Sick Wireless Kart Trace: Digitale Fertigung mit interoperabler Sensorkommunikation

Dass Daten die Grundlage von Industrie 4.0 sind, ist kein Geheimnis. Aber was bedeutet das für die ganz realen Fertigungsprozesse? Die Vision der smarten Fabrik und der dafür notwendigen transparenten Informationsflüsse stellt Entscheider bereits heute vor eine Reihe von Herausforderungen. Mit dem Center Connected Industry hat Sick im Rahmen eines gemeinsamen Projekts einen Ausflug in die vernetzte Fabrik gemacht und die interoperable Sensorkommunikation für digital unterstützte Fertigungsprozesse realisiert.

Idealerweise setzt Industrie 4.0 eine einheitliche Steuerung vernetzter Produktionsprozesse voraus. Heute wird dies durch die oft heterogene Systemlandschaft verkompliziert, die in den Fertigungen vieler Unternehmen historisch gewachsen ist. Bisher stand im Vordergrund, für einzelne Fertigungsstationen und die gerade aktuelle Aufgabenstellung, eine ideale und damit meist lokale Lösung zu suchen. Damit Industrie 4.0 Wirklichkeit wird, müssen diese Systeme zukünftig jedoch harmonisch miteinander kommunizieren. Das macht eine Standardisierung von Schnittstellen notwendig. Standardisierte Schnittstellen tragen maßgeblich zur Effizienzsteigerung und zur Optimierung von Durchlaufzeiten von Fertigungsaufträgen bei. Dabei müssen die Produktionsprozesse digital vollständig und konsistent abgebildet werden – es muss ein digitaler Zwilling der Produktionsanlage und jedes Werkstücks entstehen, das virtuell die gleichen Stationen durchläuft, wie sein real produziertes Gegenstück.

Wireless Kart Trace mit eventbasierter Systemarchitektur

Ein Beispiel für die Vorteile interoperabler Sensorkommunikation zeigt das industrielle Konsortialprojekt „Wireless Kart Trace“, das in der Demofabrik des RWTH Aachen Campus einen digital unterstützten Montageprozess der Kart-Fertigung darstellt. Grundlage des vorgestellten Modellsystems ist eine Echtzeitdatenerfassung, die mittels eindeutiger Identifikation die Montage falscher Teile oder richtiger Teile am falschen Ort erkennt. Mittels einer interaktiven Prozessvisualisierung mit dem virtuellen 3D-Modell wird der Monteur durch den Prozess geführt.

Der digitale Zwilling meldet den Zustand seines realen Gegenstücks im Verlauf der gesamten Montagekette. Auch die Informationen jeder einzelnen Montagestation fließen in den Prozess mit ein. Ausgangsbasis für die Identifikation, Positionierung und die Verbauprüfung bildet die RFID UHF Technologie. So lässt sich prüfen, ob das jeweilige Bauteil in der Stückliste überhaupt vorgesehen ist und die Montage der Teile in der richtigen Reihenfolge erfolgt. Der richtige Montageort lässt sich durch einen messenden RFID-Reader mit Winkelerkennung des Tags zum Reader feststellen und wird im 3D-Modell des Karts abgebildet.

Als Besonderheit steht im Center Connected Industry und der angeschlossenen Demofabrik bereits die Mobilfunktechnologie der fünften Generation (5G) durch Ericsson zur Verfügung. Diese wird im Projekt mit implementiert und als Datenverbindung für die Fabrikautomatisierung der Zukunft getestet.

Basis der Sensorkommunikation ist eventbasierte Architektur

Die Grundlage für die interoperable Sensorkommunikation, d. h. zur Gewährleistung des reibungslosen Zusammenspiels der einzelnen Komponenten, ist die eventbasierte Architektur, die Sensormeldungen in EPCIS-Produktionsereignisse codiert und über den OPC UA Kanal rückmeldet: Das heißt, die Prozessteilnehmer kommunizieren über eine im Gerät implementierte EPCIS ( Electronic Product Code Information Services) und OPC UA Standardschnittstelle mit dem Netzwerk und ermöglichen so transparente Montageabläufe durch die zeitpunktbezogene Protokollierung von Ereignissen und die systemübergreifende Verfügbarkeit der Daten. Mit diesen Standards können auch unterschiedliche ERP-Systeme die Daten abfragen und verarbeiten. Das eröffnet neue Perspektiven in den Reichweiten der Netzwerke. Von der Vernetzung einzelner Produktionsprozesse über eine Anbindung ans unternehmenseigene ERP-System bis zur Einbeziehung externer IT-Systeme, z. B. von Zulieferern und Distributionsdienstleistern.

Industrie 4.0 ist keine Raketenwissenschaft. Aber wir müssen umdenken und uns an neue Horizonte in der Systemvernetzung wagen. Industrie 4.0 benötigt eine hoch entwickelte, flexible System-Infrastruktur mit interoperablen und mobilen Schnittstellen, um relevante Informationen direkt an relevante Systeme oder Nutzer bereitzustellen. Dass das möglich ist, zeigt der digital unterstützte Montageprozess in Aachen.

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