Digital Scout HMI 2021

HANNOVER MESSE DIGITAL EDITION 2021
01 02
Prof. Denkena, was ist in Ihren Augen eine smarte Maschine?
DIE ENTWICKLUNG SMARTER
PRODUKTE ERFORDERT DIE
VERNETZUNG DER GESAMTEN
WERTSCHÖPFUNGSKETTE
Smarte oder „fühlende“ Maschinen, wie wir es in Hannover seit
2005 bezeichnen, sind in der Lage, die in ihnen ablaufenden
technologischen Prozesse zu bewerten und möglichst selbstständig
auf eine aktuelle Situation zu reagieren. Der Kern der
smarten Maschine sind die Daten aus den Prozessen. Diese
gesammelten Daten dienen anschließend der Entwicklung von
Assistenzsystemen für die Arbeitsplanung, der Fertigungsteuerung
sowie der Prozess- und Zustandsüberwachung. Durch eine
intelligente Überwachung des Maschinenzustands können
smarte Maschinen beispielsweise Komponentenausfälle frühzeitig
vorhersagen. Ungeplante Instandhaltungsmaßnahmen
werden dadurch verhindert. Auch die Beeinflussung neuer Produktgenerationen
ist mit der smarten Maschine möglich. Wir
konnten bereits in dem von 2005 bis 2017 laufenden Sonderforschungsbereich
„Gentelligente Bauteile im Lebenszyklus“ zeigen,
dass smarte bzw. „fühlende“ Maschinen durch die kontinuierliche
Datenerfassung auch bei der Verbesserung der nächsten
Produktgeneration helfen. Durch aufgezeichnete Belastungshistorien
können die Schwachstellen aktueller Konstruktionen
behoben oder einzelne Komponenten an die Belastung angepasst
werden.
Was muss der Konstrukteur bei der Entwicklung einer
solchen Maschine grundsätzlich beachten?
Die präzise Erfassung von Prozessdaten ist eine wesentliche
Grundlage der smarten Maschinen. Nur durch intelligent ausgelegte
Sensorsysteme können alle notwendigen Informationen
01 Digitaler Zwilling für die autonome Produktion
02 Integrierte Sensorik und künstliche Intelligenz
machen Maschinen „fühlend“ und smart
erfasst werden. Geeignete Sensorpositionen müssen bereits
frühzeitig identifiziert und notwendige konstruktive Maßnahmen
vorgenommen werden. Zum Beispiel wurden für unsere
„fühlenden Maschinen“ gezielt Kerben in den Spindelschlitten
eingebracht, die zu einer lokalen Dehnungsüberhöhung führen,
ohne die Gesamtsteifigkeit des Schlittens zu beeinträchtigen.
Am Kerbengrund applizierte Sensoren können so selbst geringe
Prozesskräfte erfassen. Dies ermöglicht somit eine hochgenaue
Erfassung des Prozesszustands. Neben der Sensorpositionierung
müssen auch die Kabelführung, Wartungsmöglichkeiten,
Schutzgehäuse und Schnittstellen bedacht werden. Bereits in
der Konstruktion muss festgelegt werden, was überwacht werden
soll und welche Sensortechnologien zum Einsatz kommen.
Ich kann mir vorstellen, dass das – je nach Applikation – recht
komplex werden kann. Welche Methoden und Werkzeuge
können dabei helfen?
Neben einer geschlossenen CAD/CAM-Software sind Softwaretools
zur Simulation des statischen und dynamischen Verhaltens
unerlässlich, um geeigneter Sensorpositionen zu identifizieren
und auszulegen. Die Entwicklung smarter Maschinen
erfordert dabei die gemeinsame Zusammenarbeit unterschiedlichster
Fachbereiche. So werden neben Konstrukteuren auch
Fachkräfte aus dem Bereich der Sensortechnologie, Datenanalyse
und Regelungstechnik benötigt. Nur mit durchgängigen Plattformen
und cross-funktionalen Teams kann die Entwicklung
smarter Maschinen gelingen. Durch agile Methoden können
zudem Fehlentwicklungen bereits frühzeitig erkannt und Produkteinführungszeiten
verkürzt werden.
Das heißt, um smarte Lösungen entwickeln zu können, ist auch
eine smarte Konstruktion gefragt – oder anders: Ein smartes
Produkt ist bereits in seiner Entwicklung smart?
96 DIGITAL SCOUT Ihr Kompass zur Hannover Messe 2021