Nachlese zur Hannover Messe

Neuheiten in der Automatisierungstechnik

15. Mai 2018

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Die Digitalisierung in der Industrie und damit natürlich auch die Verbindung von Produktion und Logistik schreiten zügig voran. Wertschöpfungsketten werden digital, die Mensch-Roboter-Kollaboration ist Realität. Die Automatisierung im Handel verändert Branchen und Gewohnheiten. Hier entstehen neue Produkte, Lösungen und Dienstleistungen.

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HMI

Der digitale Wandel ist eine der größten Veränderungen in der heutigen Zeit. Die intelligente Vernetzung von Produktion und Logistik ist dabei ein Punkt, den auch SEW im Rahmen seiner Industrie-4.0-Aktivitäten frühzeitig erkannt hat. Die Bruchsaler zeigten auf der diesjährigen Hannover Messe Lösungen und Neuheiten, um den Kunden Möglichkeiten an die Hand zu geben, ihre Wertschöpfungsketten effizient gestalten zu können und Industrie-4.0-Prozesse Realität werden zu lassen. Dies gilt insbesondere auch für den Logistikbereich – dem Interessensgebiet der Cemat, die 2018 zeitgleich zur Hannover Messe stattfand.

Angefangen bei der umfassenden Beratung zu Industrie 4.0, klassischer und smarter Antriebstechnik, welche die Industrie 4.0 in Bewegung hält, über komplett neue Angebote für die Maschinenautomatisierung, der intelligenten Lösungen in der Intra- und Lagerlogistik bis hin zu Dienstleistungen rund um den Lebenszyklus einer Fabrik sowie individuellen Industriegetriebelösungen – der Besuch auf dem Messestand von SEW lohnte sich wie
immer.

Bild 1: Alle Antriebsfunktionen der Topologie Motion-Control stehen in der Topologie Modul-Automation zur Verfügung

Bild 1: Alle Antriebsfunktionen der Topologie Motion-Control stehen in der Topologie Modul-Automation zur Verfügung

Im Bereich der Automatisierungstechnik bot SEW mit dem Automatisierungsbaukasten Movi-C Lösungen, um auch komplexe Arbeits- und Bewegungsabläufe durchgängig zu steuern und zu bewegen. Mit zahlreichen Erweiterungen des Baukastens, sowohl in der Soft- wie in der Hardware, überzeugte Movi-C mit der Durchgängigkeit und einem intuitiven Bedienkonzept (Bild 1). Alle Antriebsfunktionen der Topologie Motion-Control stehen in der Topologie Modul-Automation zur Verfügung. Zusätzlich zu den grafischen Editoren für die Antriebsfunktionen lassen sich Automatisierungsaufgaben der übergeordneten Steuerung teilweise oder vollständig über das Programmiersystem (IEC 61131) in der Steuerung Movi-C Controller einfach und flexibel lösen. Typische Anwendung: Verpackungsmaschinen, Verarbeitungsmaschinen, komplexe Transportaufgaben (Modul-Automation).

Neuerungen für die smarte Fertigung und Logistik finden sich auch in den klassischen Segmenten. Mit den neuen DRN..-Motoren mit Leistungen kleiner 0,55 kW bietet SEW hier die passenden Motoren für zukunfts- und investitionssichere Anlagen.

Für besondere Aufgaben, gerade in der Lebensmittelverarbeitung, hatte SEW eine wesentliche Neuerung dabei. Das aktuelle XCO-Antriebspaket (eXtreme Corrosion Option) ist ein Oberflächenschutz für Getriebe und den Aseptic Motor der Baureihe DAS.

Bild 2: Getriebemotoren mit dem neuen XCO-Antriebspaket

Bild 2: Getriebemotoren mit dem neuen XCO-Antriebspaket

Die Schutzart des Motors ist mit IP 69K für die tägliche Reinigung unter hohem Druck geeignet. Die Antriebswelle sowie Verbindungs- und Verschlussschrauben werden aus Edelstahl gefertigt ebenso das Entlüftungsventil, die Druckausgleichsmembran am Klemmenkasten und das Leistungsschild (Bild 2).

