Session: 7 Mechatronischer Entwurf eines optimalen Versorgungsmoduls für Lebensmittelfarbe (WDB Systemtechnik GmbH) 11. Oktober 2017 Lemgo

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1 Session: 7 Mechatronischer Entwurf eines optimalen Versorgungsmoduls für Lebensmittelfarbe (WDB Systemtechnik GmbH) 11. Oktober 2017 Lemgo

2 Agenda Abschlusspräsentation Einführung Zielsetzung Ergebnisse Resümee und Ausblick it s OWL Clustermanagement GmbH

3 Einführung Vorstellung des Transfernehmers Die WDB Systemtechnik GmbH: Mitarbeiter: 22 Umsatz: 6,64 Mio. Standort: Enger (Westfalen) Produkte: Innovative Drucktechnik Weltweiter Vertrieb Flexolackiermaschinen Flexodruckmaschinen Hohlkörperdruckmaschinen it s OWL Clustermanagement GmbH

4 Einführung Vorstellung des Transfergebers Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM Start am 1. März 2011 als Projektgruppe für Entwurfstechnik Mechatronik des Fraunhofer IPT, Aachen Seit 1. Januar 2017 eigenständiges Fraunhofer- Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM Derzeit 100 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter (Stand 01. September 2017) Heinz Nixdorf Institut Forschungszentrum der Universität Paderborn, gegründet 1987 Derzeit ca. 200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie 9 Professuren it s OWL Clustermanagement GmbH

5 Einführung Motivation/ Ausgangssituation für das Transferprojekt Entwicklung einer Digitaldruckmaschine Bedruckung von Kunstdärmen inkl. Zulassung für Lebensmittelindustrie Hohe Kundenanforderungen Stärken der Maschine Hohe Flexibilität und minimale wirtschaftliche Auflagenhöhen Eigene technische Weiterentwicklungen Innovation im Lebensmitteldruck Digitaldruckkopf + Farbe/ Tinte Farbversorgungsmodul Digitaldruckmaschine Durst Tau 330 Druckkopf Ricoh Bedarf Erweiterung eigener Kompetenzen Entwicklung komplexer technischer Systeme Optimales und bedarfsgerechtes Versorgungsmodul für Lebensmittelfarbe Farbversorgung MegnaJet it s OWL Clustermanagement GmbH

6 Agenda Abschlusspräsentation Einführung Zielsetzung Ergebnisse Resümee und Ausblick it s OWL Clustermanagement GmbH

7 Zielsetzung Mechatronischer Entwurf eines optimalen Versorgungsmoduls für Lebensmittelfarbe Zielsetzung Systematische fachgebietsübergreifende Konzipierung intelligenter technischer Systeme sowie Strukturierung des Entwicklungsprozesses Erweiterung der bisher im Unternehmen eingesetzten Entwicklungs- und Konstruktionsmethoden um Methoden der modellbasierten Steuerungsentwicklung Systematisierung der verfügbaren Versorgungsmodule und Ermittlung der Anforderungen an die Modifizierung und Optimierung der Systemelemente Funktionsfähigkeitsnachweise der Systemelemente mithilfe der Methoden des Systems Engineerings und der modellbasierten Entwicklung Prototypische Umsetzung eines optimierten Farbversorgungsmoduls it s OWL Clustermanagement GmbH

8 Luft Leckagen Wärme- und Lärmemissionen Benutzereingaben Feedback, (Mess)werte Wärme- und Lärmemissionen Benutzereingaben Benutzerschnittstelle Elektrische Energie (Mess) -werte Schaltsignal Elektrische Energie Mechanische Verbindung IO-Modul Pneumatik Drehzahl Mechanische Verbindung Elektrische Energie Umfeldelement Benutzer Systemelement Gesamtsystem Informationsfluss Luft Luft Tinte Schaltsignal Sollwerte Tinte Tinte Drucksignal Tinte Schaltsignal Tinte Mechanische Verbindung Energiefluss Stofffluss Hydraulik Energiefluss (störend) Stofffluss (störend) Vorgehensweise Mechatronischer Entwurf eines optimalen Versorgungsmoduls für Lebensmittelfarbe Demonstratoranlage Ermittlung der Konzipierung und 1 Anforderungen an das 2 3 mechatronischer Entwurf Versorgungsmodul Prototypaufbau und Test Farbversorgungsmodul Anlagengestell Ventilblock Gestell/ Rahmen Benutzer Feedback, (Mess)werte Druckkopf Luftpumpe Tintenbehälter Sperrventil Druckkopf Benutzereingaben, Einstellungen Tinte Mechanische Verbindung Anlagengestell Farbversorg ungsmodul Wärme- und Lärmemissionen Leckagen Verschmutzung, Feuchtigkeit Umwelt Elektrische Energie Energieversorgung Umwelt Benutzer Energieversorgung Tintentank Informationsverarbeitung Netzteil Istwerte Druckregel ung Pumpe Rückschla gventil Drucksensor Sperrventil Legende Erfassung der Anforderungen funktionsbestimmende Systemelemente Wirkbeziehungen Ermittlung der Einflussfaktoren Konzeption einzelner Komponenten und des gesamten Versorgungsmoduls Konstruktive Ausarbeitung Steuerungsentwurf Beschaffung und Aufbau der Hardware Entwicklung HMI Integration und Inbetriebnahme Funktionsnachweis unter realen Bedingungen it s OWL Clustermanagement GmbH

