3D-MID als Enabler für individuelle Retrofit-Lösungen in der Industrie 4.0
AiF fördert das CORNET-Vorhaben “Requirements for Smart Sensor Systems for IoT-Applications in Retrofit Equipment usingSpatial Integration-Technologies (Ressiar-MID)”.
Die Vernetzung der virtuellen und realen Produktion nimmt seit Jahren stetig zu. Der Begriff „Vierte industrielle Revolution“ deutet auf einen radikalen Wandel der Produktionstechnik hin. Intelligente, vernetzte technische Systeme sollen diesen Wandel einleiten.Sie werden oft auch als Cyber-Physical-Systems (CPS) oder Cyber-Physical Production-Systems (CPPS) bezeichnet. Ihr Grundprinzip ist, dass sie sich durch eine drahtlose, per Internet vernetzte Kommunikation auszeichnen, aber reale physikalische Prozesse ausführen. Auf diese Weise werden Produktionsprozesse im Sinne einer Smart Factory miteinander vernetzt und organisieren sich in weiten Teilen selbst.
Die Implementierung neuartiger Industrie 4.0 Technologien ist für kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) jedoch häufig nur schwer zu realisieren.Eine große Herausforderung – auch in Zukunft – liegt in der unterschiedlichen „Lebensdauer“ von Mechanik und Steuerung/Software: So ist die Mechanik in Maschinen auf viele Jahre und Jahrzehnte ausgelegt, während Software und IT-Systeme schnell veralten. Um nun eine veraltete Maschine oder Fertigungslinie zu vernetzen und die Prozesse zu digitalisieren, müssen sowohl die Maschinen intelligent als auch deren Informationen und Daten in eine intelligente Software überführt werden, die daraus einen Mehrwert schafft. Auch bestehende Steuerungen müssen nach- beziehungsweise aufgerüstet werden. Dieses Nach- oder Umrüsten von Maschinen und Anlagen wird als Retrofit bezeichnet.
Retrofitting ist mehr als nur das Ersetzen in die Jahre gekommener Anlagenteile. Oft werden in diesem Zusammenhang auch das gesamte Informations- und Bussystem sowie die damit verbundenen Sensoren und Messinstrumente digitalisiert. Die Systemauswahl hängt zumeist von der Anlagentechnik, der IT-Infrastruktur des Unternehmens und den bereits in anderen Anlagen eingesetzten Modulen ab.
Eine Anlage zu digitalisieren, also beispielsweise mit maschinenlesbaren Sensoren und entsprechender digitaler Messtechnik auszustatten, ist eine komplexe Entwurfsaufgabe, die sich trotz aller Kosten binnen weniger Jahre bezahlt macht. Zum einen lassen sich Berichts- und Monitoring-Maßnahmen definieren, zum anderen dient eine solche Maßnahme auch der vorausschauenden Wartung (Predictive Maintenance), die innerhalb einer Anlage quasi vorauseilend durchgeführt werden kann.
Mit dem Ziel, individuelle Sensorprinzipien und Digitalisierungsarchitekturen für unterschiedlichste Anwendungsfälle zu identifizieren, werden gemeinsam mit dem projektbegleitenden Ausschuss erste Problemstellungen, Sensorsysteme und Lösungsansätze identifiziert. Neuartige MID-Prozesstechnologien werden eingesetzt, um die Retrofit-Sensorsysteme räumlich in Maschinen und Anlagen zu integrierten.
Ein wesentlicher Schwerpunkt des Projektes liegt dabei auf der Fertigung individueller Sensorsysteme in kleinen Losgrößen. Hierfür sind hybride Technologieansätze vorgesehen, die die Laser-Direkt-Strukturierung (LDS) von additiv erzeugten Kunststoff-Bauteilen wie auch von Polymer-beschichteten Metallkomponenten einbeziehen. Neben konstruktiver und fertigungstechnologischer Entwicklung sowie Herstellung erster Sensormuster wird parallel der Aufbau der komplexen cloudbasierten Software realisiert.
Partner des CORNET-Vorhabens (Collective Research Networking) sind auf deutscher Seite das Fraunhofer IEM und die Hochschule Ostwestfalen-Lippe, die sich mit der hardwareseitigen Produkt- und Prozesskonfiguration beschäftigen. Auf belgischer Seite unterstützen die KU Leuven und Sirris, die die Middelware-Architektur und die Cloud-Anbindung umsetzen.
Das Projekt soll kleinere und mittlere Unternehmen befähigen, erste Schritte in den Bereichen Design, Fertigung, Test und Inbetriebnahme beim Retrofit von Anlagen mit smarten Sensorsystemen zu tätigen. Dafür soll eine Bibliothek entwickelt werden, die es hier weniger erfahrenen Entwicklern ermöglicht, anwendungsspezifische Nachrüststrategien zu identifizieren, räumlich integrierte Sensorsysteme zu konfigurieren und die entwickelten Sensorsysteme in vorhandene Produktionssysteme zu integrieren.
Das IGF-Vorhaben 231 EN der Forschungsvereinigung Räumliche Elektronische Baugruppen 3-D MID e.V. wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Die Bearbeitung des Projektes erfolgt auf deutscher Seite durch die Forschungseinrichtungen Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM, Paderborn, sowie durch die Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Fachbereich Produktion und Wirtschaft, Labor für Laser- und Mikrotechnik, Lemgo. Die beteiligten Partner aus Belgien/ Flandern sind KU Leuven und SIRRIS.
Kontakt:
Forschungsvereinigung Räumliche Elektronische Baugruppen 3-D MID e.V.
Fürther Straße 246b
D-90429 Nürnberg
Tel.: +49.911.5302.9100
Fax: +49.911.5302.9102
E-Mail:info@3dmid.de
Fraunhofer IEM
Dr.-Ing. Christoph Jürgenhake
Zukunftsmeile 1
D-33102 Paderborn
Tel.: +49.5251.5465.118
Fax: +49.5251.5465.102
E-Mail: christoph.juergenhake@iem.fraunhofer.de
Hochschule Ostwestfalen- Lippe
FB Produktion und Wirtschaft
Labor Laser- und Mikrotechnik
M.Eng. Mario Richtsmeier
Liebigstraße 87
D-32657 Lemgo
Tel.: +49.5261.702.5100
Fax: +49.5261.702.85100
E-Mail: mario.richtsmeier@hs-owl.de