Die Baureihe DAS.. ist ideal für den Einsatz in sensiblen Produktionsbereichen, z. B. in der Arznei-, Kosmetik- oder der Lebensmittel- und Getränkeindustrie geeignet. Auch wenn eine absolut saubere Produktionsumgebung vorgeschrieben ist, können Sie die Motoren in Verbindung mit dem Antriebspaket Aseptic oder XCO-Antriebspaket unbedenklich einsetzen. Zwei wesentliche Eigenschaften der Motoren der Baureihe DAS:

  1. Im Gegensatz zu Standardmotoren, die mit Kühlrippen ausgestattet sind, ist die Oberfläche der aseptischen Motoren weitestgehend glatt. So bleibt kaum Schmutz an ihnen haften.
  2. Im Gegensatz zu Standardmotoren sind sie konvektionsgekühlt. D. h. sie verwirbeln keine Luft und verbreiten folglich auch keine Keime und Bakterien weiter.

Ebenso problemlos umsetzbar sind die in solchen Fertigungsbereichen notwendigen Reinigungsvorgänge der Produktionsanlage. Mit den entsprechenden Oberflächen- und Korrosionsschutzmaßnahmen ausgestattet, können Sie bei diesen Motoren mit dem Antriebspaket Asepticplus oder XCO-Antriebspaket bedenkenlos aggressive Reinigungs- und Desinfektionsmittel anwenden, denn der Oberflächenschutz und die verwendeten Materialien halten den regelmäßigen Reinigungsvorgängen stand.

Auch im Bereich von Service und Dienstleistungen ist bei SEW einiges in Bewegung. Eine Vielzahl an Services entlang des kompletten Anlagenlebenszyklus unterstützen Kunden und Anwender nach individuellem Bedarf. Von der Orientierung über Planung & Engineering, Beschaffung & Lieferung, Installation & Inbetriebnahme bis hin zu Nutzung und Modernisierung. Der Kunde bekommt auch hier alles aus einer Hand, also sowohl die Antriebs- & Automatisierungstechnik als auch den zugehörigen Service und weitere Dienstleistungen. Predictive Analytics und Predictive Maintenance für smarte Produkte oder die smarte Fabrik standen auf dem Hauptstand für Besucher bereit.

Auf dem Freigelände zeigte das Unternehmen eine Auswahl an Industriegetrieben und Applikationen sowie das zugehörige Condition Monitoring, u. a. die P-X1KP, eine Kombination aus Planeten- und X-Getriebe-Baukasten. Diese modulare Getriebelösung eignet sich ideal für Schneckenförderer, Plattenbandaufgeber, Einwellen- und Doppelwellenmischer oder –zerkleinerer sowie als Zuckermühlenantrieb.

Bionic Workplace

Auch Festo hatte unter den Stichworten Integrated Industry – Connect and Collaborate wieder viel zu bieten. Im Fabrikalltag übernimmt Automatisierungstechnik typische Aufgaben wie das Greifen, Bewegen und Positionieren von Gütern sowie das Steuern und Regeln von Prozessen. All diese Aufgaben löst die Natur ganz selbstverständlich, einfach und energieeffizient. Was läge da näher, als sich ihre Phänomene anzuschauen und von ihnen zu lernen? Der Forschungsverbund – mit Festo, Hochschulen und Instituten, Entwicklungsfirmen und privaten Erfindern – Bionic Learning Network widmet sich dieser Thematik.

Mensch-Roboter-Kollaboration mit künstlicher Intelligenz

Bild 3: Ein mögliches Zukunftsszenario, das alle wesentlichen Elemente der Robotik vereint: der Bionic Workplace im Zusammenspiel mit dem BionicMotionRobot und einem Robotino.

Bild 3: Ein mögliches Zukunftsszenario, das alle wesentlichen Elemente der Robotik vereint: der Bionic Workplace im Zusammenspiel mit dem Bionic Motion Robot und einem Robotino.

