Kommunikationsplattform, Bild: Rexroth

Schon heute bereiten interaktive Kommunikationsplattformen Produktionsdaten in Echtzeit visuell auf. Für die Bedienung sind keine Programmierkenntnisse erforderlich. Bild: Rexroth

Moderne Software läuft losgelöst von der Hardware. Nehmen wir Rechenaufgaben: Statt wie früher mit spezialisierter Hardware – dem Taschenrechner – löst man sie heute mit Notebook oder Smartphone oder fragt direkt Alexa. Diesen Gedanken greift die Automatisierung auf: Benötigte Funktionen ausschließlich für eine spezielle Geräteplattform zu entwickeln, die in vergleichsweise geringen Stückzahlen gebaut wird, ist zunehmend unwirtschaftlich. In der Fabrik der Zukunft werden Maschinenmodule und Bearbeitungsstationen immer wieder neu angeordnet, stellen sich flexibel auf neue Aufgaben ein und rufen die dazu passenden Software-Funktionen ab. Diese Entwicklung hat bereits begonnen: Schon heute können Maschinenhersteller identische Funktionen ohne Mehraufwand auf verschiedenen Geräteplattformen installieren. Hier ein Überblick über heutige und zukünftige Konzepte:

Flexibel ohne Schaltschrank

Intelligente Antriebe, Bild: Rexroth
Intelligente Antriebe erleichtern einen modularen Aufbau von Maschinen und Anlagen. Dadurch lassen sie sich einfach zu neuen Konfigurationen zusammenstellen. Bild: Rexroth

Die Softwarefunktionen intelligenter Antriebe erledigen komplexe Aufgaben mit Hilfe integrierter Technologiefunktionen und entlasten somit die übergeordnete Steuerung. Diese Intelligenz besitzen sowohl konventionelle Antriebe als auch die schaltschranklose Antriebstechnik, bei der die Leistungs- und Steuerelektronik direkt in die Maschine integriert sind. Maschinenhersteller können mit diesem Prinzip ihre Konzepte noch weiter modularisieren als bisher, indem sie Module und Maschinen unabhängig voneinander in Betrieb nehmen. Anwender sparen Platz und können in Zukunft Maschinen und Anlagen flexibel zu neuen Konfigurationen zusammenstellen.

Diesen Ansatz nutzt die vernetzte Hydraulik bereits: Schaltschranklose Achsregler schließen dezentral den Regelkreis beispielsweise in Stahlwerken oder Papierfabriken. Das spart Verkabelung und bringt die Intelligenz direkt vor Ort, unabhängig von der Antriebstechnologie.

Ganz klassisch: Embedded

Servohydraulik, Bild: Rexroth
Dezentrale Servohydraulik lässt sich über Wizards und entsprechende Software ohne spezielle Hydraulik-Kenntnisse in Betrieb nehmen. Bild: Rexroth

Die Software ist die gleiche, auch wenn es rau wird. Oft im Schaltschrank untergebracht, sind Embedded-Steuerungen vor Stößen, Vibrationen und anderen Umwelteinflüssen weitestgehend geschützt. Sie decken derzeit den mittleren bis hohen Leistungsbereich ab. Wie alle etablierten Technologien der Mittelklasse stehen sie aber im Wettbewerb mit alternativen Konzepten, seien es schaltschranklose Antriebe oder autarke, hydraulische Aktoren.

Servohydraulische Achsen haben einen eigenen, dezentralen Fluidkreislauf, einen drehzahlvariablen Pumpenantrieb und einen fest verbundenen Zylinder. Sie benötigen kein zentrales Hydraulikaggregat. Für die energieeffiziente Drehzahlregelung kommen die gleichen Antriebe mit identischer Elektronik im Schaltschrank zum Einsatz. Für die Inbetriebnahme ist kein spezielles Hydraulikwissen notwendig, denn die Software führt die Techniker und Wizards schlagen die passenden Parameter vor.

Anlagen mit IPC

Industrie-PC-Lösungen kommen häufig dann zum Einsatz, wenn zusätzlich zur eigentlichen Bewegungssteuerung umfangreiche Prozessdaten verarbeitet werden müssen. So werten IPC-basierte Lösungen beispielsweise mit datenintensiven Kameraaufnahmen die Qualität jedes einzelnen Werkstücks aus und stoßen Bearbeitungsschritte in Echtzeit an. Gerade bei solchen anspruchsvollen Prozessen spart es Zeit, wenn die Automatisierung nur parametriert werden muss.

Selbst die scheinbar rein mechanische Lineartechnik hat ihre Verbindung zur digitalen Welt. Sensoren in den Führungswagen messen zusätzlich zur Position auch Temperatur sowie Beschleunigung und können so wichtige Daten zum Zustand der Komponenten und des Gesamtsystems liefern. Solche Daten werden dann weiterverarbeitet und an die Steuerung oder andere übergeordnete Instanzen übergeben. Anwender können daraus Optimierungsmöglichkeiten ableiten und zum Bespiel auch Verschleiß erkennen, bevor es zu einem Ausfall kommt.

Software on demand – vom Server

Das Konzept der verteilten Intelligenz wird zunehmend ergänzt durch Funktionen, die auf Servern abgelegt sind. Die ersten Projekte laufen bereits, bei denen Funktionen von einem Leitrechner an der Produktionslinie, also „on Edge“, abgerufen werden – unabhängig von der dort eingesetzten Steuerungshardware. Um dieses Konzept umzusetzen, werden Automatisierungsfunktionen idealerweise in IT-Hochsprachen programmiert. Nur wenn sie parallel zur SPS auf den Steuerungskern aller Geräteplattformen zugreifen können, ist eine App-basierte Software-Architektur möglich.

Auch hier ist die Wirklichkeit weiter als viele glauben. Interaktive Kommunikationsplattformen direkt an der Produktionslinie erfassen die relevanten Daten, analysieren sie und bereiten sie visuell für die Mitarbeiter in Echtzeit auf. Die Mitarbeiter erkennen Abweichungen und können entsprechende Korrekturmaßnahmen einleiten. Die Bediener benötigen keinerlei Programmierkenntnisse, um die Plattform an ihre Anforderungen anzupassen.

Die Vernetzung von manueller Arbeit und Softwarefunktionen zeigt sich praktisch an intelligenten Arbeitsplätzen für die variantenreiche Fertigung. Die zu montierenden Werkstücke identifizieren sich per RFID und die Station ruft die entsprechenden Arbeitspläne aus einem übergeordneten System ab. Auf dieser Basis docken Anwender verschiedene Assistenzsysteme an, die die Arbeitsanweisungen visualisieren und in der Wunschsprache des Mitarbeiters beschreiben. Montagestellen und entsprechende Anbauteile können mit Licht markiert und Arbeitsschritte direkt überprüft werden. Parallel zur aktuellen Montage erstellt die Arbeitsvorbereitung die Arbeitsabläufe für weitere Produkte und legt sie auf dem Server ab.

Nächster Halt Cloud

Der vorerst letzte Schritt ist die Verlagerung der Softwarefunktionen in die Cloud – es geht immer noch um die identische Software, die auch auf einem intelligenten Antrieb läuft. Aus der Cloud können Geräte weltweit aktuell benötigte Funktionen abrufen – schon sehr bald auch drahtlos. Denn mit dem neuen Standard 5G werden die entsprechenden Übertragungsraten stabil zur Verfügung stehen. Zukunftsmusik? Wie lange ist es her, dass man im privaten Bereich Programme auf DVD gekauft und auf einem PC installiert hat? do

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