Mitten in einem Cluster kann die Innovationskraft gedeihen

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Systems Engineering für die Großwäscherei

Anwendung finden sie beispielsweise im Projekt einer ressourceneffizienten Großwäscherei von Kannegiesser. Dabei geht es um die bestmögliche Nutzung von Ressourcen wie Energie, Wasser und Waschmittel – bei einer zeit- und kostenoptimalen sowie umweltgerechten Reinigung der Wäsche. Dazu erarbeitet das Projektteam Modellierungs- und Simulationsmodelle, mit denen sich die Planung, Steuerung und Überwachung des Prozesses optimieren lässt.

Die Modelle beschreiben das systemische, informationstechnische und physikalische Verhalten der Teilsysteme – vom Produkt Wäsche über die einzelnen Produktionsmittel bis hin zum gesamten Wäscheverarbeitungsprozess. Durch die durchgängige Verwendung dieser Modelle bei der Planung, Steuerung und Überwachung lassen sich suboptimale Zustände frühzeitig erkennen und Optimierungen zielgerichtet umsetzen. Das reduziert die Bearbeitungszeit der Wäscherei um voraussichtlich 10 %.

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Transferprojekte für die KMU

Das Technologie-Netzwerk it’s OWL macht neue Technologien und Verfahren für intelligente Produkte und Produktionsverfahren auch gezielt für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) verfügbar. Neben Systems Engineering geht es dabei noch um Felder wie Selbstoptimierung, Mensch-Maschine-Interaktion und intelligente Vernetzung.

In Transferprojekten können KMU in Kooperation mit einer Forschungseinrichtung diese Technologien nutzen, um konkrete Herausforderungen im Kontext Industrie 4.0 zu lösen. Insgesamt setzt das Cluster 170 Transferprojekte um, 73 sind bereits erfolgreich abgeschlossen, weitere 57 laufen.

Die Resonanz und die Rückmeldungen aus der Wirtschaft sind sehr gut. Die Unternehmen erhalten einen Zugang zu praxiserprobten Technologien, die sie schnell und einfach einsetzen können. Die Transferprojekte bieten einen wirkungsvollen Einstieg in das Thema In- dustrie 4.0. Auf Grundlage der Ergebnisse können die KMU die nächsten Schritte planen. Das Konzept, das jetzt in 2016 mit dem Industriepreis ausgezeichnet wurde, findet bundesweit und international ein hohes Interesse und wird jetzt auch in anderen Regionen umgesetzt.

Mechatronischer Systembaukasten

Wächter Packautomatik aus Bad Wünnenberg hat beispielsweise mit der Fraunhofer-Einrichtung für Entwurfstechnik Mechatronik IEM in einem dieser Transferprojekt einen mechatronischen Systembaukasten realisiert, der die Konstruktion und Produktion von kundenspezifischen Tray- und Wrap-Around-Packern vereinfacht. Das sind Anlagen, die Kartons und Trays für Nahrungsmittel und Konsumgüter aufrichten, befüllen und verschließen.

Aus der virtuellen „Zerlegung“ der Maschinen entwickelte das Team einen Produktkonfigurator. Konkret hat es zunächst die denk- und realisierbaren Funktionen einer Anlage hierarchisch gegliedert und dabei alle relevanten Konstruktionsdaten sämtlicher beteiligten Gewerke berücksichtigt. Diese Funktionen – es sind mehr als fünfzig – lassen sich zu Systemelementen zusammenfügen. Dabei ist der Konfigurator so intelligent, dass er auf vorhandene Lösungen zurückgreifen und inkompatible Lösungen ausblenden kann.

Der Konstrukteur wählt im Konfigurator anhand der Anforderungen Funktionsmodule und Systemelemente aus, die sich zu kompletten kundenindividuellen Maschinen und Anlagen verknüpfen lassen. Dabei bestehen die Module jeweils aus Konstruktionsdaten verschiedener Disziplinen. Das verlangt die Abkehr von der traditionellen Methodik, ein Gewerk nach dem anderen zu konstruieren und die Konstruktionsdaten von der Mechanik über die Elektrotechnik bis zur SPS-Programmierung sozusagen „durchzureichen“ und zu bearbeiten. Im Ergebnis ist der Produktentstehungsprozess erheblich beschleunigt.

Wenn Elektromotoren sehen lernen

In einem weiteren Transferprojekt hat der Motorenhersteller Hanning Elektro-Werke mit dem Institut für industrielle Informationstechnik der Hochschule OWL ein Verfahren entwickelt, das den Materialabzug von Strickmaschinen automatisiert einstellt. Ein Bildverarbeitungssystem erfasst die sogenannte Gestrickqualität optisch und stellt sie dann als eine Regelgröße zur Einstellung der geforderten Zugkraft über den eingesetzten Antrieb bereit.

Eine Applikationssoftware leitet aus dem Maschinenbild in Echtzeit die Materialspannung ab, indem sie u.a. die durchschnittlichen Höhen und Breiten der einzelnen Maschen erfasst. Dabei werden Fehlerquellen wie Reflexionen und weitere Störeinflüsse etwa bei farbigem Gestrick ausgeblendet.

Außerdem verbessert Rauschunterdrückung (Medianfilter) und Kon- trastanpassung die Signalgüte. Anhand eines Demonstrators konnte gezeigt werden, dass sich eine komplexe, kamerabasierte Prozessregelung auch mittels vergleichsweise kostengünstiger Hardware durchführen lässt. In diesem Fall hat das Transferprojekt-Team dazu ein Odroid-C1-Board und eine USB-2.0-Kamera mit 130 Bildern pro Sekunde verwendet.

Die Kopplung von Smart-Kamerasystem, Applikationssoftware, Android-Plattform und regelbarem Elektroantrieb wird so zu einem intelligenten (Sub-)System, das nach weiteren Entwicklungs- bzw. Adaptionsschritten auch in anderen Produktionsprozessen angewendet werden kann.

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