Forschung zu Industrie 4.0

Produktionssysteme der Zukunft 

Industrie 4.0

Festo betrachtet den Wandel in der Produktion ganzheitlich aus unterschiedlichen Perspektiven und bezieht neben der Technologie auch weitere Gesichtspunkte wie die Interaktion zwischen Mensch und Technik und das Thema Ausbildung und Qualifizierung ein. Gemeinsam mit Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft forscht Festo an neuen Lösungen und Technologien für die Produktion der Zukunft.

Aktive Netzwerktätigkeiten und Gestaltung von Standards

Um wichtige Themen von Industrie 4.0 – wie durchgängige Kommunikation und serviceorientierte Architektur – mitzugestalten und Impulse für die eigenen Produkte aufzunehmen, ist Festo Mitglied in verschiedenen Netzwerken.

Plattform Industrie 4.0

Plattform Industrie 4.0

Festo ist sowohl im Lenkungskreis, als auch in verschiedenen Arbeitsgruppen der bundesweiten Plattform Industrie 4.0 vertreten, die das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 eingebettet in der Hightech-Strategie der Bundesregierung weiterführt. Festo arbeitet dort gemeinsam mit weiteren Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft aktiv an der Entwicklung von Technologien, Standards, Geschäfts- und Organisationsmodellen zu Industrie 4.0 und deren praktischen Umsetzung.

Für eine schnelle Umsetzung in die industrielle Praxis ist ein konsensbasierter, forschungsbegleiteter Standardisierungs- und Normungsprozess unerlässlich. Deshalb engagiert sich Festo insbesondere bei  der Erstellung und Umsetzung einer Referenzarchitektur, in die eine „Industrie-4.0-Komponente“ eingebettet werden kann. Festo Didactic gestaltet den wichtigen Aspekt Aus- und Weiterbildung in der entsprechenden Arbeitsgruppe.


Labs Network Industrie 4.0

Labs Network Industrie 4.0

Festo ist Gründungsmitglied des Labs Network Industrie 4.0, einer Allianz aus Unternehmen, Verbänden, Politik und Forschung. Der Verein dient als Dialog-, Kompetenz- und Experimentierplattform für deutsche Unternehmen an der Schwelle zu Industrie 4.0.

Die Firmen können neue Technologien, Innovationen und Geschäftsmodelle rund um Industrie 4.0 kennenlernen, in existierenden Pilotinstallationen („Testbeds“) ausprobieren und deren technische und ökonomische Realisierbarkeit vor der Markteinführung evaluieren.


Automation ML e. V.

Automation ML e. V.

Die Automation Markup Language (Automation ML) ist ein offenes, neutrales Datenformat für die Speicherung und zum Austausch von Anlagenplanungsdaten. Ziel von AutomationML sind einheitliche Engineering-Daten für alle Teilschritte und Disziplinen des Engineering-Prozesses in der Fertigungsplanung. Festo ist Mitglied des Automation ML e. V. und im Vorstand des Vereins vertreten. Wir engagieren uns in der weiteren Standardisierung und Verbreitung des Datenformats – insbesondere in der Ausgestaltung von Automatisierungskomponenten im Engineeringdateiformat.

Festo engagiert sich im Automation ML e. V. in mehreren Arbeitsgruppen für die weitere Standardisierung und Verbreitung des Automation ML Formats. Unter anderem leitet Festo die Arbeitsgruppe zur Beschreibung von Automatisierungskomponenten in Automation ML, befasst sich mit der Abbildung von Fluidikplänen und unterstützt die Aktivitäten bezüglich der Schnittstellen zu eClass, OPC-UA und elektrischen CAD-Lösungen. Innerhalb von Festo begleitet die Forschung Pilotprojekte für den toolübergreifenden Datenaustausch mit Automation ML und wendet das Format beispielsweise in den Forschungsförderprojekten AVANTI und OPAK an. Die Forschung hat den Produktkatalog von Festo prototypisch als Automation ML Bibliothek abgebildet und arbeitet mit anderen Bereich daran, Kunden zeitnah die Festo Produktinformationen vollumfänglich mittels Automation ML zur Verfügung zu stellen.


OPC-UA

OPC-UA

OPC-UA ist eine Software-Schnittstelle, um Maschinendaten wie Prozess- und Messwerte zu transportieren und maschinenlesbar semantisch zu beschreiben. Sie ist herstellerneutral und ermöglicht Komponenten die Fähigkeit zu „Plug and Produce“.

Festo ist Mitglied der OPC Foundation und nutzt den Kommunikationsstandard für intelligente Ventilinseln und ein wachsendes Portfolio an Steuerungslösungen. Ein Beispiel ist die Steuerung CPX-CEC. Hierbei engagiert sich Festo in der weiteren Entwicklung des Kommunikationsstandards für die Industrie 4.0.

