Digitaler Zwilling einer Einheit zum Ultraschallschweißen. (Bildquelle: Herrmann Ultraschall)

Digitaler Zwilling einer Einheit zum Ultraschallschweißen. (Bildquelle: Herrmann Ultraschalltechnik)

Der Automatisierungsgrad von Produktionsanlagen steigt von Jahr zu Jahr an. Das ist insbesondere in den klassischen Industrienationen spürbar. Außerdem werden Maschinen in ihrem Aufbau und in dem, was sie tun, komplexer. Beispielsweise helfen Sensoren und Aktoren dabei, die Produktion effizient und sicher zu gestalten, kümmern sich Roboter um Zuführen und Abführen der Teile, bewerten Kameras die Qualität des Outputs.

Dazu schreitet die Digitalisierung voran und sorgt dafür, dass Maschinen, Maschinenteile, Fertigungslinien oder ganze Anlagen miteinander vernetzt sind, teilweise über weite Entfernungen hinweg. Daten werden ausgetauscht, Prozesse automatisch optimiert und unvorhergesehene Ausfälle von Anlagenteilen reduziert.

Als Produzent von Ultraschall-Fügesystemen hat Herrmann Ultraschall, Karlsbad, diesen Trend erkannt und wird mit der neuen HiQ Maschinengeneration und deren neuer Steuerungssoftware-Plattform Teil der „Fabrik der Zukunft“. Dies sind die ersten Teile eines umfassenden, wegweisenden Lösungspaketes im Sinne der Industrie 4.0 und des IIoT.

Das Informationsmodell ist der digitale Zwilling der Maschine

Die neue Steuerungssoftware-Plattform Dialog und Vario stellt ein proprietäres Informationsmodell (IM) zum Abbilden von Parametern und Funktionen der unterschiedlichen Maschinenelemente (Antrieb, Generator, Werkzeuge, Peripherie) zur Verfügung. Ebenso werden Prozess- und Qualitätsdaten dort abgelegt. Auf dieses IM kann über verständliche Benutzeroberflächen zum Zwecke der Parametrierung, Konfiguration und Prozessmodellierung zugegriffen werden. Auch Prozessanalyse und -optimierung sind möglich. Die Datenintegrität und deren Sicherheit wird durch die Steuerungssoftware garantiert. Der autorisierte Benutzer agiert somit sicher und einfach mit der Maschine oder dem System, ohne die Gefahr der Beschädigung der Anlage. Ein Zugriff auf das IM wie Ethernet IP oder Profinet IO ist über industrielle Feldbusse möglich. Mit diesem Digitalen Zwilling ist die neue HiQ in der digitalisierten Produktion angekommen.

In einem nächsten Schritt arbeitet das Unternehmen bereits an der Entwicklung eines umfassenden, standardisierten Informationsmodells, das alle Herrmann Ultraschall Schweißsysteme mit ihren Komponenten modular abbildet. Dieses vollständige IM wird auf dem Industriestandard OPC UA basieren. Vorbild hierfür ist der Euromap77 Standard, der dieses Prinzip bereits für Spritzgussmaschinen erfolgreich umgesetzt hat.

Das neue Datenmodell ermöglicht die standardisierte, aufwandsarme Integration des Ultraschallsystems in beliebige übergeordnete Systeme, wie die Leittechnik der Automatisierung oder ERP Systeme. Dabei kann das Modell auf der Maschine selbst, auf einem zentralen Server innerhalb des Anlagennetzwerkes oder in einer Cloud abliegen.

Dieser standardisierte, zentrale Zugriff erweitert den Blick von einer Maschine auf potenziell alle Maschinendaten einer Anlage, eines Standortes oder einer Anzahl von Produktionsstätten und erlaubt dem Betreiber eine leistungsfähige Datenauswertung zur Prozessoptimierung und beispielsweise auch zu vorhersagbarer Wartung.

Von der lokalen Prozessmodellierung zur Prozessintegration

In der Vergangenheit waren Schweißprozess und Maschinenzyklus integraler, monolithischer Bestandteil von Steuerungssoftware. In der Regel konnte der einmal festgelegte Ablauf nicht verändert und oft nicht einmal eingesehen werden.

