Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine
Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016
Folie 1
Kongress Produktionsforschung 2016
Gliederung
1
Vorstellung iwb und MAPAL
2
Industrie 4.0 in der Produktionstechnik
3
Intelligente Werkzeuge
4
Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge
5
Forschungsprojekt BaZMod
6
Zusammenfassung
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Folie 3
Kongress Produktionsforschung 2016
Vorstellung iwb Forschungsgebiete des iwb
Unternehmensplanung und -organisation
Mechatronische Produktionssysteme
Fertigungs- und Montagetechnologie
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Folie 6
Kongress Produktionsforschung 2016
MAPAL bietet als Technologiepartner Lösungen rund um die Zerspanung
UNTERNEHMEN
BRANCHEN PRODUKTE
DIENSTLEISTUNG
TECHNOLOGIE
PARTNERSCHAFT
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Wir haben uns vom Hersteller von Maschinen und Gewindebohrern zum weltweit agierenden Technologiepartner für individuelle Bearbeitungslösungen rund um die Zerspanung entwickelt.
Dr. Dieter Kress, Geschäftsführer
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MAPAL – Lösungen für alle Anwendungsbereiche
Reiben und Feinbohren
Vollbohren, Aufbohren und Senken
Fräsen
Aussteuern
Spannen
Einstellen, Messen und Ausgeben
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Drehen
Dienstleistungen
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Gliederung
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Vorstellung iwb und MAPAL
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Industrie 4.0 in der Produktionstechnik
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Intelligente Werkzeuge
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Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge
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Forschungsprojekt BaZMod
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Zusammenfassung
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Folie 10
Kongress Produktionsforschung 2016 Industrie 4.0 – Bedeutung für die Produktionstechnik Anwendung von CPS in Produktion und Logistik Simulationsservices
Planung und Steuerung von Produktionsabläufen – Management-Cockpit CPS-Produktionsinsel 1
CPS-Produktionsinsel 2
CPS-Produktionsinsel n
CPS-Werkstückträger
CPSWerkzeugmaschine Legende: CPS-Fähigkeit
Assistenzsystem
Produktionslogistik Handhabungseinrichtung
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CPSHandhabungseinrichtung
Werkzeugmaschine
Werkstückträger
Produkt
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Gliederung
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Vorstellung iwb und MAPAL
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Industrie 4.0 in der Produktionstechnik
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Intelligente Werkzeuge
4
Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge
5
Forschungsprojekt BaZMod
6
Zusammenfassung
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Folie 13
Kongress Produktionsforschung 2016 Intelligente Werkzeuge Einstufung von intelligenten Werkzeugen Stufe 2
Stufe 3
Stufe 4
Werkzeug
Stufe 1
Fähigkeiten
Identifizieren, z.B. Barcode
Identifizieren
Identifizieren
Identifizieren
Speichern, z.B. RFID
Speichern
Speichern
Kommunizieren, Sensoren/Aktoren
Kommunizieren, Sensoren/Aktoren Entscheiden
Zunehmender Umfang an Fähigkeiten Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016
Folie 14
Kongress Produktionsforschung 2016 Intelligente Werkzeuge Modellbasierte und adaptive Regelung von Zerspanungsprozessen
Werkzeug / CPS
Steuerung
Prozessdaten
Antenne
• Ist-Werte für (z.B. Schnitttiefe) • Zielgrößen (z.B. Oberflächengüte)
Prozessdaten • Optimale Prozessdaten für stabilen Bearbeitungsprozess • Werkzeugzustand
Prozessor
DMS Thermoelement
Beschl.sensor
• Nimmt den Prozesszustand über Sensorik auf • Regelt die Steuerungsparameter für stabilen Betrieb • Bewertet den Verschleißzustand • Bricht Bearbeitung bei Grenzwertüberschreitung ab
Werkstück
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Folie 15
Kongress Produktionsforschung 2016 Intelligente Werkzeuge Modellbasierte und adaptive Regelung von Zerspanungsprozessen
Stellgrößen, z.B. vc (Schnittgeschw.) fz (Vorschub) ap (Schnitttiefe)
Sollgrößen
ProzessRegler
Maschine & Prozess
Messgrößen, z.B. Fc Fp Tp Rz
Bestandteile Modellbasierte Bewertung des Prozesszustandes
Bestimmung des Werkzeugverschleißes
(Schnittkraft) (Schwingungen) (Temperatur) (Rauheiten)
Sensorik
Berücksichtigung von Begrenzungen
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Folie 16
Kongress Produktionsforschung 2016 Intelligente Werkzeuge Anwendungsbeispiel: Geregeltes Konturbohren
Geregelte Unrundbearbeitung mit bis zu 2.000 1/min mit bis zu 40 µm Radialaussteuerung (ovale Geometrie)
Einsatz auf Bearbeitungszentren oder Sondermaschinen Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016
Folie 17
Kongress Produktionsforschung 2016 Intelligente Werkzeuge Anwendungsbeispiel: Werkzeughalter mit Gefühl
BaZMoD-Schnittstell optional nutzbar (auch als Trennstelle zu Kommunikationsadapter) Übertragung von Energie und Daten in Untersuchung
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Vorstellung iwb und MAPAL
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Industrie 4.0 in der Produktionstechnik
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Intelligente Werkzeuge
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Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge
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Forschungsprojekt BaZMod
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Zusammenfassung
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Kongress Produktionsforschung 2016 Schnittstellen im Abgleich zum Konsumbereich
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Kongress Produktionsforschung 2016 Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge
Heute: •
Bidirektionale, induktive Energie- und Datenübertragung an der Spindelnase
•
optische Übertragung, batteriegepuffert
•
Funkübertragung, batteriegepuffert
•
…..
