News-
letter

Forschung
SmartFactoryKL Anlage

Die Module der Industrie 4.0-Anlage

Die SmartFactoryKL zeigt mit der weltweit ersten herstellerübergreifenden Industrie 4.0-Produktionsanlage, wie hochgradig wandlungsfähige Fertigung bis hin zu Losgröße 1 effizient realisiert wird – egal, ob in einer vorhandenen Produktion oder im Greenfield. Einheitliche Standards an den Schnittstellen ermöglichen eine herstellerübergreifende Anbindung von Produktionsanlagen, Logistiksystemen, Versorgungsinfrastruktur und IT-Systemen. Die Anforderungen nach individuellen Produkten, kürzeren Innovationszyklen und effizienter Herstellung vor Ort, die heute schon an die Produktion gestellt werden, können somit erfüllt werden.

Auf der Anlage wird ein beispielhaftes Produkt gefertigt: ein kundenspezifisch individualisierbares Visitenkartenetui, bei dem Deckelfarbe, Lasergravur und Inlay variabel vom Kunden online bestellbar sind. Das Produkt trägt über einen RFID-Tag dabei alle Informationen mit sich und weist die Produktionsmodule in jedem Herstellungsschritt an.

Der Produktionsprozess erfolgt, je nach Aufbau und Verfügbarkeit der Anlagenmodule, auf unterschiedliche Weisen. Ein flexibles Transportsystem kann dabei unterschiedliche Produktionslinien und manuelle Montagestationen dynamisch verbinden.

Produktionslinie 1


Produktionslinie 2


Wartung und Instandhaltung


Flexibles Transportsystem (FTS)


Die Infrastruktur der Industrie 4.0-Anlage


Die Manuelle Montagestation


Integrierte IT-Systeme der Industrie 4.0-Anlage

Industrie 4.0 steht auch für eine enge Verzahnung von Automatisierungstechnik und IT-Systemen. Dahinter steckt das Leitparadigma der Synchronisierung von realer und digitaler Welt zu Zwecken der Transparenz und computergestützten Optimierung. Informationen zu den Produktionsmodulen und Produkten werden durchgängig digital und in Echtzeit erfasst und an modular angebundene IT-Systeme weitergereicht. Auf Basis digital verfügbarer Informationen können neuartige, datenbasierte Dienstleistungen für das Produktionsumfeld entwickelt und realisiert werden. In der herstellerübergreifenden Industrie 4.0-Produktionsanlage der SmartFactoryKL sind die folgenden IT-Systeme und Anbieter integriert:

Lagermodul

1a. Lager

Das LAGER-MODUL von Pilz dient als intelligenter automatisierter Speicher für die Werkstückträger: Meldet der Zentralserver dem Modul einen neuen Auftrag und damit den Bedarf eines zusätzlichen Trägers, so bringt das Modul einen leeren Werkstückträger aus dem Speicher in Umlauf. Leere Werkstückträger oder halbfertige Produkte können im Speicher eingelagert werden.

Bodengravieren

1b. Bodengravur

Das Modul Bodengravur von Festo initialisiert per RFID das digitale Produktgedächtnis mit einem Fertigungsauftrag. Der Fertigungsauftrag wird per http-Protokoll vom Web-Server des übergeordneten Enterprise Resource Planning-Systems (ERP) mittels eines eigens entwickelten Web-Clients geladen. Entsprechend dem Produktgedächtnis wird der Boden über eine CNC-Graviersteuerung individuell graviert.

Federmodul

1c. Feder-Montage

Im Produktionsschritt, den das FERTIGUNGSMODUL der Firma Bosch Rexroth vollzieht, wird eine Halterungsfeder auf den Plastikboden aufgebracht.

Deckelverpraegen

1d. Deckelverprägung

Im Modul DECKELVERPRÄGUNG von Harting findet die zentrale Montage der zwei Gehäuseteile statt. Die Grundplatte mit montierter Halteklammer wird mit dem Deckel verpresst, nach Kundenwunsch in einer von zwei Farben. Das Harting-Modul setzt den Deckel per Roboter auf die Grundplatte auf und verprägt beide miteinander.

Robotermodul

2. Flexibles Transportsystem (FTS)

Die ROBOTERPLATTFORM von Festo ist ein selbstnavigierendes Transportsystem, das den flexiblen Materialtransport zwischen den unterschiedlichen Produktionslinien und der manuellen Montagestation übernimmt. Für einen optimalen Materialfluss ist eine Anbindung an das MES-System über WLAN gegeben.

Deckelgravieren

1e. Deckelgravur

Das Modul DECKELGRAVUR der Firma Phoenix Contact bringt per Laserbeschriftungssystem eine individuelle Gravur auf der Oberseite des Visitenkartenhalters an. Die Gravur zeigt die digitale Visitenkarte als QR-Code. Individuell können diese Daten auf Kundenwunsch noch bis zum Prozessschritt flexibel geändert werden.