Neben der Serienfertigung gibt es in der Industrie einen Trend hin zur Individualisierung der Produkte. Eine zentrale Rolle bei der Produktion in Losgröße 1 spielen neben der digitalen Vernetzung ganzer Anlagen auch lernfähige Systeme mit künstlicher Intelligenz und Roboter, die Hand in Hand mit dem Menschen zusammenarbeiten. Im Bionic Workplace sind alle diese Anforderungen in einer zukunftsweisenden Arbeitsumgebung vereint (Bild 3).

Zentraler Bestandteil der Arbeitsumgebung ist der Bionic Cobot (»Collaborative Robot«, mitarbeitender Roboter). Der pneumatische Leichtbauroboter ist dem menschlichen Arm in seinem anatomischen Aufbau nachempfunden und löst – wie sein biologisches Vorbild – viele Aufgaben mithilfe seiner flexiblen und feinfühligen Bewegungen. Aufgrund seiner Nachgiebigkeit und seiner intuitiven Bedienbarkeit kann der Bionic Cobot unmittelbar und sicher mit dem Menschen interagieren. Dabei unterstützt er den Werker bei monotonen Arbeiten und übernimmt Handgriffe, die für den Menschen gefährlich sind.

Im Bionic Workplace arbeitet der bionische Roboterarm mit zahlreichen Assistenzsystemen und Peripheriegeräten zusammen, die miteinander vernetzt sind und untereinander kommunizieren. Gleichzeitig machen künstliche Intelligenz und »Machine-Learning«-Methoden den Bionic Workplace zu einem lernenden und antizipativen (vorwegnehmend) System, das sich kontinuierlich selbst optimiert.

Der gesamte Arbeitsplatz ist ergonomisch gestaltet und bis hin zur Beleuchtung individuell an den Menschen anpassbar. Mittig im Blickfeld des Werkers ist eine große Projektionsfläche. Sie versorgt ihn mit allen relevanten Informationen und reagiert dynamisch mit ihren Inhalten auf die jeweiligen Anforderungen. Um die Projektionsfläche herum sind verschiedene Sensoren und Kamerasysteme angebracht, die permanent die Positionen von Werker, Bauteilen und Werkzeugen erfassen. So kann der Mensch direkt mit dem Bionic Cobot interagieren und ihn über Bewegung, Berührung oder über die Sprache steuern.

Positionserfassung durch Wearables

Den humanen Kollegen und seine Bewegungen erkennt das System an seiner speziellen Arbeitskleidung. Diese so genannten Wearables bestehen aus einem Langarm-Oberteil, das mit Inertialsensoren ausgestattet ist, und einem Arbeitshandschuh mit integrierten In-frarotmarkern. Mit Hilfe der erfassten Sensordaten kann der Bionic Cobot seinem menschlichen Kollegen punktgenau Gegenstände übergeben und ihm bei Bedarf ausweichen – eine unabdingbare Voraussetzung für die direkte Kollaboration zwischen Mensch und Roboter.

Die intelligente Software verarbeitet gleichzeitig sämtliche Kamerabilder, Positionsdaten und Inputs der verschiedenen Peripheriegeräte. Aus allen diesen Informationen leitet sie den optimalen Programmablauf ab. Anschließend verteilt das System die Aufgaben sinnvoll auf den Roboter und die anderen Tools, um den Menschen optimal bei seiner Arbeit zu unterstützen.

Mit jeder gelösten Aktion lernt das System weiter hinzu. Dabei entsteht eine so genannte semantische Karte, die kontinuierlich wächst. Entlang der Netzwerkpfade ziehen die hinterlegten Algorithmen permanent dynamische Schlussfolgerungen. So gelangt man von einem gesteuerten, programmierten und festen Ablauf nach und nach zu einem wesentlich freieren Arbeiten.

Fernmanipulation über Virtual-Reality-Brille

Ein weiteres Element des intuitiven Bedienkonzepts ist die Fernmanipulation. Dazu erfasst eine 3D-Stereokamera mit einem Blickwinkel von 180 ° den gesamten Arbeitsraum. Gleichzeitig trägt der Mitarbeiter, der räumlich getrennt agiert, außer den textilen Wearables auch eine Virtual-Reality-Brille. Mit ihr kann er die Bilder der Kamera in Echtzeit abrufen und verfolgen. So lässt sich der Roboter bei räumlicher Trennung oder aus sicherer Distanz steuern (Bild 3).

