Modularisierung im Maschinenbau

Servoantrieb von Lenze schlägt Brücke zwischen zentraler und dezentraler Intelligenz

| Autor / Redakteur: Christian Bergner* / Ute Drescher

Sowohl zentrale als auch dezentrale Steuerungssysteme, die in einen Antrieb integriert sind, gab es schon bei Lenze.
Sowohl zentrale als auch dezentrale Steuerungssysteme, die in einen Antrieb integriert sind, gab es schon bei Lenze. (Bild: Lenze)

Lange war es nur eine Vision: Funktionseinheiten einer Maschine per Plug-and-play miteinander zu verbinden – ohne Adaption einer einzigen Zeile Softwarecode. Jetzt wird die Vision Wirklichkeit.

Maschinen und Anlagen in der Fertigungsindustrie werden heute meist modular aufgebaut. Passende Automatisierungstechnik sowie eine standardisierte Kommunikation fördern diesen Trend. Doch bis jetzt mussten Maschinenbauer Kompromisse eingehen und mehrere Module mit einem zentralen Controller steuern. Dies führt zu komplexen Softwarestrukturen, die aufwändig und nur schwer zu warten sind.

Diesen Nachteil hat Lenze jetzt eliminiert: Durch die Erweiterung des Automatisierungssystems um einen neuen Servoantrieb mit integrierter Steuerung stehen nun erstmals durchgängig skalierbare Lösungen für das kleinste Maschinenmodul mit nur einer Bewegungsachse bis hin zu komplexen Mehr-Achssystemen zur Verfügung. Die Durchgängigkeit der Systeme des Portfolios gewährleistet den Einsatz der gleichen Applikationssoftware in allen Maschinenmodulen. So kann der OEM nun mit einfachen Mitteln und ohne Systembruch vollständig flexibel auf jeden Anwendungsfall reagieren. Es entstehen autarke Maschinenmodule, die einzeln betrieben und beliebig kombiniert werden können.

Jahrzehntelang haben sich Maschinenbauer vor allem auf drei Dinge konzentriert: Performance, Verfügbarkeit und Qualität. Heute ist jedoch Time-to-Market die entscheidende Herausforderung geworden: Wie schnell kann eine Maschine beim Anwender in Betrieb gehen? Damit verbunden ist auch die Frage, welche Flexibilität der OEM seinem Kunden bei der Realisierung anwendungsspezifischer Sonderanforderungen bieten kann. Und damit nicht genug: Auch eine schnelle Realisierung von technischen Innovationen oder der damit verbundene Zeit- und Kostenaufwand gehört angesichts des derzeitigen schnellen technologischen Wandels zu den entscheidungsrelevanten Kriterien der Anwender.

Die Trends, die im Kontext von Industrie 4.0 entstehen, bieten dem Maschinenbau Chancen, sich vom Wettbewerb zu differenzieren und die eigene Marktposition zu verbessern. Vollständige Digitalisierung bis zur Sensor/Aktorebene, Anbindung an IT-Infrastrukturen und Clouds sowie die durchgängige Integration der einzelnen Maschinen ganzer Produktionslinien, inklusive der Einbindung in ERP- und MES-Systeme, sind nur die wichtigsten Anforderungen, denen sich der OEM im Bereich des Software-Engineerings stellen muss.

Hinzu kommt eine steigende Komplexität der mechanisch-kinematischen Ebene. Die geforderte Flexibilität in der Produktion bedingt eine aufwändigere Bewegungssteuerung und steigende Achszahlen, wenn beispielsweise flexible Roboter-Kinematiken die Aufgaben von relativ starren mechanischen Einheiten übernehmen.

Um all das in kurzer Zeit realisieren zu können, streben viele OEMs eine Modularisierung ihrer Maschinen an und entwickeln entsprechende standardisierte Funktionseinheiten, die dann einfach wiederverwendet werden können. Auf dem Reißbrett kann so eine Funktion schnell eingefügt werden. Die Integration einer in sich abgeschlossenen Funktionseinheit muss aber auch in der Realität ohne Anpassung der bestehenden Module möglich sein.

Modularisierung kann daher nur gelingen, wenn sie in den Bereichen Mechanik, Elektronik und auch Software aus einem Guss erfolgt. Bei der Steuerungs- und Antriebstechnik macht es durchaus einen Unterschied, ob ein Maschinenmodul nur eine Achse umfasst oder mehrere synchronisierte Achsen bzw. gar eine komplexe Antriebsstruktur mit einer Vielzahl von Achsen benötigt. Je nach Anwendung muss jedes Modul anders dimensioniert werden. Außerdem stellt sich die Frage, ob eine in den Antrieb integrierte, dezentrale Steuerung sinnvoll ist oder das Modul von einer zentralen Intelligenz gesteuert wird.

Ergänzendes zum Thema
 
Vier Fragen an Frank Maier, CTO bei Lenze

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