Greifsysteme: 8 Trends für die smarte Fabrik

Von der Entwicklung und Konstruktion bis zur Auslieferung und dem Qualitätsmanagement werden Produkte künftig von digitalen Wertströmen begleitet. Prof. Dr.-Ing. Markus Glück, Geschäftsführer Forschung und Entwicklung sowie Chief Innovation Officer (CINO) bei Schunk, hat anhand des Kompetenzfeldes Greifsysteme acht Trends identifiziert, die die smarte Produktion von morgen prägen.

08. Juni 2018

In den kommenden Jahren wird die Digitalisierung Produktionsprozesse, Unternehmensstrukturen, Produkte, Geschäftsmodelle, Kunden-Lieferanten-Beziehungen und das Qualitätsmanagement in einem bislang kaum vorstellbaren Tempo und Ausmaß verändern. Flexibel einsetzbare, autonom agierende und hochvernetzte Produktionssysteme halten Einzug in die Produktionshallen. Zudem wird die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine revolutioniert. Damit all das gelingt, braucht es Komponenten, die gezielt auf die Anforderungen der smarten Fabrik zugeschnitten sind.

1. Modularisierung und Flexibilisierung

Mithilfe modular aufgebauter Produktionsanlagen wird in der smarten Produktion eine neue Qualität an Flexibilität erreicht: Fertigungsmodule können jederzeit getauscht, beliebig kombiniert und ergänzt werden. Voraussetzung sind standardisierte Schnittstellen und modulneutrale Steuerungsinfrastrukturen. Zudem müssen Anlagenmodule und die eingesetzten Werkzeuge eindeutig identifizierbar und für sich vernetzungsfähig sein. Nur so können sich smarte Produktionssysteme selbsttätig an das jeweilige Produktionsprogramm anpassen.

2. Leistungsstarke Vernetzung und neues Datenverständnis

Ein zentrales Grundmerkmal der Digitalisierung ist die kostengünstige, schnelle und effiziente Vernetzung von Automationskomponenten, Qualitäts- und Produktionsmanagement Systemen im Fertigungsumfeld. Vergleichbar einem Nervensystem wirken sie in der Smart Factory als hocheffizientes, sich selbst organisierendes Produktionsnetzwerk. Smarte Handhabungsmodule schaffen die Voraussetzungen für eine Vollintegration von Produktionsanlagen im Fertigungsumfeld und deren Anbindung an Cloud-basierte Ökosysteme. Im Mittelpunkt der Smart Factory steht ein neues Verständnis von Daten: Inline-Messsysteme in smarten SCHUNK Greifern sammeln Daten und werten diese umgehend aus. Sie ermöglichen eine Closed-Loop Qualitätskontrolle und die unmittelbare Überwachung des Produktionsprozesses im Fertigungstakt.

3. Sensorintegration und -fusion

Sensoren sind die technischen Sinnesorgane einer Maschine oder eines intelligenten Greifers. Sie erfassen das Maschinengeschehen und nehmen Messdaten auf, die wiederum zur Anlagen- und Prozessregelung sowie zur Diagnose des Greifsystems verwendet werden. Im Rahmen einer Sensorfusion können mehrere Sensoren parallel eingesetzt und deren Messwerte verknüpfend analysiert werden, um Greifprozesse zu überwachen und aktuelle Systemzustände der Greifer sowie der Zugriffssituation zu bewerten. So ist es beispielsweise möglich, Greifobjekte oder Störungen im Produktionsablauf zu erkennen.

4. Edge-Computing

Mit dem Grad der Vernetzung und Digitalisierung wachsen die anfallenden Datenmengen enorm, so dass herkömmliche Datenverbindungen in Rechenzentren an ihre Grenzen stoßen. Um Ausfälle und hohe Latenzzeiten zu verhindern, etabliert sich das Edge-Computing als Ausweichstrategie. Ziel ist eine Erstverarbeitung vor allem zeitkritischer Daten im Greifsystem, also unmittelbar am Ort des Geschehens, wohingegen sehr rechenintensive Aufgaben ohne Echtzeitanforderungen in einer Cloud erfolgen. Indem die Intelligenz zunehmend auf die Ebene des Greifers verlagert wird, kann eine zusätzliche Funktionsintegration erfolgen. Außerdem werden die Voraussetzungen für das Edge-Computing geschaffen, das neue Echtzeit-Szenarien für die Maschinensteuerung ermöglicht.

