Cyber-physische Systeme

Mit intelligenten Werkzeugen den Airbus der Zukunft bauen

| Autor / Redakteur: Sébastien Boria* / Nico Litzel

Werkzeuge und Systeme müssen um Intelligenz erweitert werden, um den Produktionsprozess zu vereinfachen. Durch das System-on-Module (SoM) von NI kann Airbus schnell Prototypen dieser intelligenten Tools unter Einbezug des Systemdesign-Ansatzes von NI erstellen.
Werkzeuge und Systeme müssen um Intelligenz erweitert werden, um den Produktionsprozess zu vereinfachen. Durch das System-on-Module (SoM) von NI kann Airbus schnell Prototypen dieser intelligenten Tools unter Einbezug des Systemdesign-Ansatzes von NI erstellen. (Bild: National Instruments)

Flugzeugwerke von heute sind keine lauten und hektischen Fabriken mehr. Die Flugzeugfabrik der Zukunft ist ein Forschungsprojekt, das neu aufkommende Fertigungstechniken mit intelligenten Tools fördert.

Cyber-Physical Systems und Big Analog Data schaffen die Voraussetzungen für eine intelligentere, auf den Bediener ausgerichtete Produktion, die eine Zusammenarbeit von Bedienern und Maschinen in demselben Umfeld erlaubt. Das Werk der Zukunft schließt zudem die umfassende Nutzung einer modularen Plattform mit einem hohen Abstraktionsgrad auf Basis handelsüblicher Standardmodule ein.

Eine der Schlüsselkomponenten zur Verbesserung der Effizienz im Werk der Zukunft sind intelligentere Werkzeuge. Diese Geräte sind so konzipiert, dass sie mit einer Hauptinfrastruktur oder lokal mit Bedienern oder mit anderen Werkzeugen kommunizieren können, aber nur dann Lagebewusstsein vermitteln und Echtzeitentscheidungen treffen, die auf lokaler und verteilter Intelligenz im Netzwerk basieren, wenn dies nötig ist.

Im Fall einer Produktionsanlage können intelligente Werkzeuge den Produktionsprozess vereinfachen und die Effizienz verbessern, indem sie physikalische Datenprotokolle und Handbücher überflüssig machen. Bediener müssen sich auf ihre Aufgaben im Betriebsablauf konzentrieren. Dabei müssen sie ihre Hände frei haben, um die passenden Werkzeuge nutzen zu können. Bisherige Initiativen, die mit papierlosen Projekten zu tun hatten, legten den Fokus zumeist auf Papiereinsparung oder Ersetzen des Papiers durch Tablet-PCs. Dennoch benötigten sie weiterhin „passive/tote Daten“.

Intelligente Werkzeuge eröffnen eine weitere Alternative: Live-Daten. Zur Entwicklung eines Flugzeugs gehören unzählige Schritte, die Bediener befolgen müssen, und auch zahlreiche feststehende Prüfungen, um die Qualität sicherzustellen. Durch Erweiterung des Systems um Intelligenz erkennen die Werkzeuge die Aktionen, die der Bediener als nächstes ausführen muss, und passen automatisch ihre Einstellungen an. Das vereinfacht die Aufgabe für den Bediener. Nach Abschluss der Aktion können die intelligenten Werkzeuge auch die Ergebnisse überwachen und aufzeichnen. Das verbessert die Effizienz des Produktionsprozesses.

Eine bestimmte Teilbaugruppe eines Flugzeugs beispielsweise besitzt in etwa 400.000 Stellen, die festgezogen werden müssen. Dazu sind gegenwärtig über 1100 einfache Spannwerkzeuge nötig. Der Bediener muss eine Liste mit Schritten genau befolgen und die passenden Drehmomenteinstellungen für jede Stelle mithilfe des korrekten Werkzeugs sicherstellen.

Die manuelle Vorgehensweise bedeutet ein hohes Risiko bei der Produktion: Selbst eine einzige Stelle, die falsch festgezogen wurde, könnte langfristig Kosten von hunderttausenden Dollar verursachen. Ein intelligentes Spannwerkzeug begreift, welche Aufgabe der Bediener ausführen will, indem Bilderfassung und -verarbeitung zum Einsatz kommen, anhand derer das Werkzeug seine Umgebung verarbeitet und automatisch das Drehmoment festlegt.

Das Gerät kann das Resultat der Aufgabe in einer zentralen Datenbank speichern, um sicherzugehen, dass die Stelle korrekt festgezogen wurde. Mit der Datenbank des zentralen Manufacturing Execution System (MES) und der verteilten Intelligenz der Geräte können Produktionsleiter die Verfahren und Prozesse präzise bestimmen, die während der Qualitätskontrolle und -zertifizierung überprüft werden müssen.

Ergänzendes zum Thema
 
Interview mit Daniel Riedelbauch, NI: „Risiken und Entwicklungszeit reduzieren“

Airbus hat mit der Entwicklung intelligenter Werkzeugfamilien begonnen, die verschiedene Fertigungsprozesse ausführen: Bohren, Messen sowie hochwertiges Datenloggen und Festspannen.

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