Durch lernfähige, intelligente Arbeitsplätze wie den Bionic Workplace und den Einsatz multifunktionaler Tools wird das Zusammenwirken von Mensch und Maschine künftig noch intuitiver, einfacher und effizienter. Einmal gelernte Wissensbausteine und neue Fertigkeiten lassen sich grenzenlos teilen und global zur Verfügung stellen. So wäre es möglich, Arbeitsplätze künftig als weltweit vernetzten Verbund mit lokalen Anpassungen aufzubauen – jeweils abgestimmt auf die individuellen Aufgaben und Kundenwünsche vor Ort.

Supra-Motor

Bild 4: Supraleitender kompakter Klauenpol-Motor mit Festkörperkühlung

Bild 4: Supraleitender kompakter Klauenpol-Motor mit Festkörperkühlung

Neben Automatisierungskonzepten mit Supraleiter-Technologie für die industrielle Anwendung und Bewegungskonzepten von SupraMotion erforscht Festo auch Technologien für direkte supraleitende Antriebe. Erstmals präsentierte das Unternehmen auf der Hannover Messe 2018 den Technologieträger SupraMotor, einen supraleitenden Klauenpol-Motor mit Festkörperkühlung. Er zeichnet sich durch eine sehr kompakte Bauweise, ein hohes Haltemoment und eine langlebige, elektrische Direktkühlung aus (Bild 4).

Niedriger Energiebedarf

Besonders effektiv arbeitet der Motor bei niedrigen Drehzahlen mit sehr hohen Drehmomenten. Muss eine Last gehalten werden, verbraucht der Antrieb selbst bei maximalem Haltemoment keine Energie. Auch insgesamt ist der Energiebedarf gering: Während die Ausgangsleistung des Motors im zweistelligen Kilowatt-Bereich liegt, benötigt er für die Kühlung nur Energie im niedrigen dreistelligen Wattbereich und unter fünf Watt in der Spule.

Aktuell kann der Motor lediglich mit geringen Phasenströmen betrieben werden, da die bisher verfügbaren ferromagnetischen Materialien keine größeren magnetischen Flussdichten aufnehmen können. Durch weitere Forschungsarbeiten könnten jedoch neue Konzepte und Materialien untersucht werden, die die Stromtragfähigkeit des Supraleiters von weit über 100 A voll ausschöpfen könnten.

Verlustfreier Stromtransport

Der Antrieb nutzt den Effekt, dass Strom innerhalb eines entsprechend gekühlten Supraleiters verlustfrei transportiert wird. Dadurch lässt sich mit sehr hohen Strömen ein starkes Magnetfeld erzeugen. Der SupraMotor hat eine große Überlastfähigkeit und eignet sich gut für Anwendungen im Dauerbetrieb. Dank der widerstandsfreien, supraleitenden Spulen ist es zudem praktisch ausgeschlossen, dass er überhitzt.

Roboter nehmen Menschen Arbeit ab

Ein Anblick, der in einigen Jahren in deutschen Industrieunternehmen nach Vorstellung der Entwickler die Regel sein sollte. »In der Fabrik der Zukunft werden Menschen und Roboter Hand in Hand arbeiten«, stellte Stefan Aßmann, Leiter Bosch Connected Industry, auf der Hannover Messe fest. »Schon heute können intelligente Assistenten selbstständig lernen und dem Menschen eintönige, gefährliche und anstrengende Arbeiten abnehmen.«

Dass die Cobots besonders achtsam und feinfühlig agieren, demonstriert Bosch mit einem Roboterarm, dessen Sensoren die Nähe eines Menschen erfassen und der seine Bewegung schon vor dem Kontakt abbricht. Das ist neu, denn Industrieroboter halten gewöhnlich erst bei direkter Berührung inne.