5. Digitale Zwillinge

Um komplexe Systemanforderungen abzusichern, Entwicklungszyklen zu beschleunigen und eine bedarfsgerechte Auswahl der am besten geeigneten Komponenten zu ermöglichen, empfiehlt sich der Einsatz digitaler Zwillinge. Im Rahmen der Konzeption von Produktionsanlagen bilden diese die Grundlage für belastbare Integrations- und Systemtests. Noch vor der eigentlichen Realisierung lassen sich mit ihnen Prozessabläufe in CAx-Systemen realitätsnah bewerten und optimieren. Die virtuellen Greifsystem-baugruppen und -komponenten entsprechen hinsichtlich der Schnittstellen, des physikalischen Verhaltens und der Parametrierung im Steuerungsumfeld exakt ihren realen Vorbildern. Sie können über elektronische Plattformen bezogen und individuell digital konfiguriert werden.

6. Interaktion von Mensch und Maschine

Das bislang vorherrschende Einsatzszenario der vollautomatisierten Massenproduktion, bei dem die Sicherheit der Werker durch eine strikte Trennung von Mensch und Maschine erreicht wird, entwickelt sich weiter zur modernen Assistenz- und Servicerobotik für den Produktionseinsatz. Die Mensch-Roboter-Kollaboration wird unsere Arbeitswelt radikal verändern. Sie führt die Stärken von Menschen und Robotern synergetisch zusammen und ermöglicht eine erheblich flexiblere Produktion. Roboter und Komponenten, die in einem gemeinsamen Arbeitsbereich mit einem Werker interagieren, müssen weitaus höhere Anforderungen an die Sicherheit und Sicherheitstechnik erfüllen als solche, bei denen während der Produktion keine unmittelbare Interaktion stattfindet. Von der DGUV zertifizierte Greifer ermöglichen ein schutzzaunloses und sicheres gemeinsames Wirken von Mensch und allen gängigen Assistenzrobotern. Zudem verkürzen sie den Aufwand bei der Zertifizierung von kollaborierenden Systemen.

7. Skalierung zwischen On Premise und Public Cloud

Im Rahmen der Smart Factory braucht es sichere und skalierbare Cloud-Lösungen für das intelligente Greifen und Spannen. Um Serviceangebote sicher verfügbar zu machen, nutzt SCHUNK Technologien von führenden Cloud-Anbietern wie SAP, SIEMENS, Microsoft oder Adamos. Das Ziel ist die Speicherung und Analyse vorhandener Daten, um Prozesse effizienter zu gestalten. Auch Technologien, wie Machine-Learning oder Methoden der künstlichen Intelligenz werden künftig aus der Cloud kommen. Dabei gilt es zu berücksichtigen, dass jederzeit eine Skalierung zwischen On Premise und Public Cloud möglich ist. Nur so ist gewährleistet, dass Ergebnisse schnell in Echtzeit vor Ort gerechnet, Maschinen gesteuert, Prozesse virtualisiert und vertrauliche, geschäftskritische Daten lokal gespeichert werden.

8. Künstliche Intelligenz

Die Künstliche Intelligenz gehört zu den großen Trendthemen der Digitalisierung. In Bezug auf die Robotik ist absehbar, dass sich mithilfe Künstlicher Intelligenz Aufgabenstellungen für die gesamte kinematische Kette, bestehend aus Roboter und Greifer, automatisieren lassen, ohne dass diese Schritt für Schritt programmiert werden müssen. In diesem Zusammenhang ist es entscheidend, dass moderne Greifsystemkomponenten bereits heute für den Einsatz von KI-Technologien vorbereitet sind.