Industrie 4.0 Auf dem Weg zur Produktion von morgen · Massenproduktion Individuelle Mobilität,...
Transcript of Industrie 4.0 Auf dem Weg zur Produktion von morgen · Massenproduktion Individuelle Mobilität,...
Industrie 4.0
Auf dem Weg zur Produktion von morgen
Technische Universität Wien
Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Univ.Prof. DI. Dr. F. Bleicher 05. März 2015
Industrie 4.0
Effiziente Produktion vs. gläserner Fabrik
Seite 2
Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
IFT - Organisation und Forschungsbereiche
Institut für Fertigungstechnik
und Hochleistungslasertechnik Vorstand: Univ.Prof.Dr. F. Bleicher
Fertigungs-
automatisierung Technologie
Produktionsmess-
technik u. Qualität
Werkzeugmaschinen u.
Fertigungssysteme
Labor für
Produktionstechnik
Präzisionsmesslabor
Labor für
Fertigungstechnik
Lasergestützte
Fertigung
Automatisierungstechnik
NC-Steuerungstechnik
Mechatronik
Robotik
Fertigungsleittechnik
Produktionsplanung und
-steuerung
Produktionsqualität
Produktionsmesstechnik
Entwicklung von
Messtechnikapplikationen
Nanometrologie
GPS - Geometrische
Produktspezifikation
Laserbearbeitung
laserunterstütztes
Umformen
Laser- und
Optikentwicklung
Technologieentwicklung u.
-optimierung
spanende und
umformende Fertigung
elektro-chemische Verf.
adaptronische Verfahren
hybride Verfahren
Auslegung u. Optimierung
von Werkzeugmaschinen
Anlagenkonzepte
Layoutplanung
Intelligent Manufacturing S.
Handhabungstechnik
messtechnische Evaluierung
Labor für
Lasertechnik
Forschungsbereich
Fertigungstechnik Univ.Prof.Dr. F. Bleicher
Forschungsbereich
Lasergestützte Fertigung Univ.Prof.Dr.Ing. A. Otto
Innovations- und
Applikations-Labor
Seite 3
Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
Leitbild der Produktion der Zukunft
Trend in der Produktion
Mechanisierung Massenproduktion Automatisierung Intelligenz
Zeitliche Ordnung
Produktionssystem
Produktionsstruktur
Produktstruktur
Flexibilität zu
Produktivität
Mensch
Märkte
Ressourceneffizienz
18. Jahrhundert
Manufaktur
Fabriksystem
Individualanteil
Verhältnis ≈ 1
Generalisierung
Regionalproduktion
Extensive Nutzung
19. Jahrhundert
Taylorismus
Fokussierung
Standardisierung
Verhältnis ≪ 1
Spezialisierung
Globalisierung
Intensive Nutzung
20. Jahrhundert
Toyota System
Modularisierung
Komplexität
Verhältnis < 1
Flexibilität
Regionalisierung
Schonung
21. Jahrhundert
Lernende Fabrik
Virtualisierung
Adaptive Varianz
Verhältnis ≈ 1
(variabel)
Selbstorganisation
Lokalisierung
Kreislauf
Seite 4
Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
Kontratieff-Zyklen – Technologie-Innovationen
Dampfmaschine, Textilindustrie
Eisenbahn, Stahlindustrie
Elektrizität, Chemie Petrochemie
Automobilindustrie Elektronik
Informations-technologie
Kontratieff-Zyklen
Bergbau, Bekleidung
(Öffentlicher) Transport
Massenproduktion Individuelle Mobilität, Elektronik,
Automatisierung
Information, Kommunikation
1800 1900 1950 1990
Au
fsch
wu
ng
De
pre
ssio
n
Re
ze
ssio
n
Erh
olu
ng
1850
CIM
Lean
I4.0
Seite 5
Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
Mobilität heute und morgen
2010
CFRP e-Drive
Petrochemie Automobilindustrie
Elektronik Informations-technologie
Individuelle Mobilität, Elektronik,
Automatisierung
Information, Kommunikation
Seite 6
Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
Moor´sches Gesetz
Seite 7
Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
Spannung
Virtuelle Prozesse
Seite 8
Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
Virtuelle Maschine
Seite 9
Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
Durchgängige Integration
Digitalisierung
Automation
Intelligente Steuerung
Neue WZM-Kinematiken
Leichtbau-Komponenten
Effiziente Komponenten
Multidirektionale
Kopplung
Ressourceneffizienz
Auftrag
ERP
MES
CAx
Auftrag
Simulation
ERP
MES
CAx
MDE/BDE
