Aufrufe
vor 7 Monaten

DER KONSTRUKTEUR 4/2021

  • Text
  • Bremsen
  • Antriebstechnik
  • Maschine
  • Anwendungen
  • Komponenten
  • Einsatz
  • Maschinen
  • Smarte
  • Produkte
  • Konstrukteur
DER KONSTRUKTEUR 4/2021

SMARTE KOMPONENTEN 01 02

SMARTE KOMPONENTEN 01 02 SPECIAL 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? 44 DER KONSTRUKTEUR 2021/04 www.derkonstrukteur.de

SMARTE KOMPONENTEN Ja, aus meiner Sicht ist ein smartes Produkt nur durch eine smarte Entwicklung realisierbar. Die Entwicklung smarter Produkte erfordert die Vernetzung der gesamten Wertschöpfungskette. Smarte Softwarelösungen und Kommunikationsplattformen für den schnellen Austausch zwischen unterschiedlichen Fachbereichen sind hier unerlässlich. Smarte Produkte sammeln Daten über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg. Durch smarte Algorithmen, z. B. aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz (KI), können aus diesen Daten wertschöpfende Informationen für die gezielte Verbesserung der nächsten Produktgeneration generiert werden. Was muss eine intelligente Komponente für eine smarte Maschine mitbringen? Intelligente Komponenten für smarte Maschinen sind mit Sensoren und dezentraler Intelligenz ausgestattet. Dadurch können sie ihren Zustand selbstständig bewerten und notwendige Wartungsarbeiten bereits frühzeitig ankündigen. Durch standardisierte Schnittstellen können sie ohne großen Konfigurationsaufwand in das Gesamtsystem der Maschine integriert werden. Durch moderne Softwaretools werden die Datenströme koordiniert und smarte Überwachungslösungen aufgebaut. Und durch die Vernetzung der intelligenten Komponenten können beispielsweise smarte Überwachungslösungen umgesetzt werden. Und was muss der Konstrukteur einer smarten Maschine für deren Integration in eine Smart Factory mitgeben? Die Konstruktion bildet die Basis jeder smarten Maschine. Konstrukteure müssen die Integration von Sensorsystemen und Datenschnittstellen bereits in den ersten Schritten der Produktentwicklung mitberücksichtigen. In der Smart Factory spielt auch die Flexibilität von Maschinen eine bedeutende Rolle. Durch kurze Produkteinführungszeiten und eine hohe Produktvielfalt müssen Maschinen zunehmend flexibler sein und eine größere Bandbreite an Aufgaben erfüllen. Für die Integration smarter Maschinen in eine Smart Factory müssen einzelne Komponenten zusätzlich flexibel und effizient austauschbar sein: Der Konstrukteur muss auf einheitliche Schnittstellen und einen modularen Aufbau der Maschinen achten. Wo sehen Sie aktuell die größten Herausforderungen bei der Konstruktion smarter Lösungen im Maschinenbau? Aus meiner Sicht ist die zunehmende horizontale Integration eine der größten Herausforderungen bei der Konstruktion smarter Lösungen. Das notwendige Fachwissen für die Konstruktion ist längst nicht mehr auf klassische Disziplinen wie der Mechanik oder Maschinenelemente begrenzt. Beispielsweise zeigt die Studie „Faszination Konstruktion – Berufsbild und Tätigkeitsfeld im Wandel“, dass viele der „klassischen Konstrukteurfähigkeiten“ als weniger wichtig eingestuft werden, während Mechatronik sowie betriebswirtschaftliche und fachübergreifende Aspekte zunehmend in den Vordergrund treten. Dieses in die Konstruktion effizient einzubinden ist hier eine große Herausforderung. Welche Tipps können Sie Konstrukteuren an die Hand geben? Der starke Wandel im Tätigkeitsfeld der Konstruktion stellt viele junge, aber auch die bereits erfahrenen Konstrukteure vor neue Herausforderungen. Wie bei jedem Wandel ergeben sich dadurch allerdings auch neue Chancen. Durch die bessere Vernetzung der Konstrukteure innerhalb der Wertschöpfungskette ergeben sich neue Aufstiegschancen und weitreichende Gestaltungsmöglichkeiten. Mein wichtigster Tipp an die Konstrukteure ist es daher, den Wandel nicht als zusätzliche Belastung, sondern als Chance zu begreifen, sich stetig weiter zu qualifizieren. Der Konstrukteur der Zukunft vereint fachübergreifendes Wissen und stärkt und erweitert damit seine Position im Unternehmen. Vielen Dank für das Gespräch. Das Interview führte Martina Klein, stv. Chefredakteurin. Bilder: Aufmacherbild: Nico Niemeyer, Sonstige: IFW Leibniz Universität Hannover www.ifw.uni-hannover.de Hand in Hand bis in die Cloud Profitieren Sie von digitaler Wertschöpfung zwischen Shop Floor und Cloud – mit Turcks durchgängiger IIoT-Architektur aus einer Hand. MEHR ERFAHREN www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR www.turck.de/s2c 2021/04 45

AUSGABE