Mechatronik

Interdisziplinäre Lösungen für die Produktion von morgen 

Mechatronik

Die Mechatronik ist eine Kernkompetenz von Festo. Sie verbindet die klassischen Disziplinen Maschinenbau, Elektrotechnik und Informatik mit dem Ziel, die Funktionalität technischer Systeme zu verbessern.

Die Anforderungen einer flexiblen, adaptiven, ökonomischen Produktion von morgen geben die Herausforderungen für Fabrik- und Prozessautomation vor. Diesen begegnet Festo mit den  interdisziplinären Ansätzen der Mechatronik.

Die Forschung bei Festo im Bereich der Mechatronik verfolgt das Ziel, die Funktionalität von Systemen und intelligenten Komponenten aus dem modularen Produktbaukasten zu optimieren und innovative Lösungsansätze zu erschließen. 

„Mechatronics is not a new profession. It is a way of thinking.” [J. van Amerongen, University of Twente 1989] So definiert auch Festo die Mechatronik. Denn neben fachlichen Aspekten erfordern Lösungen komplexer Problemstellungen ein vernetztes, interdisziplinäres Arbeiten. Kooperative Entwicklungen für und mit dem Kunden bedeuten Unterstützung entlang der gesamten Wertschöpfung – von der Planung bis zum Betrieb der Produkte.

Regelungstechnik

Die Regelungstechnik spielt für innovative und intelligente Produkte schon heute eine wichtige Rolle und die Bedeutung von geregelten Systemen wird für die Automatisierungstechnik in Zukunft noch weiter zunehmen. Für die Beherrschung komplexer und trotzdem flexibler Systeme ist die Regelungstechnik eine entscheidende Kernkompetenz. Sie wird sowohl in einzelnen Komponenten als auch in automatisierten Anlagen angewendet.

In der Mechatronik-Forschung wird die Regelungstechnik von der Grundlagenforschung bis zur konkreten Umsetzung und Implementierung in der gesamten Bandbreite disziplinenübergreifend bearbeitet. Das Spektrum der Anwendungen reicht vom Proportionalventil über geregelte pneumatische und elektrische Achsen bis zum Industrieroboter. So erarbeitete die Forschung unter anderem die Regelungstechnik für den Bionischen-Handling Assistenten.

Simulationstechnik

Die Simulationstechnik, und hier speziell die Simulation dynamischer Systeme, ist eine Fachdisziplin, die vom mechatronischen Entwurf in der Produktentwicklung über Hardware-in-the-Loop Verfahren für komplexe Steuergerätetests bis zur virtuellen Inbetriebnahme von Anlagen eingesetzt wird.

In der Forschung bei Festo werden Ventile, pneumatische und elektrische Antriebe und Achsen, Handhabungssysteme und Roboteranwendungen in verschiedenen detaillierungsstufen dynamisch simuliert. Mit Hilfe der Simulationsstudien lassen sich effiziente dynamische Systemanalysen und Produktoptimierungen durchführen. Die Simulationsmodelle dienen auch als Basis für die Auslegung geregelter Systeme und Echtzeitsimulationen für Hardware-in-the-Loop Testszenarien.

Softwareentwicklung für Embedded Systems

Die Intelligenz von technischen Komponenten und Systemen sitzt in Mikroprozessoren, die quasi das Gehirn von technischen Produkten sind. Die eigentliche Intelligenz steckt aber in den Algorithmen und Verfahren, die in verschiedenen Programmiersprachen implementiert und auf den Mikroprozessoren und Steuerungen ausgeführt werden. Smarte, hoch funktionale und vernetzbare Produkte sind heute ohne integrierte, also Embedded-Software, nicht mehr denkbar. Der Softwareanteil mechatronischer Produkte wird in Zukunft weiter steigen.

Die Forschung bei Festo befasst sich im Embedded-Software Bereich mit einer großen Bandbreite der mikroprozessor- und steuerungsbasierten Programmierung: Für hoch dynamische, spezifische Funktionalitäten wird die FPGA-Programmierung eingesetzt. Die Implementierung von komplexen Funktionen erfolgt in der Hochsprache C. Außerdem beschäftigt sich die Forschung mit der Anwendungsprogrammierung für SPS. Für die Programmierung beziehungsweise die Codierung setzt Festo auf moderne modellbasierte Entwicklungswerkzeuge und Tools zur automatischen Codegenerierung.

Vernetzte Komponenten

Moderne Automatisierungskonzepte verlangen eine zunehmende Integration von Funktionen. Dazu gehören beispielsweise mehr Rechenleistung und sensorische Fähigkeiten. Durch das intensive und gut koordinierte Zusammenspiel, also die Vernetzung von intelligenten Systemkomponenten, ist die effiziente Inbetriebnahme und der Betrieb von mechatronischen Systemen möglich. Die Übertragung von technischen Informationen muss vom einfachen Sensorsignal auf der unteren Komponentenebene bis zur komplexen Botschaft auf Leitebene sicher und durchgängig gewährleistet sein.

Die Forschung bei Festo beschäftigt sich in diesem Kontext mit modernen Verfahren zur drahtlosen Informationsübertragung und den damit verbundenen Herausforderungen bezüglich Datensicherheit. Weiterhin werden verschieden Ansätze zu standardisierten Datenformaten im Industrie 4.0 Kontext untersucht und mitgestaltet.

Handhabungstechnik und Robotik

Moderne Handhabungssysteme und Roboter setzen ein optimales Zusammenspiel von Mechanik, Leistungs- und Regelelektronik und Steuerungstechnik voraus. Im Sinne eines modellgestützten mechatronischen Entwurfs werden die Simulationstechnik, die Regelungstechnik sowie Steuerungstechnik im Bereich der Handhabungstechnik angewendet.

Im Rahmen von Kundenprojekten entwickelt die Forschung bei Festo Handhabungssysteme und Robotiklösungen mit Komponenten von Festo und stellt auch Grundelemente für den Handhabungsbaukasten von Festo zur Verfügung. Im Bereich der Grundlagenarbeit werden neue Ansätze zur Mensch-Robotik Kooperation und der Entwicklung von nachgiebigen Robotergelenken für die Interaktion mit dem Menschen untersucht, wobei auf pneumatische und elektrischen Antriebstechnik zurückgegriffen wird.