Monitoring
HEUTE MORGEN
Fertigungssysteme
Seite 10
Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
IKT-Integration in Fertigungssystemen
Quelle: Maschinenfabrik Reinhausen
Seite 11
Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
OPC-UA Server
MES, z.B. SAP MII
Zellenablaufsteuerung
OPC-UA Server
OPC-UA Client OPC-UA Client
OPC-UA Server OPC-UA Server
OPC-UA Clients
Flexible Fertigungszelle - plug & produce
Entwicklungsplattform für
plug-and-produce-Konzept
Seite 12
Institute for Production Engineering and Laser Technology
Vienna University of Technology
Intensive Nutzung von Produktionsinformation
Durchflusssensor
Kühlschmierstoff
Beschleunigungs-
sensor
Durchflusssensor
Druckluft
Leistungs-
messgerät
Condition Monitoring
Kreisform
Gleichlauf
Schwingungen
Kühlschmierstoff-
pumpe
Werkzeugwechsel-
zylinder
OPC-UA
Datenbank
Algorithmen zur
Datenanalyse
Prozess
Maschine
Qualität
Effizienz
Seite 13 Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik Technische Universität Wien
Inte
rpre
tati
on
-6000
-4500
-3000
-1500
0
-10
-5
0
5
10
n in
U/m
in
P in
kW
Zerspanungsleistung
Leistung Hauptspindel (Steuerung)
theoretische Leistungsaufnahme der Hauptspindel (proportional zur Drehzahl)
Zerspanungsleistung
Drehzahl Hauptspindel (Steuerung)
Ou
tpu
t
Me
ssu
ng
Beispiel Auswertungen
Auszug der Ergebnisse einer beispielhaften Werkstückbearbeitung
0
1
-10
0
10
20
0 30 60 90 120 150 180 210 240
Stat
us
NC
- P
rogr
amm
P in
kW
Zeit in s
Gesamtleistung Bauteilfertigung
Energie pro Werkstück
Verhältnis Haupt- zu Nebenzeit
672,9 kJ 1,74
0
10
20
30
40
50
60
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
kum
ulie
rte
Ze
it in
s
P in
kW
Zeiten
Gesamtleistung Maschine (Messung)Leistung Hauptspindel (Steuerung)MaschinenstillstandszeitBearbeitungszeitWerkzeugpositionierungszeit (G0)WerkzeugeingriffszeitWerkzeuganfahrzeit aus Sicherheitsebene (G1)
Detaildarstellung siehe unten
aus der Steuerung werden zusätzlich zu den Antriebs-Regelparametern auch G-, M- und T-Befehle ausgelesen und in Echtzeit interpretiert
M30
Positionierungszeit G0
Positionierungszeit G1
Werkzeugeingriffszeit
29 s 25 s 94 s
aktiv
inaktiv
Zerspanungsenergie
KPI
Seite 14
Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
Generative Fertigung metallischer Teile
Quelle: EOS
Additive Manufacturing – Funktionsprinzip
Vom 3D CAD Modell…
… zum fertigen Werkstück
Zuführung des Pulvers
Laserauftrags-schweißen
Absenken der Plattform
Abermalige Zuführung von Pulver
Laseranwendung
Anwendung in Kunststoffen und Metallen
Seite 15
Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
Neue Gestaltungs- und Konstruktionsmethoden
Seite 16
Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
Kleine Schritte: Der Weg zum Mond
Raketen des Mercury-Programmes
1. Mercury-Atlas. 2. Mercury-Redstone.
3. Little Joe
Raketen des Gemini-Programmes Rakete des Apollo-Programmes
erster amerikanischer Start mit
einem Affen
erster Affe im Weltall
erster Amerikaner im Weltraum
erster Amerikaner in der
Erdumlaufbahn
22 Erdumkreisungen in
34 Stunden 20 Minuten, erstmals
Landung am Folgetag
(Gemini erster 2-Mann-Flug der
Amerikaner (Gemini 3)
erster Weltraumausstieg (White)
der Amerikaner 4)
Nachweis für Realisierung eines
14-tägigen Raumflugs
erste Kopplung mit Zielsatellit und
Nutzung des Antriebs des
fremden Raumfahrzeugs
bis dahin längster
Weltraumausstieg mit 5,5 Stunden
Testflug der Mondlandefähre
Erster bemannter Start der
Saturn V und erster Flug
von Menschen zum Mond,
den sie 10 mal umrundeten
Tests der Mondfähre in der
Erdumlaufbahn -
Rendezvous & Docking
Apollo 11: Erste
Mondlandung am 20. Juli
1969
“First, I believe that this nation should commit itself to
achieving the goal, before this decade is out, of
landing a man on the moon and returning him safely to
the earth.”
25 May 1961 John F. Kennedy