Hochauflösende Produktionssteuerung auf Basis kybernetischer Unterstützungssysteme und intelligenter Sensorik Intelligente Sensoren als Wegbereiter für Industrie 4.0 A. Höll, C. Stimming, C. Rapp, SICK AG Fellbach, 29./30. September 2015
SICK AUF EINEN BLICK SICK weltweit einer der führenden Hersteller von Sensoren und Sensorlösungen für industrielle Anwendungen 69 6.957 88 1.099 40.000 2.396 Jahre Erfahrung. Gegründet 1946. Mitarbeiter weltweit Länder mit SICK-Präsenz: Mehr als 50 Tochtergesellschaften und Beteiligungen sowie zahlreiche spezialisierte Vertretungen Millionen EUR Konzernumsatz im Geschäftsjahr 2014 Produkte und damit das breiteste Produkt- und Technologie-Portfolio der Branche Patente und Gebrauchsmuster und damit führend in der Entwicklung innovativer Sensorlösungen Seite 2
WIR SIND BRANCHEN-INSIDER FABRIKAUTOMATION LOGISTIKAUTOMATION PROZESSAUTOMATION Seite 3
BREITES PRODUKTSPEKTRUM + ERFAHRUNG + EXPERTISE = EFFIZIENTE LÖSUNGEN FÜR SIE Analysenlösungen Analysenlösungen Automatisierungs-Lichtgitter Distanzsensoren Encoder Fluidsensorik Gasanalysatoren Identifikationslösungen Lichttaster und Lichtschranken Magnetische Zylindersensoren Magnetische Zylindersensoren Mess- und Detektionslösungen Motor-Feedback-Systeme Näherungssensoren Optoelektronische Schutzeinrichtungen Registration Sensors sens:control sichere Steuerungslösungen Sicherheitsschalter Sicherheitsschalter Sicherheits-Software Staubmessgeräte Systemlösungen Ultraschall-Gasdurchflussmessgeräte Verkehrssensoren Vision Seite 4
INDUSTRIE 4.0 AUS SENSOR SICHT 1712 Newcomen 1913 Ford 1969 Modicon / AB 2013 (VDMA) Mechanisierung Serienfertigung Automatisierung Autonome Flexibilisierung Dampfmaschine Antriebskraft Elektrische Antreibe Fließbandproduktion SPS Massenproduktion Big data Nachhaltigkeit Keine Sensoren Keine Sensoren Sensoren Sensor intelligence Qualität Sicherheit Vorbedingung für die Autonome Flexibilisierung Seite 5
INDUSTRIE 4.0 KERNELEMENTE DER INDUSTRIE 4.0 SMART FACTORY Firmenebene Produktionsebene ERP + MES Machinenebene Fieldbus SPS Integriertes Engineering über den ganzen Lebenszyklus SPS + HMI Sensor-, Aktorebene Sensor Sensoren / Aktoren Quelle: Umsetzungsempfehlung für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 (02.10.2012) Seite 6
Hochauflösende Produktionssteuerung auf Basis kybernetischer Unterstützungssysteme und intelligenter Sensorik ERP Historie von Plandaten Ziele der SICK AG innerhalb des Forschungsprojektes: Simulation Mensch-Maschine-Interaktion 1. Lieferung von Echtzeitdaten zur hochauflösende Produktionssteuerung mit intelligenter Sensorik 2. Schnittstellen zu übergeordneten IT-Systemen MES Produktion Erweiterte Sensorrückmeldungen Quelle: ProSense Seite 7
RFID Technologie RFID: Radio-Frequency-Identification. RFID Lese- und Schreibgerät: SICK RFU630: UHF Gerät mit Reichweite bis ca. 5m RFID-Transponder Je nach Anforderungen sind unterschiedliche Transponder verfügbar: Hard Transponder On-Metall Papier Transponder Passive RFID Technologie: x z y Die erforderliche Energie zur Datenübertragung des Transponders mit dem RFID-Lese- und Schreibgerät, erhält der Transponder über das elektromagnetische Feld des Sensors. -> keine eigene Energieversorgung notwendig und somit wartungsfrei! -> keine einfache Lokalisierung möglich! Seite 8
Hochauflösende Produktionssteuerung auf Basis kybernetischer Unterstützungssysteme und intelligenter Sensorik Vertikale Integration Hochauflösende Produktionssteuerung Materialflusssteuerung Traceability Sensorrückmeldungen Prozessdaten Seite 9
Use Cases - Übersicht Use Case A (MSR): Automatisierte Rückmeldungen Use Case B (Demofabrik): Automatisierte Ermittlung von Übergangszeiten Use Case C (Ortlinghaus): Lokalisierung mittels RFID Seite 10
Use Case A: MSR Aufgabenstellung Automatisierte Rückmeldungen an der zentralen Waschanlage Umsetzung: Bestückung der Ladungsträger bzw. Materialbehälter mit passiven RFID-Transpondern Herausforderungen: 1. Untersuchung von RFID Lösungen in metallischer Umgebung. 2. Kommunikation mit MES System Seite 11
Use Case A: MSR - Transponder 1. Auswahl Transponder Anforderungen Umgebungsbedingungen On-Metall Transponder Temperatur und chemische Beständigkeit für Transponder und Klebstoffe Bestimmung des erforderlichen Datenvolumen im Transponder Anforderung MSR: Auftragsnummer / Arbeitsvorgang / Materialnummer / Teilmenge / Meldezeitpunkt Seite 12
Use Case A: MSR RFID Sensorik 2. RFID - Sensorik Aufbau Arbeitsstation Automatisches lesen und beschreiben des Transponder an der Waschanlage Aufbau und Ausrichtung Reader RFU630 mit externer Antenne RFA630, Lesung: Korb und Lagen Transponder Seite 13