Qualitaetskontrolle

1g. Qualitätskontrolle

Das Modul QUALITÄTSKONTROLLE von Lapp Kabel übernimmt zwei Aufgaben: die Endkontrolle des Produktes mittels einer hochauflösenden Kamera sowie die Ausgabe des fertigen Visitenkartenhalters.

Waegemodul

1f. Wiegen

Das WÄGE-MODUL, das von der Firma Mettler Toledo bereitgestellt wird, ermittelt mittels einer Präzisionswaage das Gewicht jedes Produktes. Über einen Abgleich mit dem aktuellen Fertigungsstatus auf dem Produktgedächtnis erfolgt damit eine messtechnische Qualitätskontrolle über das Gewicht.

Leermodul

1h. Brücken-Modul

Das BRÜCKEN-MODUL der Firmen MiniTec und TE Connectivity bietet die Möglichkeit, jedes andere Modul im Produktionsprozess zu ersetzen. Durch eine kurze Programmauswahl kann jedes Produkt an dem zu ersetzenden Produktionsschritt ausgeschleust und mit einem manuellen Montageauftrag fertiggestellt werden. Dies gewährleistet eine ausfallfreie Wartung und einen variablen Grad der Automatisierung der Produktionslinie.

Handarbeitsplatz

4. Die Manuelle Montagestation

Über die Roboterplattform ist gleichzeitig eine MANUELLE MONTAGESTATION an den Prozess angebunden, die von der Firma MiniTec realisiert wurde.

Der ergonomisch perfekt angepasste Arbeitsplatz bietet die Möglichkeit, den Werker bei Montagetätigkeiten mittels Internet und Kommunikationstechnologien zu unterstützen. Augmented Reality-Technologien, entwickelt von der SmartFactoryKL, werden bereitgestellt, um einzelne Prozessschritte oder den gesamten Produktionsprozess manuell durchzuführen. Augmented Reality – also die Überlagerung von Echtzeitbildern mit Handlungsempfehlungen – bietet zahlreiche Vorteile, u.a. bei Schulungsprozessen und manuellen Montageaufgaben. Über ein eingebautes RFID-Schreib-/Lesegerät kann der Werker den aktuellen Produktionsfortschritt des Produktes sowie die kundenindividuellen Informationen auslesen. Augmented Reality-Technologien helfen ihm bei der Durchführung variabler Aufgaben. Mittels Tablets, Smartphones, Smartwatches oder Smartglasses kann der Werker auch bei seinen mobilen Aufgaben unterstützt werden.

Infrastructure_SF

3. Die Infrastruktur der Industrie 4.0-Anlage

Damit herstellerübergreifende Produktionsmodule universell und mit minimalem Konfigurationsaufwand zu einem Produktionsprozess kombiniert werden können, ist eine leistungsfähige, flexible Infrastruktur notwendig. Sie übernimmt alle wesentlichen Versorgungs und Managementfunktionen. Dazu gehören die Energieversorgung, das Daten-Routing und die übergreifende Steuerung der Sicherheitsfunktionen. Die Infrastruktur ist die verbindende Lebensader zwischen den Produktionsmodulen, die ansonsten vollkommen autonom agieren. Sie selbst ist ebenfalls modular aufgebaut und ermöglicht die herstellerübergreifende Anbindung der Produktionsmodule. Einheitliche Steckverbinder verbinden die herstellerspezifischen Infrastrukturboxen, die mit jeweils zwei Modulversorgungsschnittstellen ausgestattet sind.

Harting, Phoenix Contact, TE Connectivity und Cisco, Belden/Hirschmann und Weidmüller stellen Infrastrukturboxen als autarke, zugleich kompatible Eigenentwicklungen für die Anlagenversorgung bereit.

ITSysteme_ProAlpha

5. Enterprise Resource Planning System (ERP)

Das integrierte ERP-System der Firma proALPHA steuert die Prozesse im Industrie-4.0 Demonstrator und hält sie transparent. Die Lösung ist in der Lage, eine Integration zwischen den Ebenen der klassischen Automatisierungspyramide zu schaffen und eine Oberfläche für den Kunden bereit zu stellen. Der Produktkonfigurator ermöglicht in Verbindung mit einem Webservice die intuitive und ortsunabhängige Bestellung im Browser durch den Kunden bei der Anlage bis zur Losgröße 1. Rückmeldungen von der Anlage sind in Echtzeit im Produktionsauftrag sichtbar und der Kunde erhält einen aktuellen Status über den Produktionsfortschritt.