9 Agenda Abschlusspräsentation Einführung Zielsetzung Ergebnisse Resümee und Ausblick it s OWL Clustermanagement GmbH

10 Ergebnisse Mechatronischer Entwurf eines optimalen Versorgungsmoduls für Lebensmittelfarbe Ermittlung der Konzipierung und 1 Anforderungen an das 2 3 mechatronischer Entwurf Versorgungsmodul Prototypaufbau und Test Konkretisierung der Funktionen Printing Purging Wiping Definition der funktionsbestimmenden Systemelemente Tintenpumpe Luftpumpe Ventile Druckmesstechnik Ausarbeitung der Wirkbeziehungen Farbversorgungsmodul Druckkopf Benutzer etc. Ermittlung der Einflussfaktoren Legende Benutzer Umwelt Systemelement Feedback, (Mess)werte Benutzereingaben, Einstellungen Wärme- und Lärmemissionen Leckagen Verschmutzung, Feuchtigkeit Umfeldelement Farbversorg ungsmodul Elektrische Energie Energieversorgung Informationsfluss Informationsfluss (störend) Tinte Mechanische Verbindung Energiefluss Energiefluss (störend) Druckkopf Anlagengestell Stofffluss Stofffluss (störend) it s OWL Clustermanagement GmbH

11 Ergebnisse Mechatronischer Entwurf eines optimalen Versorgungsmoduls für Lebensmittelfarbe Ermittlung der Konzipierung und 1 Anforderungen an das 2 3 mechatronischer Entwurf Versorgungsmodul Prototypaufbau und Test Detaillierte Ausarbeitung des Gesamtkonzeptes Bestimmung der Anforderungen an einzelne Komponenten: Volumenstrom Druckbereich Einbauraum Dynamik Genauigkeit Leistung etc. Konstruktive Ausarbeitung des Tintenbehälters und des Gesamtsystems Entwicklung der Steuerungsarchitektur und des SPS-Codes it s OWL Clustermanagement GmbH

12 Ergebnisse Mechatronischer Entwurf eines optimalen Versorgungsmoduls für Lebensmittelfarbe Ermittlung der Konzipierung und 1 Anforderungen an das 2 3 mechatronischer Entwurf Versorgungsmodul Prototypaufbau und Test Auswahl und Beschaffung der erforderlichen Komponenten (Pumpen, Ventile etc.) Fertigung und Aufbau der Hardware (Behälter etc.) Entwicklung der Bedienoberfläche Integration aller Komponenten zu einem Prototyp Inbetriebnahme des Versorgungsmoduls Test und Funktionsnachweis unter realen Bedingungen an einem Prototypen für Digitaldruck it s OWL Clustermanagement GmbH

13 Agenda Abschlusspräsentation Einführung Zielsetzung Ergebnisse Resümee und Ausblick it s OWL Clustermanagement GmbH

14 Resümee und Ausblick Resümee Erweiterung der bisher eingesetzten Entwicklungs- und Konstruktionsmethoden um Methoden der modellbasierten Entwicklung Entwicklung und Test eines optimalen, bedarfsgerechten Farbversorgungsmoduls Positive Erfahrung bei der Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IEM Ausblick Ergebnisse dienen als Basis für weitere Entwicklung zusätzliche Funktionen alternative Konzepte Weitere Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IEM ZIM-Projekt: Entwicklung der Digitaldruckmaschine Substrat PMB: Print Manager Board; HIB: Head Interface Board it s OWL Clustermanagement GmbH

15 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!