Smart Factory

Industrie 4.0 Lernfabrik: Vorstellung der Vertiefung Automatisierung und Informationstechnik

Das Projekt

An der Hochschule Darmstadt wurde in den letzten Jahren die vollständig vernetzte Smart Factory AutFab aufgebaut. Hiermit werden an mehreren Arbeitsstationen vollautomatisch Relais in verschiedenen Varianten in Losgröße 1 montiert und geprüft. Die vollständig vernetzte Anlage besteht aus 5 verschiedenen Arbeitsstationen, einem Hochregallager mit dreiachsigem Portalroboter, einem sechsachsigen Gelenkroboter zur Montage, einer pneumatischen Presse, einer Prüfstation zur optischen Inspektion und Gewichtsprüfung sowie einer weiteren zur vollautomatischen elektrischen Funktionsprüfung mittels eines pneumatisch angetriebenen Tastkopfs. Das zu montierende Produkt wird mittels selbstfahrenden intelligenten Shuttles zwischen den Arbeitsstationen transportiert. Produkte, die die Prüfungen nicht bestehen, werden zu einer Ausschleusestation gefahren, wo sie nachgearbeitet werden können.

Der Ausbau der AutFab zur SmartFactory erfolgte durch studentische Seminarprojekte und Abschlussarbeiten. Die AutFab wird als Lernfabrik, als Demonstrator und als Forschungsplattform eingesetzt. Den Kern der Anlage steuern sechs fehlersichere Speicherprogrammierbare Steuerungen. Für das komplette Engineering werden industrieübliche Engineering-Werkzeuge – das TIA-Portal der Firma Siemens für die Steuerungstechnik, E-PLAN für die elektrischen und pneumatischen Schaltpläne und Siemens NX für die mechanische Konstruktion in 3D – eingesetzt. An die Smart Factory AutFab ist im Rahmen eines Forschungsvorhabens ein SAP Enterprise Ressource Planning System ERP mit einem unterlagerten SAP Manufacturing Execution-System MES über mehrere Software-Layer angebunden worden.

Architektur der Anbindung

Mit dem ERP-System und dem MES ist es möglich die gesamte Auftragsverwaltung abzubilden, die Produktqualität zu überwachen und den manuellen Nacharbeitsprozess zu unterstützen. Dabei ist die Kommunikation zur Fertigungsebene mit „SAP Plant Connectivity“ realisiert, dass über einen OPC-UA Server mit der Montageanlage kommuniziert.Die Produktionssteuerung geschieht per RFID-Tags an den Shuttles, so dass das Produkt zusammen mit dem jeweiligen Fertigungsauftrag transportiert wird. Die Prüfstationen adaptieren sich mittels an den Komponenten angebrachten Data Matrix Codes auf das jeweilige Produkt. Alle Systeme sind über PROFINET, PROFIBUS und TCP/IP miteinander vernetzt. Busanalysatoren ermöglichen die Analyse der über 80 angeschlossenen Systeme. Die Visualisierung geschieht mit unterschiedlichen Technologien auf stationären Touch Panels, auf industriellen mobilen Panels, auf Tablets und auf Smartphones.

Die gesamte Technologie zur funktionalen Sicherheit ist vollständig in das Gesamtsystem integriert. Eine sichere Fernwartung ist über die Technologie Sinema Remote Connect der Firma Siemens AG per VPN möglich. Für eine virtuelle Inbetriebnahme wurde die gesamte Anlage mittels Siemens Technomatix Process Simulate in 3D inklusive des Verhaltens modelliert. Der digitale Zwilling wurde dabei mit den sechs SPSen per OPC gekoppelt. Zur Unterstützung des manuellen Nacharbeitsflows wurde eine Applikation auf einer Microsoft HoloLens Datenbrille mittels Mixed Reality erstellt, bei der die Brille online per OPC UA mit der AutFab kommuniziert und gleichzeitig die einzelnen Nacharbeitsschritte als 3D-Animation darstellt. Diese Kombination ist bisher einzigartig. Schließlich wurde die AutFab in einem ersten Schritt mit der Siemens MindSphere-Cloud-Lösung verbunden und eine App zur Auswertung der Daten in der Cloud erstellt.