Vertikale Integration Use Case A: MSR RFID Sensorik 3. RFID - Sensorik Integration in MES System Integration der SICK-Algorithmen in RFID-Sensoren RFU630 zur direkten Kommunikation mit MES mit Vorverarbeitung der Signale! Schnittstelle: TCP/IP Protokoll: XML (in Abstimmung mit MES Hersteller) MES ERP - Intelligente Sensorvorverarbeitung - Integration der SICK-Algorithmen zur direkten Kommunikation zum MES. RFU630 MES RFU630 Seite 14
Use Cases - Übersicht Use Case A (MSR): Automatisierte Rückmeldungen - Intelligente Sensorvorverarbeitung - Integration der SICK-Algorithmen zur direkten Kommunikation zum MES. Use Case B (Demofabrik): Automatisierte Ermittlung von Übergangszeiten Use Case C (Ortlinghaus): Lokalisierung mittels RFID Seite 15
Use Case B: Demofabrik Aufgabenstellung: Automatisierte Ermittlung von Übergangszeiten Herausforderungen: Direkte Kommunikation mit unterschiedlichen ERP Systemen in den jeweiligen Bereichen Umsetzung: Bestückung der Materialwagen mit passiven RFID-Transpondern Seite 16
Vertikale Integration Use Case B: Demofabrik ERP ERP / MES: MES ERP / MES: B ERP / MES: A - Integration der SICK-Algorithmen zur direkten Kommunikation zu verschiedenen ERP / MES. Seite 17
Use Cases - Übersicht Use Case A (MSR): Automatisierte Rückmeldungen - Intelligente Sensorvorverarbeitung - Integration der SICK-Algorithmen zur direkten Kommunikation zum MES. Use Case B (Demofabrik): Automatisierte Ermittlung von Übergangszeiten - Integration der SICK-Algorithmen zur direkten Kommunikation zu verschiedenen ERP / MES. Use Case C (Ortlinghaus): Lokalisierung mittels RFID Seite 18
Use Case C: Ortlinghaus Use Case Lokalisierung mittels RFID Aufgabenstellung: In welcher Vorkomplettierungszone (VK1 oder VK2), steht welcher Auftrag? Seite 19
Use Case C: Ortlinghaus Herausforderungen: Erkennung der Bewegungsrichtung der handgeführten Materialwagen anhand passiver RFID-Transponder Umsetzung: Bestückung der Materialwagen mit passiven RFID-Transpondern Entwicklung von Lesestationen mit Richtungserkennung durch hochauflösende intelligenter Sensorik Seite 20
Use Case C: Ortlinghaus Umsetzung Entwicklung von Lesestationen mit Richtungserkennung durch hochauflösende intelligenter Sensorik Funktion: Laserscanner: Detektion des Materialbehälter als Objekt an einer Position im Scannerfeld. RFID-Sensor: Identifikation des Transponder am Behälter. Hochauflösende Intelligente Sensoren: Beide Sensoren kommunizieren die jeweiligen Sensordaten untereinander und generieren ein Sensorereignis. Sensorereignis : - hochauflösende intelligente Sensorik mit Richtungserkennung. Lesestation erfasst. ObjectEvent: Materialbehälter mit eindeutiger ID an PositionEvent: Materialbehälter mit eindeutiger ID an exakter Position relativ zur Lesestation. Lesestation: Laserscanner (TiM) und RFID-Lese- und Schreibgerät (RFU) Ergebnis: Richtungserkennung des Materialwagens Materialwagen XY in VK 1 oder VK 2 Seite 21
Hochauflösende Produktionssteuerung auf Basis kybernetischer Unterstützungssysteme und intelligenter Sensorik ERP Historie von Plandaten Ziele der SICK AG innerhalb des Forschungsprojektes: Simulation 1. Lieferung von Echtzeitdaten zur hochauflösende Produktionssteuerung mit intelligenter Sensorik Use Case A (MSR): Automatisierte Rückmeldungen MES 2. Schnittstellen zu übergeordneten IT-Systemen Use Case B (Demofabrik): Automatisierte Ermittlung von Übergangszeiten Mensch-Maschine-Interaktion Use Case C (Ortlinghaus): Lokalisierung mittels RFID. - Intelligente Sensorvorverarbeitung - Integration Produktion der SICK-Algorithmen zur direkten Kommunikation zum MES. - Integration der SICK-Algorithmen zur direkten Kommunikation zu verschiedenen ERP / MES. Erweiterte Sensorrückmeldungen - hochauflösende intelligente Sensorik mit Richtungserkennung. Quelle: ProSense Seite 22
Ausblick RFU 630: RFID Reader zur Identifikation von Karosseriebauteilen, Rückverfolgung von Transportbehältern, etc. Eigenschaften: Industrietaugliche UHF-RFID- Schreib-/Leseeinheit Standard-kompatible Transponderschnittstelle (ISO/IEC 18000-6C / EPC G2C1) Unterstützt die industrieüblichen Datenschnittstellen und Feldbusse? RFGS Pro: RFID Gate für die Applikationen Verladetor, Wareneingang & -ausgang, etc. Eigenschaften: Richtungserkennung und Zuordnung der relevanten Tags aufs Objekt Unterscheidung von statischen und dynamischen Tags Eigenständiges Gate mit Controller RFU650 (Verfügbar ab 1Q. 2016) Seite 23
Vielen Dank! Weiter Informationen finden Sie unter: http://www.prosense.info Dr. Christian Rapp Dr. Christian Stimming Andreas Höll SICK AG Tel.: +49 40/ 611680-285 Mail: Christian1.Rapp@sick.de Seite 24