Automatisieren

Digitale Zwillinge bilden auf dem Weg zu Netzwerken ein schlagkräftiges Duo

Am Ende dieser Entwicklung könnten Lösungen stehen, bei denen ERP- und MES-Systeme nicht mehr direkt auf die physischen Baugruppen zugreifen müssen. Die Prozessdaten werden dann ausschließlich über den digitalen Zwilling ausgetauscht. Dazu sind alle Daten des physischen Systems im digitalen Zwilling hinterlegt. Hierzu gehören nicht nur die reinen Prozessdaten. Auch Maschinenparameter, Zustandsdaten, Produktbezeichnungen, Bestellnummern, Handbücher und weitere Informationen stehen den angeschlossenen Systemen zur Verfügung.

Smart Factory bis Losgröße 1

Automatisierungsspezialisten wie SMC sind längst auf diesen Zug aufgesprungen und können bei Bedarf alle Prozessparameter über den digitalen Zwilling der physischen Komponenten an die Maschine übermitteln. Das ist beispielsweise eine der Grundvoraussetzungen, um eine Maschine mithilfe der flexiblen Formatumstellung schnell auf ein neues Produkt einzustellen. In Perfektion umgesetzt, gelingt das sogar bis hinunter in den Bereich der Einzelstückfertigung. „Was heute jedoch noch fehlt“, erklärt Olaf Hagelstein, Product Manager bei SMC Deutschland, „sind weltweite Standards und Protokolle, über die alle Daten bereitgestellt werden. Hier brauchen wir lediglich die Vorgaben der Maschinenhersteller und können dann den digitalen Zwilling erstellen.“

Enabler: IO-Link-Technologie

Ein digitaler Zwilling ist jedoch nur so intelligent wie sein physisches Gegenstück. Daher bietet SMC vernetzte Sensoren und Aktoren, die neben den reinen Prozessdaten über umfangreiche Statusinformationen und Konfigurationsparameter verfügen. Neben den klassischen Feldbussystemen zählen hierzu insbesondere moderne IO-Link-Produkte, die bidirektional kommunikationsfähig sind. Diese kostengünstige Anschlusstechnik hat sich im Zuge der Maschinen-Digitalisierung als besonders geeigneter Standard für die bidirektionale Kommunikation hervorgetan. Zu Recht lässt sich diese Technologie als „Enabler“ für die Industrie 4.0 bezeichnen.

SMC liefert bereits heute die 3-D- und Verhaltensmodelle bei vielen Komponenten standardmäßig mit. Anwender können so mithilfe der IO-Link-Technologie in wenigen Arbeitsschritten vollständige virtuelle Abbilder dieser Komponenten nutzen. Alle beteiligten Abteilungen eines Designprozesses können darüber beispielsweise frühzeitig ihr Know-how in ein gemeinsames digitales Modell überführen, an diesem arbeiten und die Steuerung mit allen Antrieben vor oder parallel zur Maschinenmontage testen.

Beispiel Pneumatikzylinder

Waren Pneumatikzylinder früher schlichte Arbeitstiere, die Werkstücke, Maschinenteile und Roboterarme präzise und zuverlässig, zumeist aber stumm bewegten, haben sie sich heute mit IO-Link Technologie und Positionserkennung an Bord zum smarten Kommunikationspartner der SPS entwickelt. Rüstzeiten sind weitgehend passé, flexibles Aufgabenmanagement schnell umsetzbar. Dazu können Positionssensoren mehrere Schaltpunkte verwalten, sodass auch komplexe Arbeitsschritte einfach zu realisieren sind.

Der permanent wachsende Datenbestand ermöglicht die stete Prozessoptimierung und ganzheitliche Prozessüberwachung mit zielgerichteter Instandhaltungsunterstützung. (Bild: SMC)

Intelligente Peripherie

Heute weit mehr die Regel als die Ausnahme – die intelligente Peripherie. Beim Greifen unterschiedlicher Gebinde in unsortierter Folge, beim Etikettieren verschieden großer Pakete, oder beim Anpressen, Schieben und Fördern von Gütern in unterschiedlicher Lage und mit angepasster Kraft, muss sich die ausführende Peripherie permanent neu anpassen. „Ohne bidirektional kommunikationsfähige Antriebe, die flexibel und schnell die wechselnden Koordinaten und Schaltpunkte umsetzen und ihrerseits permanent Informationen über die aktuellen Positions- und Kraftwerte an übergeordnete Feldbussysteme senden, sind solche Aufgaben nicht lösbar“, erklärt Olaf Hagelstein.

Vorausschauende Wartung

Neben den Positionsdaten können IO-Link-fähige Pneumatikzylinder auch andere nützliche Informationen liefern. Zum Beispiel die Anzahl durchlaufener Zyklen. Damit sind Wartungsintervalle oder notwendige Produktwechsel am Lebensende der Zylinder vorausschauend planbar. Und das, bevor Maschinenausfälle die Produktion lahmlegen. Erst kürzlich hat SMC eine Serie von Positionssensoren vorgestellt, die sich einfach in der C-Nut der hauseigenen Zylinderserien montieren lassen. Damit können Kunden ihre Pneumatikzylinder zu IO-Link-fähigen Aktoren und Sensoren aufrüsten, die mehrere Schaltpunkte verwalten und jederzeit Informationen über die Kolbenposition an übergeordnete Systeme liefern können. So werden aus den einst stummen Arbeitstieren kommunikationsfreudige Datenlieferanten der SPS.

Für Sie entscheidend

Die Vorteile der digitalen Zwillinge

  • beschleunigte Planungs- und Inbetriebnahmezyklen (verbesserte Sicht auf Konfiguration und Zustand von Produktionsanlage und Ressourcen)
  • erhöhte Produktqualität und Reproduzierbarkeit durch bidirektionale Vernetzung von Entwicklung, Planung und Produktion
  • hochflexible Formatanpassung mit schnellen Produktwechseln ohne nennenswerte Rüstzeiten durch Parametrierung über ERP-/MES-Systeme. Einzelstückproduktion in Industriequalität.
  • Umsetzung von Benchmarking über verschiedene Standorte durch holistische Informationen und Datenbanken
  • Ad hoc-Simulation von Kleinserien oder noch nicht geplanten und/oder kundenspezifischen Produkten
  • kontinuierliche Prozessoptimierung für autonome Industrie-4.0-Prozesse und ganzheitliche Prozessüberwachung durch permanent wachsenden Datenbestand

#smartfactory4x4
Wie Industrie 4.0 für eine Handling-Lösung aussehen kann, haben sich vier Unternehmen in einem gemeinsamen Projekt ausgedacht. Innerhalb von vier Wochen wurde eine Pick-and-Place-Anwendung entwickelt, die in Echtzeit über die Cloud ferngesteuert werden kann. Mobil oder per PC von überall auf der Welt. Einzige Voraussetzung: Internetzugang. Der Arbeitsprozess findet über den digitalen Zwilling des Roboters statt.
Näheres dazu unter www.smartfactory4x4.com.

Über den Autor
Autorenbild
Sven Haindl, Sales Appliction Engineer Servo Technology SMC

Über die Firma
SMC Deutschland GmbH
Egelsbach
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