Industrie 4.0

Cyber Physische Systeme am Beispiel von Positioniersystemen

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Klassische Integration

Das CPS Positioniersystem kann natürlich auf klassische Weise in die Maschinenabläufe eingebunden werden. Hierbei fährt das Positioniersystem nach Vorgabe der nächsten Soll-Position (durch die Maschinensteuerung) selbsttätig an die neue Position und minimiert dabei eigenständig den sogenannten „Schleppfehler“ (Abweichung von der vorgesehenen Position während des Fahrprozesses). Dabei wird bei Positioniersystemen des Weltmarktführers Halstrup-Walcher im Falle einer Schwergängigkeit unterschieden, ob es sich um eine Blockfahrt handelt, die einen Bremsvorgang erfordert, oder um eine Verschmutzung, die eine Beschleunigung auslösen soll. Die Positionieraufgabe wird auf diese Weise optimal ausgeführt – angefordert wird sie jedoch von „oben“, von der Maschinensteuerung. Diese sollte sich im Sinne der „Industrie 4.0“ in Zukunft stattdessen besser darauf konzentrieren, die Rolle der Maschine als „CPS“ optimal zu unterstützen, indem sie mit den innerbetrieblichen Transportsystemen, den benachbarten Maschinen und dem Teilezulieferer Kontakt aufnimmt.

Das Positioniersystem als CPS kann alternativ auch unter Durchbrechung der hierarchischen Strukturen der Maschinensteuerung eingebunden werden. Anstatt sich ausschließlich vertikal mit der Maschinensteuerung auszutauschen, tritt das CPS Positioniersystem in direkten Austausch mit benachbarten dezentralen Komponenten. Als einfaches Beispiel ist hier dargestellt, dass ein neues Format durch einen Sensor erkannt wird. So kann beispielsweise in einer Verpackungsstraße ein optischer Sensor detektieren, dass aufgrund eines neuen Produktformats auf eine andere Verpackungsgröße umzustellen ist. Der Sensor gibt nun auf direktem Weg den Positioniersystemen die neuen Sollpositionen vor, woraufhin diese das Führungsgeländer, die Verpackungswerkzeuge und ggf. die Inspektionskamera an die neue Position fahren. Der übergeordneten Maschinensteuerung und auch dem bedienenden Mensch an seinem Panel werden dabei kontinuierlich die Ist-Positionen bzw. das Erreichen der Zielpositionen mitgeteilt, ggf. begleitet von Meldungen, die eine präventive Instandhaltung ermöglichen.

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Direkter Austausch dezentraler CPS

Ein weiteres Beispiel für eine dezentrale Kommunikation von CPS untereinander ist die eigenständige Koordination zweier synchron laufender Positioniersysteme, die wechselseitig ihre aktuelle Position abstimmen, ohne dafür die Steuerung einbinden zu müssen. Durch einen solchen direkten Austausch dezentraler CPS wird die Adaptionsfähigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit erhöht, und die zentrale Maschinensteuerung kann auf eigene CPS-Aufgaben fokussieren, auf die Integration der Maschine in den Gesamt-Fertigungsablauf. Und der zuständige Mensch kann sich auf die Optimierung des Produktionsprozesses konzentrieren, anstatt so einfache wie reguläre Abläufe wie die Umrüstung eines Formats auslösen zu müssen.

Die Fähigkeit, schnell umrüstende Maschinen zu schaffen, wird in den nächsten Jahren ein entscheidender Faktor sein, der über die Wettbewerbsfähigkeit des Maschinenbauers entscheidet. Was gestern meist nur die großen Konzerne der Branche bewegte, rückt heute mit Nachdruck in den Fokus auch des mittelständischen Maschinenbaus. So hat die Zukunft der CPS nicht nur maschinenseitig, sondern auch komponentenseitig längst begonnen, und es gilt hier für alle Beteiligten, Schritt zu halten. Frei nach Albert Einstein: „Das Leben ist wie Fahrradfahren. Wer stehen bleibt, fällt um.“ (jv)

* Dipl.-Wirtsch.-Ing. (TU) Jens Amberg, Geschäftsführer Halstrup-Walcher GmbH, Kirchzarten

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