Plug & Play für Automatisierungssysteme

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1 Plug & Play für Automatisierungssysteme Dr. Alois Zoitl fortiss GmbH An-Institut Technische Universität München

2 Herausforderungen für die Produktion der Zukunft Industrie 4.0 Schneller Technologiewandel Kundenspezifische Lösungen Innovative Technologien Kunden- und Marktvielfalt Kontinuierlicher Kostendruck Globalisierung Steigende Bedeutung von Produktverfügbarkeit und -lieferfähigkeit Steigende Energiekosten und Umweltbewusstsein Vernetzung, Flexibilität und Adaptivität in der Produktion Autonome, selbstlernende und wissensbasierte Systeme 2 AutoPnP - Plug & Play für Automatisierungssysteme fortiss GmbH

3 Aktuelle Probleme Produktionslinien erfordern einen hohen Zeitaufwand für Aufbau und Inbetriebnahme Änderungen von Produktionslinien sind nicht immer durchführbar Wenn möglich, verursachen diese Änderungen hohe Kosten und sind zeitaufwändig Großes Problem für KMUs, da diese nur kleine Losgrößen produzieren und auf eine konstante Produktion angewiesen sind Erhöhtes Gefährdungspotenzial durch Produktionsstopps 3 AutoPnP - Plug & Play für Automatisierungssysteme fortiss GmbH

4 Flexibilität vs. Wandlungsfähigkeit Flexibilität Vordefinierte Fähigkeitsspanne Skalierbar im definierten Bereich Hohe Initialkosten Änderungskosten: Keine im Flexibilitätsbereich Darüber hinaus sehr hoch Wandlungsfähigkeit Vordefinierter Lösungsraum Änderungen möglich bei Bedarf Geringere Initialkosten Geringe Änderungskosten [Quelle: Nyhuis, P. Wandlungsfähige Produktionssysteme: Heute die Industrie von morgen gestalten] 4 AutoPnP - Plug & Play für Automatisierungssysteme fortiss GmbH

5 Projekt: Ziele: Unterstützung von Plug & Play in der Robotik und Automatisierungstechnik Hinzufügen, Ändern und Entfernen von Komponenten/Stationen eines bestehenden Systems bei Minimierung des manuellen Aufwands Ansatz: Entwicklung einer Middleware für Automatisierungssysteme Standardisierung von Schnittstellen- und Komponentenbeschreibungen Spezifikation von Architektur, Software-, Hardware- und Kommunikationskomponenten unter Berücksichtigung der Anforderungen in der Industrieautomatisierung Entwurf und Implementierung eines modellgetriebenen Entwicklungswerkzeuges zur Codegenerierung, Middlewarekonfiguration und Installation Laufzeit: Juni 2011 Juni 2014 Partner: DAI-Labor (TU-Berlin), Dussmann, Festo, Festo Didactic, fortiss, Fraunhofer IPA, Schunk 5 AutoPnP - Plug & Play für Automatisierungssysteme fortiss GmbH

6 Vision Wandelbare Fabrik in AutoPnP Verteilen Bearbeiten Montieren Versenden Förderband Schnelles Anpassen Verteilen Bearbeiten FTS Förderb. Montieren 1 Förderband Montieren 2 Verteilen Bearbeiten Montieren 1 Montieren 2 Versenden Versenden FTS: Flexibles Transportsystem 6 AutoPnP - Plug & Play für Automatisierungssysteme fortiss GmbH

7 Lösungsansätze Entkopplung der Teilsysteme <ERP> <MES> Middleware SPS MPS Station SPS MPS Station Robotersteuerung FTS- Steuerung MPS Modul MPS Modul CNC- Maschine Robotino 7 AutoPnP - Plug & Play für Automatisierungssysteme fortiss GmbH

8 Lösungsansätze Selbstbeschreibung der Stationen/Module Jede Station besitzt eine Beschreibung, die Auskunft über deren Aufbau und Fähigkeiten gibt Beschreibung wird einmal pro Gerätetyp erstellt Erstellung der Beschreibungen beruht auf einem Baukastenprinzip Fähigkeiten -> Module -> Stationstypen -> Fabrik 8 AutoPnP - Plug & Play für Automatisierungssysteme fortiss GmbH