Der Kommunikationsstandard OPC-UA findet in Festo Forschungsprojekten Verwendung für den Datenaustausch außerhalb zeitkritischer Anwendungen. Außerdem werden in zukünftigen Forschungsprojekten Echtzeitsysteme auf Basis von OPC-UA bearbeitet. Die Generierung von OPC-Servermodellen aus Engineeringdaten ist ein weiteres Entwicklungsfeld. Die Forschung unterstützt die Produktionswerke von Festo bei der Einführung von OPC-UA in der eigenen Produktion.


Anwendungsfälle und Testbeds

Handhabungsgerät ohne Schaltschrank – Virtuelle Inbetriebnahme

Das High-Speed-Handling mit CPX und dem integrierten Antrieb EMCA mit 100 Picks pro Minute ermöglicht freie Bewegungen im Raum. Die Automatisierungsplattform CPX integriert die komplette elektro-pneumatische Steuerkette über eine Codesys-Steuerung: vom E/A-Signal über einfache elektrische und pneumatische Bewegungen bis zur Transformation der Tripod-Modelle mit Kalibrierungsoption.

Die Steuerung erfolgt über die CPX. Ursprünglich als Ventilinsel mit Remote I/O konzipiert, ermöglicht sie nun auch die dezentrale Automation in der Maschine. Gemeinsam mit dem elektrischen Antrieb EMCA kommt der Tripod erstmals komplett ohne Schaltschrank aus.

Mit dem Tripod wird die Verbindung vom realen System zur virtuellen Welt hergestellt und die Virtuelle Inbetriebnahme unter Nutzung von CIROS veranschaulicht. Die CIROS-Simulation von Festo Didactic übernimmt den Tripod als Modell aus dem CAD-System. Nach und nach werden im Entwicklungsprozess virtuelle durch reale Komponenten ersetzt. Das verbessert die Qualität, verkürzt die Inbetriebnahmezeit und ist wegweisend für Industrie 4.0. In Zukunft soll AML (Automation Markup Language) als Datenaustauschformat der Industrie 4.0 der Standard für diese Simulationen werden.


REF

Research Experimental Factory (REF)

Die Research Experimental Factory (REF) ist eine von der Forschung entwickelte Produktionsanlage zum Forschen, Entwickeln und  Testen von Pilotapplikationen für Industrie 4.0. Die REF stellt ein realitätsnahes Produktionsumfeld dar, wie es bei vielen Kunden von Festo stehen könnte: Von der Komponente bis zum MES-System ist eine komplette Produktionslinie aufgebaut. Echte Produkte werden mit realistischen Zykluszeiten bearbeitet. Neben Festo Komponenten sind auch Fremdprodukte integriert, somit kann das Zusammenspiel von Komponenten unterschiedlicher Hersteller getestet werden.

Produkte, zum Beispiel neue Antriebe, Greifer oder ganze Handling-Systeme, können genauso in die REF integriert und erprobt werden, wie produktübergreifende Automatisierungs- und Software-Konzepte.

Der modulare Aufbau der REF ermöglicht es, dass neue Produktionsstationen über eine elektromechanische Plug-and-Produce-Schnittstelle angedockt werden können. Dies erleichtert und verkürzt die Inbetriebnahme und macht die Produktionsanlage wandlungsfähig.


Flexible und wandlungsfähige Montage

In der  Technologiefabrik Scharnhausen entsteht  eine Anlage für die variantenreiche Ventilproduktion von kleinen bis mittleren Stückzahlen. Dabei unterstützt die Forschung bei der Planung – insbesondere in Bezug auf die Steuerungsarchitektur und die Umsetzung der Wandlungsfähigkeitsprinzipien. Dafür werden Prozessstationen entwickelt, die produktunabhängig Aufgaben wie schrauben, einpressen, fetten oder zuführen erfüllen können.

Vorbereitet und getestet werden diese Entwicklungen auf der Research Experimental Factory (REF). Das dort gewonnene Wissen wird auf die Technologiefabrik Scharnhausen transferiert.

Zum Energietransparenzsystem


Forschungsprojekte zu Industrie 4.0

Gemeinsam mit Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft forscht Festo an neuen Lösungen und Technologien für die Produktion der Zukunft. Festo ist an folgenden Forschungsförderprojekten beteiligt:

ENTOC

Der Engineeringprozess für Produktionsanlagen ist aufwändig und komplex. Die Automobilindustrie möchte die dafür benötigte Zeit durch virtuelle Inbetriebnahme der Anlagen deutlich reduzieren. Voraussetzung dafür ist eine durchgängige Engineering-Toolchain mit standardisierten Beschreibungsformaten und Schnittstellen. Diese erleichtern die Planung, Konstruktion, Programmierung und die reale Inbetriebnahme und spart somit Zeit und Kosten. Daran forscht Festo gemeinsam mit Daimler und anderen Partnern im Forschungsprojekt ENTOC.