Mit der neuen Steuerungssoftware-Plattform verfügt der Anwender über eine Möglichkeit, den Schweißprozess und den Maschinenzyklus aktiv zu gestalten sowie die vorkommenden Elemente zu parametrieren und deren Verhalten zu konfigurieren. Dieses Konzept erlaubt die optimale Anpassbarkeit des Maschinen- oder Schweißsystemverhaltens an die Notwendigkeiten der Applikation. Für jedes Bauteil, dass auf der Maschine gefügt werden soll, können spezifische Funktionsabläufe modelliert werden. Die Benutzeroberfläche ist dabei sehr einfach gestaltet und erlaubt die Konfiguration mit Drag-and-Drop Mechanismen. Verschiedene Ansätze aus der Consumer Industrie und sogar der Spielzeugindustrie wie Lego-Mindstorms standen dem Ansatz Pate.

Für die Zukunft ist es denkbar, die Integration des Schweißprozesses und des Maschinenzyklus mit all seinen Freiheitsgraden, in übergeordnete Steuerungssysteme zu ermöglichen. Der Vorteil für den Anlagenbetreiber ist es dann, dass er alle Maschinenzyklen zentral verwalten, überwachen und optimieren kann.

Mit generischer Funktionsintegration zum intelligenten Handarbeitsplatz

Neben den automatisierten Anlagen, in denen Schweißsysteme verbaut sind, gibt es noch immer einen großen Bedarf an klassischen Handarbeitsplätzen. Oftmals werden dort Fügeaufgaben von komplexen oder hochwertigen Bauteilen durchgeführt. An diesen Stellen verursacht selbst geringer Ausschuss unter Umständen hohe Kosten.

Deshalb gibt es immer mehr Konzepte und Lösungen für sogenannte intelligente Handarbeitsplätzen. Diese unterstützen den Produktionsmitarbeiter beispielweise dabei, die einzelnen Bestandteile richtig zusammenzusetzen, erlauben Rückverfolgbarkeit über unterschiedliche Codierungen wie QR, Barcode und RFID, und stellen teilweise sogar Einrichtungen zur Prüfung der Fügequalität bereit.

Neues Softwarepaket erleichtert die Funktionsintegration beim Ultraschallschweißen. (Bildquelle: Herrmann Ultraschall)

Neues Softwarepaket erleichtert die Funktionsintegration beim Ultraschallschweißen. (Bildquelle: Herrmann Ultraschalltechnik)

Bisher mussten diese Zusatzfunktionen über separate Steuerungen in den Maschinenzyklus eingebunden werden oder waren sehr einfach gehalten und zahlenmäßig begrenzt, wenn sie direkt mit der Maschinensteuerung verbunden werden konnten. Mit den neuen HiQ Steuerungen Dialog und Vario wird dem Anwender erlaubt, Zusatzfunktionen wahlfrei einzubinden. Ein Praxisbeispiel zeigt eine mehrteilige Motorabdeckung, die assembliert und mit einer Akustikdämmmatte verschweißt wird. Der Werkraum beinhaltet eine Vielzahl an Zusatzfunktionen. Es werden Gummidämpfer mechanisch eingepresst und auf richtigen Sitz abgefragt, ein Barcode-Etikett gedruckt und nach dem Aufbringen auf Lesbarkeit geprüft, sowie eine dauerhafte Gravur ins Bauteil eingebracht. Abhängig von Bauteilgeometrie und gewünschter Dauerhaftigkeit kommen für die Kennzeichnung verschiedene Verfahren wie Ritzprägen, Laser, Tintenstrahl oder Barcode-Etiketten zum Einsatz. Alle Zusatzfunktionen können künftig leichter in das Gesamtkonzept der Ultraschall-Schweißmaschine integriert werden.

Rüstzeiten beim Werkzeugwechsel senken

Ein geführter Werkzeugwechsel mit RFID-codierten Werkzeugen und automatisch spannenden Vorrichtungen erleichtert zudem den sicheren Produktwechsel für den Kunden. Falsche Kombinationen von Schweißprogramm, Schwinggebilde und Vorrichtung sind nicht mehr möglich, auch die optimale Startposition für die Applikation wird vom System automatisch eingestellt. Somit ist auch bei Serienmaschinen die Losgröße 1 wirtschaftlich machbar. Ein mehrstufiges Meldemanagement informiert über Fehler und Hinweise in verständlichem Klartext und macht einfache Behebungsvorschläge.

 

 

 

 

Halle/Stand 11/K26

Über den Autor

Astrid Herrmann

ist PR-Referentin bei Herrmann Ultraschall in Karlsbad.