9 Modellierung einer Station Beispiel Bearbeitungsstation Modul Auswurf Modul Bohrer Modul Höhentester Fähigkeiten: *- Transport * Bohren * Höhe testen Interaktionspunkte Materialfluss Modul Drehtisch 9 AutoPnP - Plug & Play für Automatisierungssysteme fortiss GmbH

10 Lösungsansätze Planung basierend auf aktueller Fabriktopologie System erkennt automatisch, wenn Stationen hinzukommen oder ausfallen und gibt diese Information an das MES weiter Erkennen von Stationen und Auslesen der zugehörigen Beschreibung Erkennung des Materialflusses MES kann basierend auf der aktuellen Fabriktopologie die Fertigungsfeinplanung durchführen und die Fertigung anstoßen 10 AutoPnP - Plug & Play für Automatisierungssysteme fortiss GmbH

11 Automatische Produktionsplanung und -steuerung Produktpläne Fabriktopologie und Fähigkeitenmodellierung Test Height Supply Supply Case Case Supply Case Drill Assemble Test Orientation Assemble Sort Assemble Store Supply Temperature Sensor Sort Supply Supply Temperatur Temperatur e Sensor e Sensor Supply_RBS Pick&Place Temperature Pick&Place Cover Sorting Supply Black Case Supply Silver Case Supply Red Can Supply Temperature Sensor Assemble Transport Supply Cover Assemble Transport Sort Workpieces Store Workpieces Ressourcenzuordnung Supply Case Supply_RBS Pick&Place Temperature Supply Temperature Sensor Assemble Pick&Place Temperature Pick&Place Cover Sorting Sort Materialflussberechnung Produktionssteuerung Supply Black Case Supply Black Case Supply Black Case Supply Black Case Supply Sensor Transport Supply Sensor Transport Assemble Assemble Transport Transport Transport Transport Sort Sort Sort Sort 11 AutoPnP - Plug & Play für Automatisierungssysteme fortiss GmbH

12 Demonstrator Wandelbare Fabrik Messestand: A AutoPnP - Plug & Play für Automatisierungssysteme fortiss GmbH

13 Weiterführung Modularisierung innerhalb von Stationen Basismodule Funktional vollständig Stellen eine Fertigungs- oder Transportaufgabe zur Verfügung Entsprechende Software Komponente Erzeugung neuer Stationen durch einfaches Kombinieren Nutzung von Software- Komponenten für den Stationsablauf Einfaches Ändern bestehender Stationen [Bilder: Festo Didactic] 13 AutoPnP - Plug & Play für Automatisierungssysteme fortiss GmbH

14 Ergebnisse und Ausblick Plug&Play für Automatisierungssysteme Selbstbeschreibung Automatische Stations- und Materialflusserkennung Einheitlicher Zugriff von MES auf Stationen durch Middleware Erhöhung der Flexibilität in der Fertigung Hardware Einführung von Modulen Vereinheitlichung der Anschlüsse Autonome Steuerung der Stationen und Module Software Modularisierung der Steuerungsprogramme Rezeptbasierte Steuerungsarchitektur Bereitstellen höherwertiger Funktionen Erzielte Wandlungsfähigkeit Einbringen neuer Stationen automatische Erkennung und Berücksichtigung in der Planung Neue Produkte neuer Produktplan Weiterführung der Projektidee im Folgeprojekt OPAK unter AUTONOMIK für Industrie 4.0 Fokus: Verbesserung des Engineeringprozesses basierend auf intelligenten Komponenten 14 AutoPnP - Plug & Play für Automatisierungssysteme fortiss GmbH

15 Kontakt // Alois Zoitl fortiss GmbH An-Institut Technische Universität München Guerickestraße München Germany tel fax Laufzeit: Juni 2011 Juni 2014 Partner: AUTOMATICA 2014: A AutoPnP - Plug & Play für Automatisierungssysteme fortiss GmbH

16 16 AutoPnP - Plug & Play für Automatisierungssysteme fortiss GmbH

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