Greifsysteme fit für Industrie 4.0

 16_3_AUTOMATICA_50_50.jpg   Halle A 5, Stand 502

 

Die Produktionsautomatisierung im Sinne der Industrie 4.0 erfordert ein Umdenken in Handhabung und Montage: Während der Fokus bislang primär auf der Prozessstabilität und Wirtschaftlichkeit einzelner Operationen lag, müssen moderne Applikationen immer häufiger eine Flexibilisierung der Prozesskette ermöglichen und das Gesamtsystem mit detaillierten Prozessdaten versorgen. Zugleich gilt es, ein Over-Engineering konsequent zu vermeiden. 

MARCEL NAGEL

 

Drei Aspekte kennzeichnen den Weg zur Industrie 4.0: Erstens, eine umfassende Kommunikation aller beteiligten Komponenten sowohl untereinander als auch zur übergeordneten Hierarchie. Sie ist die Voraussetzung für einen Echtzeit-Datenaustausch und damit für eine flexible Prozesssteuerung. Zweitens, eine hohe Transparenz auf Anlagen-, Leittechnik- und Unternehmensebene als Grundlage für die Prozessgestaltung. Und drittens, eine flexible Reaktion auf externe und interne Ereignisse. Vergleichbar mit der Großserienproduktion soll es auch bei kleinen und mittleren Serien künftig möglich sein, die Anlagennutzung im 24/7-Betrieb zu maximieren und zugleich den Output flexibel an den jeweiligen Bedarf anpassen zu können – im Extremfall bis Losgröße eins.

 

Autonome Adaption


Gezielt hat Schunk die Anforderungen der Industrie 4.0 analysiert und das Standardprogramm für mechatronische Greifsysteme darauf ausgerichtet. Dabei wurde berücksichtigt, dass das Anforderungsprofil von intelligenten, vernetzten Systemen für die Industrie 4.0 ausgesprochen vielschichtig ist. Es erstreckt sich von der Wahrnehmung der aktuellen Situation über die Bewertung bis hin zur individuellen Reaktion. Heruntergebrochen auf die Welt der Schunk-Greifer ergeben sich mehrere Abstufungen: Die Einstiegsklasse bilden einfache mechatronische Greifer. Es folgen intelligente mechatronische Greifer, die zusätzlich mit Sensorik ausgestattet sind. Dann cyber-physikalische Systeme, die darüber hinaus kommunikationsfähig sind. Den Abschluss bilden smarte Greifer, sprich cyber-physikalische Systeme, die zusätzlich auch noch web-fähig sind. Letztere sind in der Lage, auf Basis der gewonnenen Daten eigenständig zu reagieren, über das Internet zu kommunizieren und sogar die eigene Funktionsfähigkeit zu prognostizieren.


Die Schwelle für den Einstieg ins mechatronische Greifen hält das Unternehmen aus Lauffen am Neckar bewusst niedrig. Im Mittelpunkt steht zu allererst die Reduktion von Komplexität. Mechaniker, die bisher pneumatische Komponenten in Betrieb genommen haben, sollen dies genauso einfach auch mit mechatronischen Komponenten können. Damit will man zum einen Hemmnisse auf dem Weg zur Industrie 4.0 ausräumen, zum anderen sollen Konstrukteure möglichst frei zwischen pneumatischen und elektrischen Antrieben wählen können. Die elektrisch gesteuerte Linearachse ELP, die zur Automatica in den Verkauf geht, markiert in diesem Zusammenhang einen Meilenstein. Erstmals ist es gelungen, ein ultrakompaktes Linearmodul mit wartungsarmem 24V-Lineardirektantrieb zu realisieren, dessen Inbetriebnahme-Aufwand verschwindend gering ist. Antrieb und Steuerung sind vollständig in das Modul integriert. Die Achse wird über Norm-Stecker (M8/M12) angeschlossen, die Endlage mechanisch mit einem Sechskantschlüssel eingestellt und die Ein- beziehungsweise Ausfahrgeschwindigkeit an zwei Drehschaltern reguliert. Mehr noch: Mithilfe der von Schunk entwickelten Auto-Learn-Technologie passt das Modul sein Bewegungsprofil automatisch an das jeweilige Teilegewicht an. In der Regel genügen zwischen zwei und fünf Hübe, bis die automatische Programmierung abgeschlossen ist. Das Modul adaptiert sein Verhalten also reaktiv und ohne Einflussnahme der übergeordneten Steuerung.

