Im Rahmen der International Conference on Sustainable Manufacturing (ICSM) 2018 in Shanghai wurden am 03.November 2018 erste Ergebnisse des Projekts “Deutsch-Chinesische Industrie 4.0 Fabrikautomatisierungsplattform (Sino-German Industry 4.0 Turnkey Platform, I4TP)” vorgestellt. Ziel dieses ersten binationalen Kooperationsprojekts zu Industrie 4.0 ist es, Produktionssysteme künftig flexibel und kostengünstig an unterschiedliche Produktionen anpassen zu können. Notwendig hierfür ist es, einen integrierten Ansatz entlang der Wertschöpfungskette für Engineering und Produktion für eine Fabrikautomatisierungsplattform von Herstellern, Zulieferern und Forschung aus China und Deutschland zu schaffen. Aus diesem Grund werden in I4TP für die Zusammenstellung, Inbetriebnahme und den Betrieb von Produktionssystemen gemeinsam herstellerübergreifende Lösungen entwickelt. Die Phasen und Schwerpunkte des Projektrahmens sind in Abbildung 1 (s.u.) dargestellt.
Motivation
Kürzer werdende Lebenszyklen und steigende Individualisierung von Produktionsgütern bis zur Losgröße 1 erfordern eine einfache und schnelle Konzeption und Inbetriebnahme von Produktionssystemen bei niedrigen Kosten. Gleichzeitig nimmt die Komplexität von Einzelmaschinen und Komponenten und damit ganzer Produktionssysteme zu. Komponentenhersteller haben im Gegensatz zu Systemintegratoren keinen direkten Kontakt zum Endkunden und damit schlechter werdenden Marktzugang. Verstärkt wird dies durch an Bedeutung zunehmende neue Geschäftsmodelle, nach denen die Verfügbarkeit und Nutzung von Gesamtsystemen angeboten wird.
Ansatz und bisherige Projektergebnisse
Die gemeinsamen Ansätze und entwickelten Lösungen der 16 Partner aus beiden Ländern sind im in Abbildung 1 dargestellten Projektrahmen verortet. Ausgangspunkt der Plattform ist ein zu produzierendes Produkt. Anhand einer entwickelten Systematik werden im Feature Extractor die Produktinformationen aus einer STEP oder CAD Datei in eine standardisierte Datenstruktur für Produkte und Technologie überführt, die als Basis für die Konfiguration des Produktionssystems dient und zusammen mit weiteren Kundenspezifikationen die Anforderungsliste für das Produktionssystem darstellt.
Darauf aufbauend wurde ein Algorithmus entwickelt, mit dem die genannten Anforderungen und die Eigenschaften und Funktionen der auf der Plattform zur Verfügung stehenden Produktionsmodule verbunden und abgeglichen werden können. Ergebnis des sogenannten Turnkey-Konfigurators sind damit die für die Herstellung des Produkts geeigneten Produktionsanlagen und –komponenten und ihre Verknüpfungsreihenfolge. Der Konfigurator kann hierbei neben einer initialen Konfiguration eines Produktionssystems auch für die Rekonfiguration bestehender Produktionssysteme für neue Aufgaben wie zu integrierende Produkte oder veränderte Losgrößen oder Zusammensetzungen genutzt werden. Berücksichtigt werden hierfür bereits vorhandene Produktionsanlagen und –module. Ergebnis der Konfiguration kann damit beispielsweise sein, dass für die Rekonfiguration auf ein neues Produkt lediglich einzelne neue Komponenten in das Produktionssystem eingebracht oder entnommen werden müssten.
Basierend auf den Ergebnissen des Turnkey-Konfigurators sollen im Rahmen des Turnkey Builders basierend auf den extrahierten Produkt-Features und den ausgewählten Produktionsmodulen automatisiert beispielsweise NC-Programme für Bearbeitungszentren generiert werden und die steuerungstechnische Anbindung der Maschinen nach Plug and Play Prinzipien erfolgen.
Der letzte Themenbereich umfasst die Kommunikation der Maschinen und Anlagen sowie ihren Betrieb. Auch hierbei stehen herstellerübergreifende Lösungen im Fokus, beispielsweise für die Zustandsüberwachung und Anbindung von Sensorik und weiterer Komponenten.
