Intelligente Komponenten

Grundlage für die vernetzte Fabrik der Zukunft 

Intelligente Komponenten

Die Grundlage der künftigen Produktionssysteme sind intelligente Komponenten. Darunter versteht man in sich abgeschlossene, autonom funktionierende mechatronische Baugruppen. Sie optimieren den Produktionsprozess dank erhöhter Funktionalität – von der Inbetriebnahme bis hin zum laufenden Betrieb

Zukünftige Produktionssysteme bauen auf autonom funktionierenden mechatronischen Baugruppen auf. Aufgrund der Kombination von Sensorik, Aktorik sowie Datenverarbeitung und -kommunikation werden diese Baugruppen auch als intelligente Komponenten bezeichnet. Diese vernetzen, organisieren und konfigurieren sich selbst, um so Aufträge der übergeordneten Steuerungsebene zu übernehmen. Ein Beispiel für eine intelligente Komponente ist das CPS Stopgate von Festo. 

Die technologische Herausforderung bei der Entwicklung von intelligenten Komponenten ist die miniaturisierte Realisierung von leistungsfähigen Embedded Systems. Um solche vernetzten Gesamtsysteme zu ermöglichen, entwickelt Festo beispielsweise Technologien wie die Feinwerktechnik und die Mikrosystemtechnik intensiv weiter.

Als Innovationsführer setzt Festo seit vielen Jahren Impulse für die Fabrikautomation und bietet ein breites Produktportfolio für die Antriebstechnik. Daher nutzt Festo intelligente Komponenten, um das Engineering bei der Konfiguration, der Inbetriebnahme und im laufenden Betrieb von Anlagen zu erleichtern und zu beschleunigen.

Komponenten für die Industrie 4.0

In der  Vision von Industrie 4.0 stehen alle relevanten Daten des Produktionsprozesses in Echtzeit zur Verfügung. Voraussetzung dafür sind intelligente Komponenten. Sie spielen in sämtlichen Industrie 4.0-Prozessen die zentrale Rolle für den durchgängigen und einheitlichen Informationsaustausch.

Eine Industrie 4.0-Komponente zeichnet sich durch folgende „4-i-Eigenschaften“ aus:

  • Intuitiv: Bei den zunehmend veränderlichen Prozessen muss der Mensch immer häufiger mit der Technik interagieren. Das heißt, die Technik muss den Menschen verstehen und umgekehrt – und das intuitiv..
  • Intelligent: Schon heute gibt es in der Automatisierungstechnik Funktionsintegration und zunehmende Intelligenz, zum Beispiel in der Ventilinsel mit integrierter speicherprogrammierbarer Steuerung oder Vakuumgreifer inklusive Diagnosefunktion.
  • Integrierend: Die Plug and Produce-Fähigkeit ermöglicht den Modulen, sich am Leitrechner anzumelden und ihre Fähigkeiten zu übermitteln. Daraufhin werden sie in den Produktionsprozess eingeplant und neue Kapazitäten für die Produktion werden ausgegeben.
  • Internetfähig: Durch die WLAN-Fähigkeit der Komponenten können dezentrale autonome Systeme innerhalb des Produktionsprozesses aktiv miteinander kommunizieren, durch Standardisierung system- und herstellerunabhängig.

Plug and Produce-Fähigkeit

Dank integriertem Controller und anpassungsfähigen Schnittstellen, die den Aufwand für Montage, Konfiguration und Systemintegration auf ein Minimum reduzieren, sind intelligente  Komponenten fähig für „Plug and Produce“. Vorkonfigurierte Controller erleichtern die Inbetriebnahme, so dass keine detaillierten Kenntnisse von Antrieben oder Steuerungen notwendig sind.

Das Prinzip „Plug and Produce“ gleicht dem einer USB-Schnittstelle am Computer, über die sich angeschlossene Geräte direkt beim Rechner anmelden und mit diesem kommunizieren. Genauso sollen sich in der Fabrik der Zukunft auch einzelne Komponenten eigenständig in der Produktionsanlage anmelden.

CPS Stopgate

Im Forschungsprojekt OPAK (Offene Engineering-Plattform für autonome, mechatronische Automatisierungskomponenten in funktionsorientierter Architektur) wurden intelligente „Plug and Produce“ Komponenten entwickelt, die in ihrem Controller alle zum Betrieb benötigten Informationen in sich tragen und über anpassungsfähige Schnittstellen verfügen.  

Das integrierte Stopper-Modul „CPS Stopgate“ ist der Prototyp einer intelligenten Komponente. Dieses integriert in einer Komponente sowohl die benötigte Aktorik, als auch die Sensorik und Steuerung für einen gezielten Stopp von Werkstückträgern an einem Transportband. Über eine standardisierte Schnittstelle wird die Funktion des Stopper-Moduls – zum Beispiel „block“ oder „let pass“ – für die gesamte Produktionsanlage zur Verfügung gestellt. Die Verkabelung ist bereits in der Komponente integriert, so dass außen nur je eine Steckverbindung für Druckluft, Strom und Signal nötig ist, was den Verkabelungsaufwand verringert.

Das Stopgate kommt zum Beispiel innerhalb der Lernfabrik CP Factory von Festo Didactic zum Einsatz, die der Forschung und dem zukunftsorientierten Unterricht zum Thema „Integrated Industry“ dient.