Roboter spielt Tischtennis

Ein netter Kollege in Arbeit und Freizeit – so zeigen die Hersteller die Roboter auf der Hannover Messe gern. So lud der Tischtennis spielende Roboter Forpheus von Omron Electronics Besucher zu einem Match auf der Platte ein. Seine Entwickler haben ihm die Fähigkeit einprogrammiert, komplexe Bewegungen vorherzusehen. Die Bahn eines vom Spielpartner aufgeschlagenen Balls kann Forpheus mit 80 Berechnungen pro Sekunde vorhersehen.

Einen sinnvolleren Roboter hat Festo bereits im Programm. Der Hersteller entwickelte in einem von der EU-Kommission geförderten Forschungsprojekt einen Ernte-Roboter. Die auf einem Roboter befestigten Greifer erkennen mit Hilfe von Kameras und weiterer Sensorik nicht nur die Position der Früchte, sondern auch ihren Reifegrad. Halbreife und überreife Früchte lässt Kollege Ernte-Roboter hängen.

Feinfühlige Bewegungen dank Druckluft

Ein Roboter kann gemeinsam mit einem Menschen am gleichen Werkstück arbeiten, weil er sehr sicher und nachgiebig gestaltet ist. Der große Unterschied zu anderen Robotern ist bei diesem Modell die Verwendung von komprimierter Luft als Antriebsmedium. Durch die stufenlose Einstellung der Kraft, kann sich der Roboter ganz ähnlich wie ein Mensch bewegen. Befehle des mitarbeitenden Menschen nimmt der Cobot über die grafische Oberfläche eines Tablets entgegen.

Künstliche Intelligenz

Mit den fest am Boden verschraubten oder in Käfigen eingesperrten Industrierobotern haben die freundlichen Bots von nebenan heute nicht mehr viel gemein. Ihren Anteil daran haben so genannte Roboter-Apps, die das Programmieren der mechanischen Helfer vereinfachen. All dies möglich macht der Boom der Künstlichen Intelligenz (KI). Schon 2016 haben laut CB Insights Risikokapitalgeber bereits in mehr als 200 Unternehmen investiert. Zudem arbeiten zahlreiche KI-Start-ups daran, Plattformen und Systeme menschenähnlicher zu gestalten. Den Marktforschern von Tractica zufolge soll der Umsatz mit Unternehmensanwendungen im Bereich KI in Europa von rund 93 Mio. $ (87 Mio. €) im Jahr 2016 auf rund 7,8 Mrd. $ im Jahr 2025 steigen.

Deutschlands Beschäftigte haben wenig Angst

Die Angst, ihr Job könnte in Zukunft von einem Roboter übernommen werden, ist bei Deutschlands Beschäftigten noch nicht verbreitet. Bei einer Umfrage von TNS Infratest im Auftrag der EU-Kommission gaben 72 % der Befragten an, »überhaupt keine Angst« davor zu haben. Nur 7 % erwarteten, dass Roboter ihren Job in der Zukunft »vollständig« oder »größtenteils« erledigen. Das wird sich wahrscheinlich ändern. Denn in der bereits angelaufenen nächsten Welle der industriellen Revolution (»Industrie 4.0«) soll es auch Angestellten an den »weißen Kragen« gehen. Sieben Mio. Stellen stehen zur Disposition, wobei einer Umfrage zufolge im Gegenzug bis 2020 allerdings auch 2 Mio. neue Stellen für Computerspezialisten und Techniker geschaffen werden sollen. Deutschland mit seiner starken Autoindustrie ist von diesem Umbruch besonders betroffen.

Preisverfall bei Standard­robotern

Deutlich zeigt sich der Boom beim weltweiten Absatz von Industrierobotern. Wurden 2009 weltweit 60.000 Industrieroboter verkauft, waren es 2015 bereits 254.000. Für 2018 wird ein weltweiter Bestand von rund 2 Mio. Industrierobotern vorhergesagt. 2025 soll ein Punktschweiß-Roboter nur noch etwa 70 % des heutigen Kaufpreises kosten. Mehr Roboter, die obendrein günstiger produziert werden – in diesem Szenario gerät der menschliche Arbeiter zwangsläufig ins Hintertreffen. Die kuscheligen Zeiten mit den netten Cobots am Arbeitsplatz gehören dann wohl der Vergangenheit an.

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