Die Automatisierung von Produktionssystemen ist durch eine hohe technische Komplexität und starke Interdisziplinarität gekennzeichnet. Die Planung einer Industrieanlage erfordert die Koordination und Integration verschiedener Fachdisziplinen wie Mechanik, Prozess- und Elektrotechnik oder Software in Bezug auf das Vorgehen und die Arbeitsergebnisse. In diesem Zusammenhang stellt die Automatisierung als Bindeglied das korrekte Zusammenwirken der verschiedenen Disziplinen sicher. Durch den Ansatz Industrie 4.0 und der damit verbundenen Zunahme der IT-Durchdringung in der produzierenden Industrie steigt die Relevanz der Digitalisierung der Fertigung deutlich.

Die montierten Baugruppen werden mittels 3D-Bildverarbeitung hinsichtlich Korrektheit der Geometrie und Farbe überprüft. Am Demonstrator werden die Daten durch Informationen, welche durch intelligente Sensorik und Steuerungstechnik generiert werden, ergänzt und durch informationstechnische Dienste dezentral verarbeitet. Komplexe Analysen und Bewertungen finden in einer skalierbaren, cloudbasierten Architektur statt. Anhand semantischer Datenmodelle werden Optimierungsmaßnahmen abgeleitet und als Konfigurationsaufträge an die Maschinen zurückgesendet.

Durch die Methoden des durchgängigen Engineerings existiert eine Datenbasis, mit der redundante Datenbeschaffung und -haltung vermieden wird. Der Mitarbeiter verbindet Simulationstools mit der Datenbasis, um das aktuelle Modell und die simulationsbasiert getestete Version des Produkts zu verknüpfen und virtuell abzusichern. Sobald ein Zustandsüberwachungssystem im laufenden Betrieb der Anlage eine Störung feststellt, erfolgen automatisch die Diagnose der Ursache, die Erstellung von Empfehlungen und Handlungsleitfäden zur Störungsbehebung sowie die Übermittlung an das übergeordnete Leitsystem. Störungen werden unterstützt durch Wearables und AR-Technologie effizient behoben.

Innerhalb dieser Montagezelle ist neben dem Condition Monitoring auch die Darstellung des energetischen Verhaltens vorgesehen. Über verschiedene Messgeräte wird der Energieverbrauch einzelner Komponenten ausgelesen, gespeichert und über das HMI ausgegeben. Für die Fernüberwachung wurde ein webbasiertes Portal implementiert, welches nutzerrollenbasiert die Informationen des Demonstrators bedarfsgerecht darstellt. Die gewonnenen Daten zum energetischen Verhalten können weiterführend für andere Aufgaben Verwendung finden. So ist es angedacht, die Produktion der Montagezelle nicht nur über den Prozess zu steuern, sondern auch Betrachtungen zur Energieeffizienz in ein Steuerungsprogramm einzubeziehen.

Im Zusammenhang mit dem Prozessmanagement spielt die virtuelle Inbetriebnahme dessen bereits von der Entwurfsphase an eine wichtige Rolle. Häufig ist die virtuelle Inbetriebnahme eine Tätigkeit, die an den OEM ausgelagert wird. Die Standards werden jedoch von dessen Kunden bestimmt.

Um künftig die Anlagen im Vorfeld ganzheitlich virtuell in Betrieb nehmen zu können, ist die Betrachtung des Energiemanagements und des Verhaltens der energetischen Komponenten in der virtuellen Umgebung ein essentieller Baustein.

Hier ist es wichtig, den Energieverbrauch der einzelnen Fertigungs- beziehungsweise Handhabungsschritte, aber auch die Verfügbarkeit der Energiequellen und Speicher innerhalb einer Anlage oder einer Produktionslinie zu kennen. Die Erstellung realitätsnaher Modelle erweist sich in diesem Zusammenhang als die größte Herausforderung, die momentan gemeinsam mit Studierenden und Industriepartnern gelöst werden soll.

F. Faltus/E. Fischer/J. Franke/pb

Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg © FAPS

Kurz erklärt: Der FAPS
Der Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg forscht auf zahlreichen Themengebieten, die der Robotik angrenzen. Unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Jörg Franke beschäftigt der FAPS derzeit an zwei Standorten rund 100 Mitarbeiter in insgesamt sechs verschiedenen Forschungsbereichen: Biomechatronik, Effiziente Systeme, Elektronikproduktion, Elektromaschinenbau, Bordnetze sowie Hausautomatisierung. Verschiedene Hardwaresysteme und Demonstratoren des Forschungsbereichs Effiziente Systeme wenden sich an Studierende sowie Unternehmen. FAPS versteht sich als Systemintegrator für innovative mechatronische Lösungen, die durch interdisziplinäre Zusammenarbeit der Technologiefelder am Lehrstuhl sowie in Kooperation mit Partnern erforscht, entwickelt und ganzheitlich optimiert werden. www.faps.fau.de

Wissenschaftliche Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik e.V. (MHI e.V.) © MHI

Kurz erklärt: Der MHI e.V.
Die Wissenschaftliche Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik e.V. (MHI e.V.) ist ein Netzwerk renommierter Universitätsprofessoren – Institutsleiter und Lehrstuhlinhaber – aus dem deutschsprachigen Raum. Die Mitglieder forschen sowohl grundlagenorientiert als auch anwendungsnah in einem breiten Spektrum aktueller Themen aus dem Montage-, Handhabungs- und Industrierobotikbereich. Weitere Infos zur Gesellschaft, deren Mitgliedern und Aktivitäten: www.wgmhi.de.