= keine einheitlichen Standards, immer im Arbeitsraum
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Intelligente Werkzeuge
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Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge
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Forschungsprojekt BaZMod
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Zusammenfassung
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Folie 22
Kongress Produktionsforschung 2016 Forschungsprojekt BaZMod Bauteilgerechte Maschinenkonfiguration in der Fertigung durch Cyber-Physische Zusatzmodule (BaZMod) Motivation Zur Funktionserweiterung von Werkzeugmaschinen (WZM) existieren unterschiedliche sensorische und aktorische CPS
Bisher herstellerindividuelle Integration in WZM Zeit- und kostenintensive Integration von CPS in Werkzeugmaschinen
Schnittstelle zur Werkzeugmaschinenspindel
Berührungslose Energieund Datenübertragung per Induktion
Zielsetzung Entwicklung einer herstellerunabhängigen, standardisierten Schnittstelle zum Daten- und Energieaustausch zwischen Werkzeugmaschine und CPS Softwaremodul zur automatischen Identifikation und Konfiguration der CPS in der Maschinensteuerung Prinzip eines USB-Sticks: „Plug & Produce“ Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine, 13.06.2016
Ultraschallaktor
Fräser
Beispiel eines CPS zur schwingungsunterstützten Zerspanung Folie 23
Kongress Produktionsforschung 2016 Forschungsprojekt BaZMod Werkzeugmaschinenspindel mit BaZMod-Schnittstelle Standardisierte Schnittstelle zum Daten- und Energieaustausch Rotorspule
Induktiver Drehübertrager am hinteren Ende der Spindel, bestehend aus Rotor- und Statorspule
Statorspule
Energie- und Datenleitungen durch die Spindel zur Werkzeugspannvorrichtung Konventionelle Werkzeuge uneingeschränkt nutzbar Keine Einschränkung des Arbeitsraums
BaZMod -HSKSchnittstelle
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Schnittstelle zur Maschinensteuerung
Folie 24
Kongress Produktionsforschung 2016 Forschungsprojekt BaZMod Werkzeugseitige Schnittstelle am Beispiel HSK-63
Federnde Kontaktstücke in definierter Lage
gedichtete und elektrisch isolierte Ausführung
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Folie 25
Kongress Produktionsforschung 2016 Forschungsprojekt BaZMod Spezifikationen der Schnittstelle
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Kongress Produktionsforschung 2016
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Intelligente Werkzeuge
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Schnittstellen zur Integration intelligenter Werkzeuge
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Forschungsprojekt BaZMod
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Zusammenfassung
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Kongress Produktionsforschung 2016 Zusammenfassung Die Produktion der Zukunft begegnet den Herausforderungen Intelligente Vernetzung der Produktion
Standardisierte Schnittstelle
Zunehmender Einsatz von Cyber-Physischen Systemen in der Produktionstechnik Intelligente Werkzeuge eröffnen neue Potentiale für eine flexible, kostengünstige spanende Fertigung Bisher herstellerindividuelle Integration von intelligenten Werkzeugen in WZM
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Standardisierter Daten- und Energieaustausch zwischen intelligentem Werkzeug und Werkzeugmaschine Flexibilität durch offen gelegten Standard Folie 28
Professor Dr.-Ing. Michael Zäh Tel.: +49 (0)89 289 155 01 E-Mail: michael.zä
[email protected]
Dipl.-Ing. (BA) Stephan Köstler, MBA Tel.: +49 (0)73 61 585 3256 E-Mail:
[email protected]
iwb – Technische Universität München Boltzmannstr. 15 85748 Garching www.iwb.tum.de
MAPAL Dr. Kress KG Obere Bahnstr. 13 D-73431 Aalen www.mapal.com
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