Automatisierung 4.0: Objektorientierte Entwicklung modularer Maschinen für die digitale Produktion

Die vierte industrielle Revolution stellt eine Reihe von zusätzlichen Anforderungen an die Konstruktion und die Automatisierung von Verarbeitungsmaschinen. Durch Digitalisierung und Automatisierung werden Produkte und deren Herstellungsverfahren nicht nur anspruchsvoller, sondern auch individueller. Wachsende Ansprüche an Verfügbarkeit, Logistik, Qualität und eine geradezu extreme Preissensitivität gehen nicht spurlos am Produktionsumfeld vorüber. In diesem Buch werden die Herausforderungen analysiert und an aussagekräftigen Beispielen Lösungsszenarien für eine effektive Produktion im Zeitalter von Industrie 4.0 aufgezeigt. Es richtet sich an Studierende der Fachrichtungen Automatisierungstechnik und Mechatronik sowie an Wirtschafts-, Entwicklungs- und Konstruktionsingenieure.

Beschreibung

Wann ist eine Verarbeitungsmaschine fit für Industrie 4.0? 
Die vierte industrielle Revolution stellt eine Reihe von zusätzlichen Anforderungen an die Konstruktion und die Automatisierung von Verarbeitungsmaschinen. So werden Produkte und deren Herstellungsverfahren nicht nur anspruchsvoller, sondern auch individueller. In diesem Lehrbuch werden die Herausforderungen analysiert und an aussagekräftigen Beispielen Lösungsszenarien aufgezeigt.

Ein Schwerpunkt des Buches ist die Projektion dieser Anforderungen auf bekannte Konstruktionsprinzipien. Daraus resultierende Funktionen werden an diversen Beispielen wie z. B. die Produktion von Fotobüchern oder das Inmould-Labeling verdeutlicht. So entsteht ein Fahrplan zur Erarbeitung eines Lastenheftes für die Konstruktion einer wandlungsfähigen Verarbeitungsmaschine.

Vorgestellt wird die modulare, funktions- und objektorientierte Gestaltung von individuellen Maschinen und Anlagen als ein Lösungsansatz für Effizienzsteigerungen im gesamten Lebenszyklus sowohl theoretisch als auch an praktischen Beispielen. Ein wesentliches Verfahren für die Konstruktion wandelbarer Maschinen ist die Modularisierung nach Funktionseinheiten. Diese diversen Anforderungen werden Schritt für Schritt veranschaulicht und herausgearbeitet.

Das Buch richtet sich an Studierende der Fachrichtungen Automatisierungstechnik und Mechatronik sowie an Wirtschafts-, Entwicklungs- und Konstruktionsingenieure.

Schwerpunkte:

  • Anforderungen und Perspektiven an Automatisierung 4.0
  • Entwurf modularer Maschinen und Anlagen
  • Digitale Projektierung von Maschinen
  • Modulare Automatisierung in der Praxis

Buchinfos

ASIN: 3446452206
Herausgeber: ‎ Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG (8. Oktober 2018)
Sprache: ‎ Deutsch
Gebundene Ausgabe: ‎ 244 Seiten
ISBN-10: ‎ 9783446452206
ISBN-13: ‎ 978-3446452206
Abmessungen:16.9 x 1.5 x 24.2 cm

Bestellbar unter: https://www.amazon.de/Automatisierung-4-0-Objektorientierte-Entwicklung-Produktion/dp/3446452206

Die Meinung des Autors

Wenn von Industrie 4.0 die Rede ist, geht es unisono um digitalisierte Produktions- und Wirtschaftsprozesse, Vernetzung im Internet of Things und Big Data. Dabei wird oft übersehen, dass auch die beteiligten Produktionssysteme in Form von Maschinen und Anlagen diesen Veränderungen unterworfen, ja sogar die Hauptakteure sind. Neue technologische Verfahren zur Herstellung und Individualisierung der zu fertigenden Produkte – und das zum Preis der Massenproduktion – sind die Herausforderungen. Die Einbettung dieser Systeme in einer digitalen Produktion ist dabei nur das Sahnehäubchen.

Doch was bedeutet das für den Hersteller von Produktionssystemen und deren Automatisierung? Genügt es, die Konnektivität einer Maschine mittels Ethernet-Anschluss und OPC UA anzubieten? Und wie soll die immer weiter steigende Komplexität beherrscht werden, ohne dass störungsbedingten Stillstände ganze Produktionslinien lahmlegen?

