Fertigung Wie das Internet der Dinge Produktionsabläufe verändert

Wer heute erfolgreich sein will, darf nicht auf Fertigungsstrukturen von gestern setzen. Vernetzte Automatisierungsinseln sind out, gefragt sind intelligente Einzelkomponenten, die miteinander kommunizieren.

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Der ausgeprägte Wettbewerb in der Industrie fordert eine Produktionsweise, die schneller auf die Bedürfnisse der betreffenden Branche reagieren kann. Der hohe Druck hinsichtlich Kosten und Lieferzeiten zwingt die Werksführung, ihre Systeme flexibler zu gestalten.

Ein stark wechselnder Bedarf verlangt die Produktion eher kleinerer Mengen von kundenspezifischen Produkten anstelle von Massenproduktion einzelner Designs. Um dieser Marktveränderung gerecht zu werden, empfiehlt es sich, die vorrangig zur Produktionssteuerung eingesetzten Systeme an das Konzept „Industrie 4.0“ anzupassen.

Bisher wurden in industriellen Steuerungssystemen diskrete Automatisierungssysteme basierend auf zentralisierten Controllern eingesetzt. Einzelne Werkzeugmaschinen und ähnliche Systeme verwenden immer komplexere Steueralgorithmen zur Optimierung von Produktion und Effizienz in den einzelnen Systemen. Um eine Designänderung für ein bestimmtes Produkt umzusetzen, müssen in der Regel für jede Charge neue Programme auf jeden einzelnen Controller geladen werden. Dies ist häufig ein sehr arbeitsintensiver Prozess mit hohem Fehlerrisiko, denn es passiert nur allzu leicht, dass eine falsche Einstellung vorgenommen und dadurch möglicherweise ein Teil der Charge unbrauchbar gemacht wird.

Es müssen also noch große Fortschritte gemacht werden, nicht nur für die Verknüpfung dieser Automatisierungszentren, sondern auch für ihre Umstrukturierung. Die industriellen Steuerungsstrategien entwickeln sich hin zum Einsatz verteilter Steuerungssysteme, in denen Automatisierungsinseln über Feldbusse oder Ethernet-Versionen für den industriellen Einsatz untereinander verbunden werden. Der nächste Schritt besteht dann darin, sich die Vorteile des Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) zunutze zu machen und intelligente Technologien auf die einzelnen Sensoren und Aktoren zu verteilen.

Intelligente Komponenten mit Embedded Controllern

Intelligente mechatronische Komponenten, ausgestattet mit Embedded Controllern auf Mikroprozessorbasis, können in Werkzeugmaschinen und andere Ausrüstungen integriert und sowohl für die Zusammenarbeit als auch eine einfachere Neukonfiguration programmiert werden. Intelligente Geräte wie Ventile, Motoren und Pumpen lassen sich für die Ausführung verschiedener Steueralgorithmen programmieren, die auf der Auswahl der übergeordneten Controller basieren. Ebenso können sie Diagnosefunktionen ausführen, die diese übergeordneten Steuerungssysteme über potenzielle Probleme informieren. Indem der Maschine die Verarbeitung übertragen wird, werden Steuerschleifen reaktionsschneller und die Produktivität dadurch gesteigert.

Nehmen wir als Beispiel ein System, das den Fluss von Platinen durch eine Elektronikproduktion oder Flaschen durch eine Anlage zur Lebensmittelverarbeitung steuert. Jede Platine, Flasche oder auch Gruppe von Flaschen kann mit einem RFID-Tag versehen werden, das der Controller an jedem Wegpunkt liest.

Produktcode bestimmt die Weiterverarbeitung

Anhand dieser Informationen des Produktcodes kann das Produkt an den entsprechenden Verarbeitungspunkt weitergeleitet werden. Als Beispiel: Eine bestimmte Platine soll Steckkomponenten aufnehmen können und muss durch ein spezielles Lötverfahren entsprechend vorbereitet werden.

Andere Platinen hingegen, die vor oder nach dieser einen Platine den Produktionsfluss durchlaufen, sollen diese Option nicht aufweisen und einfach an die Lötstation für die Oberflächenmontage weitergeleitet werden. Der Controller kann die eine Platine umleiten und sie an die erforderliche Produktionsstation senden.

Ein Controller im weiteren Produktionsverlauf erhält dann das Signal, dass die Platine mit speziellen Lötanforderungen auf dem Weg ist und prüft, ob für den weiteren Ablauf eine Lötmaschine verfügbar ist. Ist dies nicht der Fall, kann die Platine an eine Wartestation gesendet werden, damit sie keinen Stau der nachfolgenden Platinen verursacht, die sofort weiterverarbeitet werden können.

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