 

Greifer als Datenlieferanten


Je komplexer die jeweilige Montageaufgabe und je individueller die Produkte, desto komplexer werden künftig auch die Greifsysteme aufgebaut sein. Dabei muss das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten von der Linearachse über die Sensorik und Bildverarbeitung bis hin zum Greifer berücksichtigt werden. Die Herausforderung beginnt bei der Planung eines solchen Systems. Hier wird es künftig entscheidend sein, dass jede Komponente einen digitalen Zwilling besitzt, mit dem der physische Aufbau der Montageeinheit vollständig simuliert werden kann. Dieser muss sowohl die Gestalt als auch sämtliche kinematischen und regelungstechnischen Eigenschaften der jeweiligen Komponente repräsentieren. Ziel ist es, künftig auch auf zufällige Ereignisse, beispielsweise den Ausfall einer Komponente oder das Überfahren der Produktion mit einem höher priorisierten Auftrag, so dynamisch reagieren zu können, dass es nur zu minimalen Verzögerungen kommt.


Feldkomponenten für die Industrie 4.0 müssen neben ihrer primären Funktion, wie dem Greifen, Drehen oder translatorischen Bewegen, auch diverse Sekundärfunktionen bieten.  Der Greifer greift also nicht nur, sondern er meldet zusätzlich beispielsweise seine Position oder Kraft zurück. Diese Daten lassen sich in Informationen umwandeln, so etwa, ob ein Teil in Ordnung ist oder nicht. Damit steigt zum einen die Funktionalität der Komponente, zum anderen werden Rechenvorgänge dezentralisiert, sprich die Datenverarbeitung und der Informationsgewinn finden unmittelbar in der Komponente und nicht erst in der SPS statt. Wird anstelle eines herkömmlichen Magnetschalters ein analoger Magnetschalter verwendet, lassen sich einzelne Bauteile präzise unterscheiden. Noch weiter gehen mechatronische Greifer, auf denen direkt hinterlegt werden kann, welcher Messwert zu welchem Bauteil gehört. Ein solcher Greifer wertet die erfassten Daten aus, ermittelt daraus die Information, welches Bauteil gegriffen ist, und reduziert beispielsweise bei deformationsempfindlichen Teilen automatisch die Greifkraft. Auch Anpressdrücke oder Drehmomente bei der Montage lassen sich in Echtzeit erfassen und überwachen. Neue Bauteiltypen können mit minimalem Aufwand in derartige Prozesse integriert werden. Im Extremfall ist eine Individualisierung bis Stückzahl eins möglich.


Via Bussystem lassen sich die mechatronischen Komponenten sowohl miteinander als auch mit der übergeordneten Anlagensteuerung zu einem cyber-physikalischen System verbinden, vorausgesetzt man einigt sich auf einheitliche Schnittstellen. Ralf Steinmann, Bereichsleiter Greifsysteme bei Schunk, drängt daher auf einheitliche Branchenstandards für die Kommunikation. „Angesichts der großen Zahl unterschiedlicher Schnittstellen entsteht heute bei allen am Handhabungsprozess beteiligten Herstellern ein enormer Aufwand für deren Implementierung sowie für die Softwarepflege. Wir benötigen Branchenstandards für die Übertragung von Signalen und Informationen zwischen Komponenten und den übergeordneten Leitsystemen, damit die Idee der Industrie 4.0 ihre Wirkung auch tatsächlich entfalten kann.“ Weltweit versprechen seiner Ansicht nach Profinet, EtherCAT und EtherNet/IP das größte Potenzial.

www.schunk.de


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Beitrag aus [me] 3/2016

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