Demo Cases
Zur Visualisierung der Projektziele wurden zu Beginn des Projekts zwei Demo Cases definiert, die in Abbildung 2 (s.u.) dargestellt sind und den Umfang des Projekts zeigen. Abbildung 3 (s.u.) zeigt die Verortung der Demo Cases im Projekt.
Demo Case 1, „Reconfigurable production system based on amtc I40 DemoLine“, beschreibt die Projektziele vom Bereich der Feature Extraktion bis zum Turnkey Builder. Auf Basis der vorhandenen I4.0 DemoLine am Advanced Manufacturing Technology Center (Kooperation des Chinesisch-Deutschen Hochschulkollegs CDHK, des wbk und des College of Mechanical Engineering der Tongji Universität) wurde anhand von zwei in Abbildung 4 (s.u.) dargestellten Demo Produkten der Konsortialpartner Bosch Rexroth und Schunk, einem Hydraulikventil und einem Greifer, die Konfiguration des Produktionssystems für die unterschiedlichen Produktionsaufgaben hinsichtlich der grundsätzlichen Systematik erfolgreich validiert und wird im weiteren Projektverlauf weiterentwickelt und detailliert.
Demo Case 2, „Cloud connectivity of intelligent components“, setzt komplementär zu Demo Case 1 ab dem Turnkey Builder an und beschreibt auch hier herstellerübergreifende Ansätze für eine schnelle Integration von Komponenten ins Netzwerk und die Diagnose und Zustandsüberwachung von Komponenten und Prozessen. Entwickelt wurde hierfür ein Smart Controller, der als herstellerübergreifender Adapter zur schnellen Anbindung von Komponenten ans Netzwerk und zum Auslesen und Überwachen von Komponentendaten genutzt werden kann (Abbildung 5 s.u.). Die Besonderheit des Smart Controllers ist seine Partitionierung mithilfe eines Jailhouse Hypervisors, die ein gleichzeitiges Monitoring echtzeitkritischer Parameter und Best-effort Anwendungen wie die Diagnose eines Verschleißverhaltens einer Komponente erlaubt.
ICSM 2018, Shanghai
Am 02.11.2018 fand zum sechsten Mal die International Conference on Sustainable Manufacturing (ICSM) 2018 in Shanghai statt. Die diesjährigen Themenschwerpunkte waren „Innovation in Smart Products and Smart Production“ sowie „Towards Turnkey Production Systems“. Auf der Konferenz, vor allem mit dem Fokus „Towards Turnkey Production Systems“, stellten einige Konsortialpartner (wbk für KIT, Tongi-AMTC/M für Tongji Universität, Bosch Rexroth, Schaeffler, Schunk und SYMG/iSESOL) ihre Arbeit im Verbundprojekt vor.
Die Konferenzbesucher wurden in der Mittagspause außerdem zum Besuch des Advanced Manufacturing Technology Center (AMTC) eingeladen, an das sie vom Konferenzhotel mit Shuttlebussen gebracht wurden. Hier wurden neben weiteren Entwicklungen Ergebnisse von I4TP vorgestellt und konnten von den Besuchern an der I4.0 DemoLine erlebt werden.
Weitere Informationen zur ICSM:
www.icsm.tech / http://www.vogel.com.cn/top/2018/icsm.tech/index.htm
Abbildung 1: Projektrahmen
Abbildung 2: Demo Cases
Abbildung 3: Verortung der Demo Cases im Projekt
Abbildung 4: Demo Produkte
Abbildung 5: Smart Controller Architektur
Partner Deutschland:
KIT: wbk – Fleischer, wbk – Lanza, IPEK, IMI, ITIV
Industrie: Bosch Rexroth, Schaeffler, Schunk
Partner China:
Tongji Universität Shanghai: AMTC – Zhang, AMTC – Wang, CIMS, Stiftungslehrstuhl Infineon, CEAEC
Industrie: SYMG (Weltgrößter Werkzeugmaschinenhersteller), Microcyber, ITEI
Bildquelle:
Ergebnisse von I4TP wurden auch auf der International Conference on Sustainble Manufacturing (ICSM), Shanghai, vorgestellt, Quelle: wbk KIT