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Smart Factory
Wenn das Fließband mitdenkt

In der Fabrik von morgen sind die Anlagen intelligent, vernetzt und steuern den Materialfluss ganz von selbst. Beim Forschungsprojekt netkoPs funktioniert diese Vision schon heute.

Alles ist in Bewegung. In den Montagehallen der Fertiger, auf den Gepäckbändern unter den Flughäfen oder in den Verteilzentren der Post: Überall in Logistik und Produktion werden Güter von A nach B befördert und verteilt.

Dabei ist dieser Materialfluss hochkomplex: Die Anlagen werden heute zentral gesteuert, individuell konzipiert und für den speziellen Anwendungsfall optimiert. Das klingt toll,  macht sie aber auch sehr unflexibel. Und durch Industrie 4.0 steht der Wandel bei der Produktionslogik auch direkt vor der Tür – durch Vernetzung und Intelligenz sollen Materialfluss-Systeme künftig in der Lage sein, untereinander zu kommunizieren und eigene Entscheidungen zu treffen. Die perfekte Zukunftsvision sieht so aus: Fördergüter finden selbständig den kürzesten Weg durch eine mitdenkende Anlage.

Wie das künftig in der „Smart Factory“ umgesetzt werden kann, hat das Forschungsprojekt netkoPs untersucht. Drei Jahre lang forschte ein Verbund aus Wissenschaft und Industrie unter der Projektkoordination des Antriebsspezialisten Lenze nach Antworten für den cleveren Transportweg. „Der Fokus von netkoPs war es, einen flexiblen, modularen und skalierbaren Lösungsansatz für Materialfluss-Systeme zu entwickeln, in denen alle Elemente durchgängig vernetzt sind und sich dezentral steuern lassen“, erklärt Dr. Heiko Stichweh, projektverantwortlicher Ingenieur bei Lenze SE. Darüber hinaus soll das System sich ohne viel Aufwand selbst organisieren können und einfach integrierbar sein.

Deshalb hat netkoPs ein standardisiertes Hardwaremodul entwickelt, mit dem jedes Förderelement ausgestattet wird. Dieses clevere Gerät macht den Unterschied: Durch eine Vernetzungsfunktion kennt jede Maschine nach der Initialisierung seine „Nachbarn“ und alle Ziele des gesamten Fördersystems. Eine Routingfunktion ermöglicht außerdem die dezentrale Steuerung des eigentlichen Materialflusses. Soll etwa ein Paket befördert werden, werden zunächst alle relevanten Informationen wie Maße, Ziel oder Priorität digital erfasst. Anhand der Daten lässt sich eine Route durch die Förderanlage planen. „Weil es eine Vernetzung gibt weiß jedes Element, an wen es die Anfrage und – nach Abschluss der Routenplanung – das Fördergut weiterreichen muss, damit das Paket auf dem kürzesten Weg zum Ziel kommt“, erklärt Heiko Stichweh.

Vernetzung, Routing und Informationen zusammen stellen sicher, dass alle Förderelemente eng zusammenarbeiten. Dabei ist das System sehr flexibel: Einzelne Förderelemente können problemlos hinzugefügt werden, ohne dass der gesamte Materialfluss neu konfiguriert werden muss. Diese Flexibilität ist dringend nötig, denn bisher lassen sich großen und komplexe Förderanlagen nur sehr schlecht erweitern. Jede Änderung mache aufwändige Eingriffe in die Zentralsteuerung nötig, was faktisch den Stillstand der Anlage bedeute, sagt Stichweh.

Um die Warenflüsse flexibler gestalten zu können, wurde im Konsortium ein intelligentes Förderelement, die Fördermatrix entwickelt: sie besteht aus einer Vielzahl modular aufgebauter schwenkbarer, kleiner Förderrollen, den sogenannten Fördermodulen. Dessen Kernstück ist ein neuartiger Förder- und Schwenkantrieb, der ohne Getriebe die geforderten Förderbewegungen realisieren kann.

Die einzelnen Fördermodule im Verbund ergeben eine Vielzahl an Möglichkeiten.  Güter können so nicht nur befördert und gedreht, sondern verteilt, ausgerichtet, sequenziert oder sogar zwischengeparkt werden. Dafür müssen alle Förderrollen exakt ausgerichtet und synchron betrieben werden. Lage und Position der Fördermodule erkennt der Motor durch sein innovatives Design ohne zusätzliche Sensoren. „Der Motor ist so konstruiert, dass er ohne weitere Lagesensoren auskommt. Er ist somit gleichzeitig sein eigenes Messinstrument“, sagt Stichweh.

Insgesamt hat netkoPs nach Einschätzung von Projektkoordinator Stichweh die gesteckten Ziele erreicht. Auch wenn noch Herausforderungen, wie etwa eine zeitliche Synchronisation großer Anlagen oder die umfassende Erprobung im Feldversuch, zu meistern sind, „das System funktioniert, der Grundstein für einen erheblichen Mehrwert ist gelegt“, sagt der Ingenieur. So markiert das Projekt netkoPs einen weiteren wichtigen Schritt zur smarten Fabrik innerhalb der Evolution der Industrie 4.0.