Automatisierung 4.0 beantwortet diese Fragen umfassend und fokussiert auf eine modulare, funktions- und objektorientierte Gestaltung von individuellen und I40-konformen Maschinen und Anlagen. Gerade eine gut strukturierte Modularisierung bietet die Möglichkeit, Komplexität zu reduzieren, Entwicklungstendenzen zu entkoppeln und individualisierte Produktionssysteme schnell und kostengünstig am Markt zu platzieren. Wird dieses Verfahren noch mit den Werkzeugen der Informatik kombiniert und objektorientiert geführt, ist wirtschaftlicher Erfolg garantiert.

Doch wie passen Informatik und Mechanik zusammen?

Die Antwort liefert ein gewerkeübergreifender mechatronischer Entwicklungsansatz, bei dem die Funktionalität des Produktionssystems die Grundlage allen Handelns darstellt. Das Ziel der Entwicklung muss ein Modulbaukasten sein, dessen einzelne Elemente sich funktionskompatibel frei miteinander kombinieren lassen.
Eine Herausforderung stellt in diesem Ansatz die Kommunikationsfähigkeit sowohl intermodular als auch im digitalen Produktionsumfeld dar. Schließlich müssen neben den rein funktionalen Informationen auch sicherheitsrelevante Daten in Echtzeit ausgetauscht werden und die Kommunikation im digitalen Produktionsumfeld muss I40-konform erfolgen. Schließlich müssen auch die Automatisierungssysteme eine Modularisierung unterstützen, denn durch die Komposition oder Dekomposition von mechatronischen Modulen zu einem Gesamtsystem, wird die steuerungs- und sicherheitstechnische Struktur des Steuerungssystems verändert.
Diese Anforderungen können nur in einer Struktur gelöst werden, in dem Module und ganze Produktionssysteme dienstorientiert über Standardprotokolle miteinander kommunizieren. Die dazu erforderlichen Werkzeuge müssen nicht einmal neu erfunden werden, denn Protokolle, wie z. B. OPC UA TSN und openSafety sowie objektorientierte Softwareentwicklung, haben sich längst in der Praxis bewährt. Wird dazu der gesamte Fertigungsprozess in das Modularisierungskonzept einbezogen, lassen sich individuelle Maschinen- und Anlagen wirklich effizient herstellen.

Hinweise und Ergänzungen


Seite 195, Bild 4.27:

Inhaltliche Korrektur der dritten Abfrage (vertikal)
Quellenangabe:
[14: Bundesministerium für Arbeit und Soziales: Wesentliche Veränderung von Maschinen. [Hrsg.] Bundesministerium für Arbeit und Soziales. Bekanntmachung des BMAS vom 09.04.2015 – IIIb5-39607-3 – im GMBl 2015, Nr. 10. Berlin, 2015. S. 183.
Abrufbar unter: https://www.bmas.de/DE/Arbeit/Arbeitsschutz/Produktsicherheit/interpretationspapier-wesentliche-veraenderung-von-maschinen.html]

Hinweis des Autors:
Nach der Drucklegung ist Stand 01.09.2020 eine neuere Version erschienen, in der die elektrischen und steuerungstechnischen Aspekte stärker berücksichtigt sind.
Quelle:
Informationsschrift
der Berufsgenossenschaft Rohstoffe und chemische Industrie (BG RCI), Wesentliche Veränderung von Maschinen,
Stand: 01.09.2020,
Abrufbar unter:
https://www.bgrci.de/fileadmin/BGRCI/Downloads/DL_Praevention/Fachwissen/Maschinensicherheit/Informationspapier_Wesentliche_Ver%C3%A4nderung_von_Maschinen.pdf


Rezensionen

2 Kommentare

  1. Roland Kraft

    Das Buch ist für jeden interessant, der sich mit dem „Schlagwort“ Industrie 4.0 und den Auswirkungen auf moderne Automatisierungskonzepte auseinandersetzen will. Neue Trends und Anforderungen werden analysiert und die Umsetzung in Bezug auf modulare Konzepte mit Praxixbezug dargestellt. Gefällt mir sehr gut.

    Antworten
    • Schmertie

      Auch für diese Zeilen vielen Dank.
      Herzlichst
      Thomas Schmertosch

      Antworten

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