Aufbau der Lernfabrik
Technologieschema
Die iLernfabrik 4.0 ist eine Eigenwicklung mit über 30 Firmen und dem Systemintegrator Christiani GmbH Konstanz. Die
Mehrlieferanten-Strategie und der Einsatz von Mixed-Hardware bilden die Basis der iLernfabrik 4.0 (individuell).
Die aus sechs Modulen bestehende Anlage bildet eine komplette Produktionskette realitätsnah ab und veranschaulicht, wie die Prozesse
in Industrie 4.0 funktionieren. Durch den modularen Aufbau der Stationen ist die Gesamtanlage auch auf künftige Anforderungen bestens
vorbereitet. In der iLernfabrik 4.0 werden Würfel oder Dosen mit verschiedenen Einlageelementen befüllt.
Modul 1: (Palettenlager und Unterteile)
- Palettenlager
- Auftragsverknüpfung
- Ausgabe Dosenunterteile
- Ausgabe Würfelunterteile
- Magazinierung Dosenunterteile
Modul 2: (Handarbeitsplatz)
- Handarbeitsplatz (geplant)
- Sortierung und Magazinierung Würfelunterteile
Modul 3: (Einlegeteile, Produktkontrolle)
- Einlegeteile in Dosen oder Würfel platzieren
- Optische Produktkontrolle
- Einlegeteile von Dosen und Würfeln entnehmen
Modul 4: (Oberteile und Palettenlager)
- Dosendeckel auflegen
- Palettenlager
- Ausgabe Würfeloberteil
- Magazinierung Dosenoberteile
- Magazinierung Würfeloberteile
Modul 5: (Verpressen Dosen und Würfel, Produktkontrolle, Öffnen Dosen)
- Verpressen Dosendeckel
- Verpressen Würfelhälften
- Optische Produktkontrolle
- Öffnen Dosendeckel
Modul 6: (Lager und Produktausgabe)
- Lager für Würfel
- Lager für Dosen
- Produktausgabe Würfel und Dosen
Jede der sechs Stationen enthält zwei SPSen der Firma Siemens, die die in der Station verbauten Elemente ansteuern. Jeder Tisch bildet eine Einheit mit einer eigenen Netzwerkinfrastruktur, die wiederum mit dem übergeordneten MES ver-bunden sind. Die SPSen erledigen die konkreten Steuerungsaufgaben in den Stationen, wie zum Beispiel Anfahren der Transportbänder und die Umlagerung von Bauteilen. Hierbei kommunizieren die SPSen mit dem übergeordneten MES, welches die Gesamsteuerung der Anlage übernimmt.
Beim zurzeit eingesetzten MES handelt sich um eine Eigenentwicklung, mit einer auf die Zielgruppen angepassten didaktischen Reduktion
auf die wesentlichen Elemente, die für den Betreib eines Web-Shops, der Ansteuerung des Produktionsprozesses sowie der Erfassung und
Visualierung der dabei anfallenden Daten ermöglicht. Mittelfristig ist der Einsatz der Software der Firma forcam geplant.
Die beiden ebenfalls verbauten Roboter der Firma Kuka sind integraler Bestandteil der Anlage und kommunzieren über die SPSen mit dem
MES.
Die Anlage wird durch einen 3D-Drucker JetFusion der Firma HP ergänzt. Mit dem Drucker werden Spezialhandhabungselemente zur
Verbesserung der Anlage sowie spezielle Einlegeteile zur Erhöhung der Produktvarianz erstellt.
Steuerungstechnisch gesehen, kann jedes Modul für sich programmiert werden. Prozesstechnisch gesehen, sind wir teilweise an den Fertigungsablauf gebunden. Durch die übergeordnete Intelligenz könnte aber die Reihenfolge der Module beliebig angeordnet werden.
In jedem Modul ist mindestens ein Förderband, eine Identifikationsstation und eine Applikation integriert. Der Werkstückträger wird, an die RFID Station befördert und dort gestoppt. Die Nummer des Trägers wird identifiziert. Nachdem die Nummer des Trägers bekannt ist, wird nun am übergeordneten MES-Server angefragt, ob ein aktueller Auftrag für diesen Werkstückträger vorliegt. Falls ein Auftrag vorliegt, wird die zugehörige Applikation gestartet. Das ist z.B. die Umsetzung eines Teils, das Verpackt werden soll. Falls es jedoch keinen Auftrag für diesen Werkstückträger an der betroffenen Applikation gibt, wird das Werkstück „frei gelassen“ und fährt weiter zur nächsten Identifikationsstation.
Hardwarekomponenten
Robotersysteme 1x KRC, 1x iiwa KUKA Roboter GmbH
Transportsystem: ETS DIDACTIC GMBH
Handhabungs- und Montagesysteme: Dr.-Ing. Paul Christiani GmbH & Co. KG
Steuerungs- und Antriebstechnik: Siemens AG
Visualisierungssysteme: Siemens AG, Eyevis GmbH
Sicherheitstechnik: Pilz GmbH & Co. KG, Wenglor sensoric GmbH
Energiemanagementsystem: Janitza electronics GmbH
RFID-System: IFM electronic GmbH
Feldbussysteme: IFM electronic GmbH, Murrelektronik GmbH, Turck GmbH
Netzwerksystem: Cisco Systems, Phoenix Contact GmbH & Co. KG
MES System: Forcam GmbH
Bildverarbeitungssystem: Wenglor sensoric GmbH
Sensorik: Wenglor sensoric GmbH, IFM electronic GmbH, Balluff GmbH
Verwendete Software
Die folgende Software ist in der iLernfabrik 4.0 im Einsatz:
- Ubuntu Linux
- MariaDB Datenbankserver
- Mosquitto MQTT-Broker
- Apache Webserver
- Tomcat Webserver
- Node-RED
- FORCAM (Planungs- und Integrationsphase)
- Janitza GridVis
- HP SmartStream 3D Command Center
- HP SmartStream 3D Build Manager
Weitere Entwicklungswerkzeuge die in der iLernfabrik 4.0 eingesetzt werden:
- Siemens TIA Portal mit WinCC
- PLCSIM
- Eclipse
- Solidworks
- ifm LR Device
- KUKA Sunrise
- KUKA Workvisual
- Pilz PNOZmulti Configurator