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Im Technologienetzwerk Intelligente Technische Systeme Ost-Westfalen-Lippe (kurz: It‘s OWL) arbeiten rund 200 Unternehmen und Forschungseinrichtungen seit 2012 an Lösungen, mit denen vor allem kleine und mittlere Unternehmen in Deutschland ihre Produktion im Sinne von Industrie 4.0 effizienter und intelligenter gestalten können. Erste Ergebnisse werden auch bereits bei Maschinenbauern in die Praxis umgesetzt.
So hat beispielsweise Weidmüller gemeinsam mit dem Institut für industrielle Informationstechnik der Hochschule Ostwestfalen-Lippe Hard- und Software entwickelt, mit denen Daten aus Maschinen und Anlagen verarbeitet werden können. Temperatur, Druck, Stromspannung oder Drehzahl können so schnell und sicher erfasst und ausgewertet werden. Unter Einbeziehung von intelligenten Verfahren, wie dem maschinellen Lernen, lassen sich Anomalien erkennen und unbekannte Prozesszusammenhänge aufdecken. Funktionen wie Zustandsüberwachung, Datenverschlüsselung und Selbstkonfiguration können direkt in die Mikrochips und Automatisierungsgeräte implementiert werden. Der Einsatz erfolgt nicht nur in Cloud-basierten Systemen, sondern auch in direkter Prozessnähe, also „on premise“.
Damit kann zum Beispiel vorhergesagt werden, wann ein Teil der Maschine verschleißt. Wartungs- und Austauscharbeiten können dann frühzeitig vorgenommen werden, ohne dass die Maschine ausfällt. Gleichzeitig analysieren die Komponenten den Energieverbrauch der Maschine. Die Einstellungen der Maschinen passen sich automatisch an sich ändernde Umgebungsbedingungen und neue Prozesse an. So werden die Produktivität erhöht und gleichzeitig die Produktionskosten gesenkt.
Das Analyseverfahren eignet sich etwa zur vorausschauenden Wartung in der Kunststoffverarbeitung. In Spritzgussmaschinen können die Antriebe und die Heißkanaldüsen überwacht werden, mit denen Granulat in die Kunststoffformen gefüllt wird. Fehler werden so erfolgreich erkannt und behoben, bevor sie entstehen. Der schweizerische Spezialist für intelligente Weiterverarbeitungssysteme für die Zeitungs- und Zeitschriftenproduktion, Ferag, setzt etwa auf die Lösung des Detmolder Verbindungstechnikunternehmens. Damit erkennt der Anwender den Verschleiß der Förderketten zuverlässig im Vorfeld. Auf Basis der Ergebnisse will das Unternehmen künftig neue datengetriebene Servicemodelle erarbeiten.
Schnell produzieren – in Losgröße eins
Ein weiterer Baustein für zuverlässige und produktive Maschinen ist die Steuerungstechnik. Beckhoff Automation hat im Spitzencluster It‘s OWL gemeinsam mit Forschungseinrichtungen und Industriepartnern aus dem Maschinenbau und der Küchenmöbelindustrie hoch performante Steuerungstechnik und eine Scientific- Automation-Plattform erforscht.
Kern der leistungsfähigen Steuerungstechnik sind Industrie-PCs mit Mehrkerntechnologie. Dabei wird die Steuerungssoftware von komplexen Produktionsmaschinen auf den Kernen eines Many-Core-PCs verteilt und unter Echtzeitbedingungen hoch performant und präzise abgearbeitet. Testanwendungen des Herstellers belegen, dass allein durch Nutzung der Many-Core-Technologie Prozesszeiten von bis zu 10 % eingespart werden können.
Die Steuerungstechnik des Verler Automatisierungsherstellers bietet ausreichend Rechenleistung für den Einsatz von Scientific Automation in der Produktion. Darunter versteht man die Integration von Messtechnik, Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) sowie Analyse- und Lernverfahren in die Standard-Automatisierungstechnik. Dadurch können beispielsweise Schwingungen, Temperaturen, Drücke oder Energieverbräuche präzise erfasst und direkt in der Steuerung ohne Verlustzeiten analysiert werden. Das herstellereigene Softwarewerkzeug Twincat Analytics erstellt ein komplettes zeitliches Abbild des Prozesses und der Produktionsdaten.
Das Maschinenbauunternehmen Schirmer setzt Scientific Automation beispielsweise in einem seiner Sägemodule um und spart so jährlich etwa 17 % an Energie ein. Außerdem konnte der Hersteller damit Verschleiß und die Geräuschbelastung reduzieren.
Drehzahlvariabler Motor am starren Netz
Eine dritte Stellschraube für die flexible Fertigung ist die Antriebstechnik, die Unternehmen mit intelligenten Elektromotoren von Lenze leistungsfähiger und kostengünstiger gestalten können. Bislang war die Welt der Elektroantriebe in „Netzmotoren“ und „drehzahlvariable Antriebe“ eingeteilt. Typische Eigenschaften eines Netzmotors sind seine Vier-Quadrantenfähigkeit, sinusförmige Netzstromaufnahme, geringe Störaussendung, aber auch Blindleistungsaufnahme, geringes Anlaufmoment und eine feste Drehzahl. Vorteile eines drehzahlgeregelten Antriebs sind demgegenüber variable Drehzahl, hohe Anlaufmomente und geringe Blindleistung im Netz. Nachteile sind der zusätzliche Aufwand bei generatorischem Betrieb, nichtsinusförmige Netzströme und ein hoher Pegel hochfrequenter Störaussendungen.
In einem Projekt des ostwestfälischen Spitzenclusters hat Lenze gemeinsam mit dem Institut für Energietechnik der Hochschule Ostwestfalen-Lippe ein Motorkonzept entwickelt, das die positiven Eigenschaften beider Antriebsarten vereinigt. Für einen solchen Motor wurde die zur Drehzahlstellung notwendige Elektronik auf die Rotorseite des Motors verlegt. So können am Netz betriebene Elektromotoren künftig eigenständig ihre Drehzahl an den individuellen Bedarf von Produktionsmaschinen anpassen. Elektromagnetische Störungen im Stromnetz entfallen und frei werdende Energie kann ohne zusätzliche Komponenten ins Netz zurückgespeist werden, heißt es vom Hersteller. Darüber hinaus wird die Baugröße des Motors reduziert. Insgesamt werde die Antriebstechnik so günstiger und leistungsfähiger.
Einsatzbereiche sieht der Anbieter vor allem in der Fördertechnik. Der Forschungsansatz kann aber auch auf weitere Anwendungen übertragen werden, wie etwa in Nebenaggregate von Nutzfahrzeugen, in Antriebe für Postverteilzentren und in Getränke-Abfüllmaschinen.
It‘s OWL im Überblick:
- Rechtsform: it‘s OWL Clustermanagement GmbH
- Gegründet: 2012 im Rahmen des Spitzencluster-Wettbewerbs des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF)
- Mitglieder: rund 200 Unternehmen und Forschungsinstitute
- Projekte: Mehr als 170 Transferprojekte, rund die Hälfte abgeschlossen; etwa 50 konkrete Forschungsprojekte
- Angebote für Unternehmen: Demonstrationszentrum Smart FactoryOWL – Möglichkeit für KMU, neue Technologien zu erleben; Quick Checks: Forschungsexperten untersuchen die Produktion von Unternehmen und zeigen konkrete Optimierungsmöglichkeiten auf
- Förderung Spitzencluster: Bis 2017 rund 40 Mio. Euro vom BMBF; ab 2018 Unterstützung durch das Land Nordrhein-Westfalen
Weitere Informationn unter: www.its-owl.de
