Stuttgarter Maschinenfabrik

Software-definierte Industrie 4.0 Fabrik der Zukunft, in der individualisierte Produkte selbstorganisiert hergestellt werden

Motivation

Industrie 4.0 wurde im Rahmen der Hannovermesse 2011 als strategisches Ziel für die Zukunft der industriellen Produktionstechnik ausgegeben. Moderne Ansätze aus der Informations- und Kommunikationstechnik sollen auf die Operational Technology (OT) übertragen werden. In der Praxis leitet sich daraus die Notwendigkeit ab, die heterogene Landschaft an Systemen zur Steuerung, Überwachung und Optimierung interoperabel zu betreiben. Die Umsetzung der Vision hinkt jedoch den Erwartungen hinterher, da die Realisierung einem grundlegenden Paradigmenwechsel gleichkommt. Außerdem gibt es nicht den einen richtigen Weg der Problemlösung, sondern verschiedene Lösungsvarianten mit teils untereinander inkompatiblen Lösungsbausteinen. Die Stuttgarter Maschinenfabrik ist ein konkretes Umsetzungsprojekt der Vision Industrie 4.0 und zeigt einen software-definierten Lösungsansatz in einem industriellen Umfeld auf.

Realisierung

In der Stuttgarter Maschinenfabrik lassen sich Produkte mit Losgröße 1 auf verschiedenen Maschinen mit unterschiedlichen Fertigungsverfahren herstellen. Architektonisch folgt der Ansatz dem Grundgedanken die Produktionshardware und -software nach dem Vorbild der Virtualisierung aus der Informatik in drei Schichten aufzuspalten. Dabei wird die untere Schicht (technologische Infrastruktur) mithilfe einer Abstraktionsschicht konsequent von der oberen Schicht (Anwendungen) getrennt. Die Aufgabe der technologischen Infrastruktur besteht darin Rechenkapazitäten (Feldgeräte, IPCs, Edge-Nodes, Cloudcomputer) und Konnektivität bereitzustellen. Außerdem gehören dazu Technologien wie Containervirtualisierung, virtuelle Maschinen, OPC UA, TSN, etc. Die darüberliegende Abstraktionsschicht bildet diese Hard- und Softwareobjekte genauso wie die zu fertigenden Produkte in Form von Verwaltungsschalen ab. Sie stellt die Schnittstelle zwischen Infrastruktur- und Anwendungsschicht dar und ermöglicht die Entwicklung von Anwendungen ohne Kenntnis der Infrastruktur. Die Anwendungen verwenden die Abstraktionsschicht als Informationsquelle und -senke und umfassen Services wie beispielsweise CNC-Steuerungen, Condition Monitoring, Optimierung von Produktionsabläufen am digitalen Zwilling, virtuelle Produktfertigung zur Qualitätsprädiktion uvm.

Ihr Ansprechpartner

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Michael Neubauer

M.Sc.

Chief Technology Officer (CTO) Forschung

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Colin Reiff

M.Sc.

Gruppenleiter "Mechatronische Systeme und Prozesse"

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Lars Klingel

M. Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter "Virtuelle Methoden in der Produktionstechnik"

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