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O+P Fluidtechnik 7-8/2017

O+P Fluidtechnik 7-8/2017

VDMA STUDIE INDUSTRIE

VDMA STUDIE INDUSTRIE 4.0 IN DER FLUIDTECHNIK AM FALLBEISPIEL DER AUTOMATISIERTEN INBETRIEBNAHME M. Sc. Raphael Alt, Institut für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen (IFAS) der RWTH Aachen Förderung: Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA; FKM-Nr. 704080 FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG Zielsetzung: Gegenstand dieser Studie ist die Analyse relevanter Aspekte bei der Betrachtung einer Maschine im Kontext von Industrie 4.0. Das erste Arbeitspaket gibt eine Übersicht über derzeit stattfindende Veränderungen in der Industrie und identifiziert die vorantreibenden Einflussmechanismen. Diese basieren nicht nur auf dem technischen Fortschritt in der Informations- und Kommunikationstechnologie, sondern auch auf neuen Geschäftsmodellen. Begrifflichkeiten, welche in diesem Zusammenhang häufig zur Sprache kommen, werden in einem Glossar aufgelistet und erklärt. Als Basis für eine weiterführende Analyse des Fallbeispiels wird zum einen der aktuelle Stand der Inbetriebnahme-Technik erarbeitet und zum anderen die Vision einer automatisierten Inbetriebnahme beschrieben. 01 Generierung von Wissen und daraus folgende Aktionen Generierung von Wissen und daraus folgende Aktionen (in Anlehnung an /PLA16/) Virtuelle Welt Vernetzen/ Verknüpfen Bedeutung zuweisen/ Semantik/ Verstehen Syntax/ Erkennen Wissen Informationen Daten Zeichen Domäne C Domäne B Domäne A Flexibles Handeln Aktion Reale Welt Zusammenfassung und Ausblick: Die folgenden Arbeitspakete dienen der detaillierten Analyse der beschriebenen Fallbeispiele. Die darin betrachteten Aspekte beinhalten im Wesentlichen die in der Forschungs-Roadmap aufgezeigten vier Dimensionen: vertikale Integration, horizontale Integration, Produktlebenszyklus und Mensch. Jede dieser Dimensionen beleuchtet relevante Aspekte der Industrie 4.0 am Fallbeispiel der automatisieren Inbetriebnahme aus unterschiedlichen Perspektiven. Hieraus soll der Handlungsbedarf abgeleitet werden, der für die Fluidtechnik Branche und alle beteiligten Firmen besteht, wenn sie an der Hebung des Potenzials durch Industrie 4.0 beteiligt sein wollen. Ein großer Teil der Entwicklungen und Innovationen von Industrie 4.0 sind mit dem Bereich der Informations- und Kommunikationstechnologie in Verbindung zu bringen. Industrie 4.0 lässt viele Sichtweisen und Interpretationen zu, was beim Sprechen über die Thematik zu häufigen Missverständnissen führt. In dieser Studie wurden zunächst die Grundlagen und Potenziale aus Unternehmenssicht aufgezeigt. Zum Beschreiben der technischen Umsetzung wird in die Sicht der Feldgeräte gewechselt. Die meisten neuen Geschäftsmodelle können in der Unternehmenssicht verortet werden. Hierzu findet sich auch zahlreiche Literatur. Industrie 4.0 basiert zum einen auf der Beschaffung einer möglichst umfassenden Wissensbasis, welche zur richtigen Zeit am richtigen Ort zur Verfügung gestellt wird und zum anderen deren Umsetzung in die Realität mittels flexibler Aktorik (Bild 1). Zur Vergrößerung der Wissensbasis gehört eine intensive Messen/Erfassen/ Detektieren Datensammlung, -verarbeitung und Vernetzung der CPS. Zur Verbesserung der Verfügbarkeit und Kommunikation der Daten und Informationen ist eine einheitliche Beschreibung notwendig. Zur Erhöhung der Flexibilität lassen sich Systeme modularisieren und mit einer serviceorientierten Architektur aufbauen. Mechanische Funktionen werden, wenn möglich in die Elektronik und die Software ausgelagert. Funktionen werden gekapselt und dem Anwender möglichst einfach zur Verfügung gestellt. Der weitere Teil der Studie befasst sich mit der Konkretisierung der angesprochenen Aspekte an Hand der automatisierten Inbetriebnahme zweier Fallbeispiele: einer elektrohydraulischen Kompaktachse und einem pneumatischen 2D-Portalsystem. Derzeit wird der Stand der Inbetriebnahme im Dialog mit Vertretern aus der Industrie erfasst und eine Vision der automatisierten Inbetriebnahme skizziert. 46 O+P Fluidtechnik 7-8/2017