Für die virtuelle Inbetriebnahme ist es wichtig, die Realität ausreichend detailgetreu abzubilden. Dazu benötigt man auch Modelle der Komponenten, die in das Gesamtabbild der Anlage integriert werden. So können unbeabsichtigte Kollisionen vermieden, Prozessabläufe im Hinblick auf die Taktzeit optimiert und Steuerungsabläufe im Voraus programmiert werden. Zudem lassen sich Szenarien beispielhaft durchspielen, um Fehler im Bewegungsablauf oder der Programmierung und deren Auswirkungen zu simulieren. Dadurch reduzieren sich Kosten und Aufwand für die Inbetriebnahme und der Sicherheitsstandard im Betrieb erhöht sich.

Zum Forschungprojekt ENTOC


ARIZ

ARIZ

Die Rolle des Menschen in der Produktion von morgen wird häufig diskutiert. Welche neuen Aufgaben kommen hinzu? Welche können Roboter übernehmen und wie arbeiten Menschen und Roboter zusammen? Antworten auf diese Fragen und weitere Praxislösungen erforscht Festo gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie im Projekt „Arbeit in der Industrie der Zukunft“ (ARIZ). Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der sicheren Mensch-Roboter-Kooperation.

Maschinen und Roboter mit umfassenden Sicherungssystemen und entsprechender Sensorik ermöglichen, dass Mensch und Maschine sich im gleichen Arbeitsraum bewegen und ohne Schutzkäfig zusammenarbeiten können. Festo sammelt bereits seit der Eröffnung der Technologiefabrik Scharnhausen im Jahr 2015 Erfahrungen mit der Interaktion von Produktionsmitarbeiter und Roboter. Ein Montageroboter darf ohne Sicherheitszaun neben dem Menschen arbeiten. Er entlastet seine menschlichen Kollegen in der Ventilmontage und übernimmt die ermüdenden und belastenden Greif- und Fügeaufgaben. Eine hochsensible Sensorhaut auf dem Roboterarm überwacht die Bewegungen des Roboters: Sobald ihm ein Mitarbeiter zu nahe kommt, hält er komplett an. Ein Hauptziel des Projekts ARIZ ist es, einen flexiblen und wandlungsfähigen Produktionsassistenten in sicherer Mensch-Maschine-Kooperation aufzubauen.

Zum Forschungsprojekt ARIZ


MetamoFAB

MetamoFAB

Im Verbundprojekt MetamoFAB entwickelt Festo gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie Lösungen, um die Metamorphose zu intelligenten und vernetzten Fabriken zu ermöglichen. Alle beteiligten Akteure wie Menschen, Maschinen, Werkstücke und Informationstechnik müssen dabei einbezogen werden. Das erarbeitete Wissen fließt bei Festo in das für die Technologiefabrik Scharnhausen entwickelte Energie Transparenz System ein.

Dieses System soll zukünftig alle benötigten Informationen in der Technologiefabrik  erfassen und so zusammenführen, dass ein möglichst energieeffizienter Betrieb des Werkes gewährleistet werden kann. Das Forschungsprojekt MetamoFAB wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Mehr zum Forschungsprojekt MetamoFAB


ParsiFAl 4.0

Im Forschungsprojekt ParsiFAl 4.0 entwickelt Festo mit verschiedenen Kooperationspartnern multifunktionale Systeme  in dünnen Folien. Pneumatische Antriebe können durch die neuartigen Labels (Smart Sensor System) Informationen über den Produktionsprozess sammeln, bewerten und austauschen. Einfache Pneumatikkomponenten erhalten durch das Anbringen eines solchen Foliensystems die Funktionalitäten eines cyber-physischen Systems und werden damit zur intelligenten, dezentralen Industrie-4.0-Komponente.

Die mikroelektronischen Sensorsysteme in dünnen Folien stellen  einen völlig neuen Ansatz bei der Vernetzung von Komponenten für den Einsatz in intelligenten Produktionsanlagen dar.

Im konkreten Anwendungsfall sollen dünne Elektroniksysteme,  wie ein Klebestreifen auf einem pneumatischen Antrieb von Festo angebracht werden. Die erfassten und vorverarbeiteten Sensor- und Nutzdaten werden dann drahtlos und sicher an eine entsprechende Steuerung gesendet. So können Antriebsdaten wie Position, Dynamik und Umweltparameter überwacht werden. Die Ansteuerung des Antriebs lässt sich nachgelagert durch selbstlernende Systeme optimieren. Ein Energy Harvesting System und eine Dünnfilmbatterie versorgen das Foliensystem mit Energie.

Zum Forschungsprojekt ParsiFAl 4.0


Weitere Forschungsprojekte:

ESIMA

APPsist

SOPHIE

InnoCyFer

BigDieMo