eXtreme Fast Automation – Effizienzsteigerung von Standardbearbeitungsmaschinen (itsowl-efa)

Problemstellung
Vor dem Hintergrund des zunehmenden Wettbewerbs und knapper Ressourcen steigen die Anforderungen an die Produktivität, Zuverlässigkeit und Effizienz von Bearbeitungsmaschinen, wie z. B. Montage- und Fertigungsanlagen für die Möbelindustrie. Um diese zu steigern, müssen Prozessparameter, wie die Werkzeugposition oder Drehzahl, hochpräzise eingestellt und in Echtzeit synchronisiert werden. Bisher kann die Automatisierungstechnik diese Funktionen nur für kleine Anwendungen gewährleisten. Bei komplexen Maschinen und Anlagen ist dies nicht möglich, da die Rechenleistung der Maschinensteuerung zu gering ist, um die erforderlichen Datenmengen zu verarbeiten. Daher können Ansätze zur Zustandsüberwachung und Selbstoptimierung bisher nicht in die Automatisierungstechnik integriert werden. Dies führt zu Ausfallzeiten, manuellen Nachjustierungen und Ausschuss.

Projektziele
Ziel des Forschungsprojekts itsOWL-efa ist die Entwicklung von Hard- und Softwarelösungen zur Realisierung intelligenter, leistungsfähiger Steuerungen für Bearbeitungsmaschinen. Durch eine Erhöhung der Rechenleistung soll eine schnellere und präzise Einstellung der Prozessparameter gewährleistet werden. Zudem werden Methoden und Werkzeuge erarbeitet, um die Lösungen einfach in unterschiedliche Bearbeitungsmaschinen zu integrieren.

Vorgehensweise
Dazu werden zunächst die Anforderungen an die Einstellung der Prozessparameter und die erforderliche Rechenleistung zur Verarbeitung der Prozessdaten ermittelt. Auf dieser Grundlage werden Hardware-Lösungen konzipiert, wie z. B. Mikroprozessoren, mit denen die Rechenleistung erhöht werden kann. Durch innovative Software-Lösungen, wie z. B. zur hochpräzisen zeitlichen Abstimmung der Prozessdaten und -zeiten, sollen sich Prozessparameter in Echtzeit einstellen. Darauf aufbauend wird eine intelligente Steuerung konzipiert, die eine Verteilung der Software auf die Mikroprozessoren und eine eigenständige Anpassung der Prozessparameter gewährleistet. Weiterhin werden Werkzeuge entwickelt, mit denen die Lösungen einfach und ohne großen Programmieraufwand in Bearbeitungsmaschinen implementiert werden können. In dem Projekt wird auf die Ergebnisse der Querschnittsprojekte „Intelligente Vernetzung“, „Energieeffizienz“ und „Systems Engineering“ zurückgegriffen. Die entwickelten Ansätze werden anhand von Demonstratoren validiert und anschließend in den Montage- und Fertigungsanlagen sowie Profilbearbeitungsmaschinen der beteiligten Unternehmen eingesetzt.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Durch das Projekt werden die Produktivität, Zuverlässigkeit und Effizienz von Bearbeitungsmaschinen erhöht, ohne dass die Kosten für die Automatisierung steigen. Ausfallzeiten, manuelle Nachjustierungen und Ausschuss werden verringert. Erwartet werden eine Steigerung der Produktivität um 10 v. H. bei einer Reduzierung des Energieverbrauchs um 10 v. H. Die entwickelten Werkzeuge sichern die einfache Implementierung sowohl in neue als auch bestehende Maschinen und Anlagen. Die Ansätze können auf weitere Anwendungen übertragen werden, z. B. auf die Automobilindustrie.

• Beckhoff Automation GmbH & Co. KG
• Hochschule Bielefeld – University of Applied Sciences and Arts (HSBI)
• Hüttenhölscher Maschinenbau GmbH & Co. KG
• Schirmer Maschinen GmbH