VDMA EFFIZIENTE VERSORGUNGSEINHEIT FÜR MOBILHYDRAULISCHE SYSTEME Dipl.-Ing. Lennart Roos, Institut für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge (IMN) der TU Braunschweig Förderung: Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA; FKM-Nr. 703270 Zielsetzung: Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht in einer Effizienzsteigerung der hydraulischen Versorgungseinheit mobiler Arbeitsmaschinen mit stark inhomogenem hydraulischem Leistungsprofil. Dabei soll eine gleiche oder bessere Dynamik erreicht werden als mit konventionellen, mechanisch-hydraulisch geregelten Verstellpumpen. Diese dient für das Vorhaben stets als Referenz. Im Projekt soll keine neuartige Pumpenkonstruktion entwickelt oder untersucht werden, sondern es soll die Reduzierung komponentenspezifischer Verluste durch einen systemtechnischen Ansatz erreicht werden. Als Beispielapplikation wurde für das Projekt ein Traktor der 100-kW-Leistungsklasse ausgewählt, weil diese Maschinen vielfältige Arbeitsaufgaben mit nennenswertem hydraulischem Leistungsanteil ausweisen. Prüfstandsaufbau mit Verteilergetriebe und den eingesetzten Pumpen 02 Zusammenfassung und Ausblick: Der zentrale Ansatz besteht in einer Aufteilung des Fördervolumens einer (großen) Verstellpumpe auf zwei (kleinere) Pumpen, sodass temporär nicht benötigtes Fördervolumen in einer Parallelschaltung deaktiviert werden kann. Durch den Einsatz verschiedener Baugruppen ist eine Vielzahl verschiedener Architekturen möglich. Im projektbegleitenden Arbeitskreis wurde der Fokus auf drei Konzepte gelegt, welche ausschließlich aus Pumpenparallelschaltungen zweier Einheiten mit/ohne Wellenkupplung bestehen. Zur Untersuchung der beschriebenen Zwei-Pumpenkonzepte wurde am IMN ein Prüfstand (Bild 2) aufgebaut, an dem auch die Validierungsversuche zum Abgleich mit der Simulation durchgeführt werden. Der Aufbau umfasst drei Verstellpumpen in Schrägscheibenbauweise sowie eine Innenzahnradpumpe, die alle auf eine zentrale Systemleitung geführt werden. Da auf vorhandene Pumpen zurückgegriffen wird, die zum Teil nicht durchtriebsfähig sind, wird ein lastschaltbares Verteilergetriebe eingesetzt, um weiterhin auch die Kupplungsfunktion darzustellen. Die erzielte Charakteristik erfüllt nur qualitativ die Erwartungen, da die minimalen quantitativen Vorteile keinen Einsatz eines Doppelpumpensystems rechtfertigen. Die ermittelte Größenordnung stimmt den ersten Messungen zufolge mit der Simulation überein. Bevor eine abschließende Bewertung sowie ein Abgleich mit der Simulation vorgenommen wird, werden zwecks statistischer Absicherung noch weitere Messreihen gefahren. Messergebnisse für die beiden weiteren Konzepte liegen aktuell noch nicht vor. Für eines der beiden wird ein besseres Effizienzverhalten für geringe Volumenströme erwartet, weil durch die abgekuppelte Pumpe keinerlei Schleppverluste anfallen. Gegenwärtig liegt der Fokus der Tätigkeiten auf der Versuchsdurchführung der Zweipumpensysteme mit und ohne Kupplungsfunktion. Neben der Versuchsdurchführung und -auswertung stehen noch die Validierung der Simulationsmodelle sowie die Bewertung am Beispiel der gewählten Applikation aus. Der Abschluss dieser Aufgaben komplettiert die aktuellen Aufgaben und mündet schließlich in den Abschlussbericht. Prüfstandsaufbau mit Verteilergetriebe und den eingesetzten Pumpen Lamellenkupplung Verteilergetriebe E-Maschine Pumpe 1 Pumpe 4 Pumpe 3 Pumpe 2 O+P Fluidtechnik 7-8/2017 47

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