ITSysteme_iTAC

6. IT Infrastructure

Die Connected-Factory-Architektur von Cisco verbindet intelligente Netzwerke, Serverarchitekturen und Unified Communication mit dem Ziel, IT- und Automatisierungstechnik zu vereinen. Damit werden die Voraussetzungen einer modernen Industrie 4.0-Umgebung im Unternehmen geschaffen. Das ermöglicht Anwendungen im Bereich vorbeugender Wartung, multimedialer Remote-Zugriff auf Anlagen und Fernwartungskonzepte. Das digitale Abbild von Cisco über den Asset Manager ermöglicht Ableitungen zur aktuellen Produktivität.

ITSysteme_IBM

7. Engineering

EPLAN Software & Service übernimmt im Industrie 4.0 Demonstrator das Engineering. Die Automatisierungstechnik der einzelnen Fertigungsmodule muss interdisziplinär behandelt werden, da dies für Aufbau, Effizienz und Betriebssicherheit Cyber-Physischer Systeme (CPS) zwingend notwendig ist. Die dokumentierte Steuerungstechnik wird in der gesamten Supply Chain und über den kompletten Produktlebenszyklus hinweg als durchgängige, konsistente Datenbasis genutzt. Ziel ist es, Erkenntnisse aus der gesamten Supply Chain bereits in der Engineering-Phase bzw. im PLM-Prozess (ProductLifecycle-Management) zu berücksichtigen. Die generierte Dokumentation eignet sich beispielsweise für professionalisierte Maintenance-Szenarien oder die Optimierung der Energiebilanz.

Die Firma TÜV Süd hat zudem einen Entwurf über eine modulare Zertifizierungsmethodik für flexible Anlagenstrukturen erarbeitet. Insbesondere diese sicherheitstechnischen und rechtlichen Fragestellungen sind bislang noch wenig betrachtet und stellen einen potenziellen Showstopper dar. Die erarbeitete Zertifizierungsmethodik enthält ein konkretes zeitliches Vorgehen, das die Vorteile von Industrie 4.0 auch in der betrieblichen Praxis umsetzbar macht.

ITSysteme_SAP

8. IT Security

Die CodeMeter-Technologie von Wibu-Systems stellt in der Industrie 4.0-Produktionsanlage Mechanismen für einen umfassenden, hohen IT-Sicherheitsstandard zur Verfügung. Softwarekomponenten werden mit der CodeMeter-Technologie gegen unbefugten Zugriff und gegen Manipulationen geschützt. Kryptographisches Schlüsselmaterial, beispielsweise zur Authentifizierung in OPC UA, wird im CmDongle sicher gespeichert und sicher verwendet. Mit Hilfe des CodeMeter-Lizenz-managements kann eine feingranulare Kontrolle über Softwarefunktionalität, Softwarekonfiguration und Produktionsdaten erzielt werden.

ITSysteme_ePLAN

9. Manufacturing Execution System (MES) und Digital Twin

Das Manufacturing Execution System der iTAC Software AG bildet die Datendrehscheibe. Das MES erhält dazu vom ERP die Auftragsdaten und vergibt die Seriennummern für das zu fertigende Halberzeugnis, welches an der Maschine mit dem zu fertigenden Endprodukt verheiratet wird. Das MES gibt die Arbeitsschritte vor, erhält Rückmeldungen der Maschinen über die erfolgten Arbeitsschritte und bucht diese im System ein (Tracking & Tracing). Das MES trifft mit den Informationen vom Integration Bus über die Anlagentopologie die Entscheidung, wohin das Produkt für seine Weiterverarbeitung transportiert werden soll und weist damit das flexible Transportsystem an. Aus den im MES gewonnenen und gespeicherten Produktionsdaten werden Key Performance Indicators (KPIs) berechnet, die auf dem an der Linie befindlichen Dashboard in Echtzeit abzulesen sind. Darüber hinaus können mit den gewonnenen Produktionsdaten Rückschlüsse für einen optimierten Produktionsablauf und vorbeugende Wartungen gezogen werden. Somit trägt das MES entscheidend zur sich selbst optimierenden Fertigung bei.

Aspekte wie operationale Exzellenz, Transparenz in Echtzeit, vorausschauende Instandhaltung und Qualitätssicherung werden durch einen einheitlichen und flexiblen Produktionsleitstand der Firma IBM veranschaulicht. Dafür werden die Daten aus den Produktionsmodulen angereichert und strukturiert in einem Data Historian abgelegt. Daraus werden analytische Ergebnisse abgeleitet, um Engpässe, Ausschuss, Nacharbeit und Ausfallzeiten zu vermeiden. Es wird somit möglich, das Produkt, alle Module und sogar Entscheidungen aus den IT-Systemen für den Werker in Echtzeit abzubilden, als sogenannten Digital Twin.

SmartFactory Industrie 4.0 Anlage
SmartFactory Industrie 4.0 Anlage
SmartFactory Industrie 4.0 Anlage
SmartFactory Industrie 4.0 Anlage
SmartFactory Industrie 4.0 Anlage
SmartFactory Industrie 4.0 Anlage

Erfahren Sie mehr über SmartFactoryKL