von Zuständen und das Auslösen von Aktionen, um beispielsweise drohende Ausfälle frühzeitig zu erkennen und so die Verfügbarkeit sicherzustellen.

Cyber-Physische Systeme (CPS) + Internet der Dinge

In „smarten Fabriken“ werden zukünftig die physikalische Produktwelt und die virtuelle Internetwelt untrennbar miteinander verbunden sein. In den „Cyber-Physischen Systemen (CPS)“ und im sogenannten „Internet der Dinge“ kommunizieren und handeln Produkte und Produktionsanlagen autonom und tragen so die Prozesssteuerung mit ihrer eigenen Intelligenz. Ausgehend von der spezifischen Funktion und der zentralen Steuerung jeder Maschine strebt man hin zu wandlungsfähigen Produktionsanlagen mit dezentraler Selbstorganisation.

Durchgängige Kommunikationsnetzwerke gefragt

Eine automatisierte und damit ressourcenschonende Produktion reduziert die Fertigungskosten erheblich.

Insbesondere vor dem Hintergrund der knapper werdenden Ressourcen stellt die kontinuierliche Optimierung von Fertigungssystemen wie der Stanz-Biege-Maschine von Weidmüller eine unausweichliche Herausforderung an zukunftsorientierte Betriebe.

Damit sich innovative Produktionsprozesse dieser Art durchsetzen können, bedarf es leistungsfähiger, innovativer Komponenten für sichere und durchgängige Kommunikationsnetzwerke. Aufgrund einer höheren Anzahl an Netzwerkteilnehmern bestehen etwa gesteigerte Sicherheitsanforderungen an die Kommunikation, wofür die erforderlichen Technologien in den nächsten Jahren erarbeitet werden müssen.

Ethernet-Schnittstellen in Geräte mit autonomer Intelligenz integrieren

Ein Beispiel für die Evolution zur Industrie 4.0 ist die Integration von Ethernet-Schnittstellen in Geräte mit autonomer Intelligenz. Auf diese Weise wird die Möglichkeit eröffnet, lokale Informationen, beispielsweise von Sensorik und Aktorik, nicht nur weiterzuleiten, sondern direkt vor Ort zu verarbeiten. Nahezu in Echtzeit können so lokal Aktivitäten ausgelöst oder sogar Prozessentscheidungen gefällt werden.

Durchgängige Kommunikation

Ein weiterer Schritt in Richtung der Industrie 4.0 ist die effektive Kommunikation zwischen unterschiedlichen Netzwerkteilnehmern und die Durchgängigkeit von der Feldebene bis zur Unternehmensleitebene.

Hierzu bedarf es kommunikationsfähiger Signalkonverter, die durch eine Ethernet-Schnittstelle direkt in bestehende Industrial-Netzwerkstrukturen eingebunden werden können. Das Besondere ist, dass die ethernetfähigen Signalkonverter neben den typischen Funktionen wie Signalerfassung, -aufbereitung, -normierung und -ausgabe umfangreiche Diagnosefunktionen zur Verfügung stellen.

Die Signalkonverter zeigen, dass die Vernetzung der automatisierungstechnischen Komponenten einfacher und effektiver gestaltet werden kann. Wenn man alle in einer Anlage vorhandenen Geräte durchgängig zu einem Gesamtsystem vernetzt, ist ein geräteunabhängiger Austausch von Prozessdaten und Diagnosefunktionen unter den Netzwerkteilnehmern möglich.

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