670 Industrielle und handwerkliche Fertigung
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Different network architectures are being used to build remote laboratories. Historically, it has been difficult to integrate industrial control systems with higher level IT systems like enterprise resource planning (ERP), manufacturing execution systems (MES), and manufacturing operations management (MOM). Getting these systems to communicate with one another has proven to be relatively difficult due to the absence of shared protocols between them. The Open Platform Communications United Architecture (OPC-UA) protocol was introduced as a remedy for this issue and is gaining popularity, but what if open-source protocols that are widely used in the IT industry could be used instead? This paper presents the development of an IT-Architecture for a cyber-physical industrial control systems laboratory that enables a seamless interconnection and integration of its elements. The architecture utilises Node-Red technology. Node-RED is an open-source programming platform developed by IBM that is focused on making it simple to link physical components, APIs, and web services. This cyber-physical laboratory is for learning principles of an industrial cascaded process control factory. Finally, this text will also discuss future work relating to digital twin (DT). A coupled tank system is selected as a teaching factory to illustrate a range of fluid control application in a typical chemical process factory.
Modern production systems are characterized by the increasingly use of CPS and IoT networks. However, processing the available information for adaptation and reconfiguration often occurs in relatively large time cycles. It thus does not take advantage of the optimization potential available in the short term. In this paper, a concept is presented that, considering the process information of the individual heterogeneous system elements, detects optimization potentials and performs or proposes adaptation or reconfiguration. The concept is evaluated utilizing a case study in a learning factory. The resulting system thus enables better exploitation of the potentials of the CPPS.
In dem Beitrag wurden exemplarisch Möglichkeiten aufgezeigt, die mittels der Verknüpfung unterschiedlicher Technologien zur Steigerung von Genauigkeit und Effizienz bei der Bearbeitung genutzt werden können. Dabei sind Kenntnisse aus unterschiedlichen Bereichen erforderlich. Dies sind sowohl Bearbeitungs- und Prozesstechnologie, die Konstruktion von Maschinen, Vorrichtungen und Werkzeugen, sowie Mess- und Steuerungstechnik. Daneben sind auch neue Geschäftsmodelle und Technologien für die Nutzung und Verfügbarmachung von Daten und Informationen erforderlich.
Der vorliegende Beitrag zeigte die Anwendung eines Extended Kalman Filters für die Beurteilung des Verschleißzustandes von Rollenketten. Anders als in den üblicherweise eingesetzten signalbasierten Verfahren wurde damit ein modellbasierter Ansatz gewählt. Der Einsatz des Extended Kalman Filters ermöglicht die Schätzung von Parametern eines reduzierten Kettenmodells, das die Dynamik der einzigen Messgröße, nämlich des Drehmoments des antreibenden Motors näherungsweise nachbildet. Im Beitrag wurde dieses Verfahren auf Messdaten aus vier Dauerversuchen an Rollenketten eingesetzt und gezeigt, dass mit steigendem Verschleiß eine Änderung ausgewählter Modellparameter erfolgt.
Diese Vorgehensweise ist ein erster Ansatz, der durch weitere Forschungsarbeiten noch verbessert werden muss. In zukünftigen Forschungsarbeiten wird zusätzlich zur Parameterschätzung eine Prädiktion durchgeführt, um einen Schätzwert für die Restlebensdauer zu erhalten. Hierzu gibt es Ansätze in der Literatur, die auf das konkrete Problem angepasst werden müssen. Zudem muss die Modellierungssystematik so erweitert werden, dass Wissen über das Prozessverhalten in die Modellierung mit eingebracht wird, um die Aussagekraft der Ergebnisse sowie die Robustheit des Verfahrens bezüglich Betriebsparametern, Umgebungsbedingungen und Exemplarstreuungen zu verbessern.
Ein wesentliches Ziel der unter dem Schlagwort Industrie 4.0 gebündelten neuen Entwicklungen ist die Vernetzung intelligenter Komponenten in industriellen Anlagen, um Prozesse transparenter und effizienter zu gestalten. Ein weiteres Ziel ist das Condition Monitoring, d.h. die Überwachung des Zustands der Komponenten während der Laufzeit und die Abschätzung der Restlebensdauer, damit die gesamte Lebensdauer der Komponente ausgenutzt und Wartungsintervalle besser geplant werden können. Die Bewertung des Komponentenzustands erfolgt anhand von Messgrößen, die entweder durch zusätzlich in den Prozess eingebrachte Sensoren erfasst werden oder durch Prozessdaten, die in den Regel- und Steuereinrichtungen verfügbar sind. Diese Messdaten werden ausgewertet und das Ergebnis wird dem Anwender angezeigt.
Der vorliegende Beitrag gibt einen kurzen Überblick über verwendete Messgrößen sowie verwendete Auswerteverfahren. Darüber hinaus wird ein Verfahren erläutert, das die Schwierigkeiten bei der Beurteilung der üblicherweise verwendeten Frequenzspektren vermeidet.
Purpose: Mobile robots are used in many areas of industry and commerce. This paper describes research on and development of a mobile platform, which is based on the concept of a ball-on-ball balancer, with two electrical drives at an angle of 90° providing a velocity vector in any direction in the horizontal plane. The purpose is to implement an originally novel principle for an omnidirectional mobile platform of very high agility, which is able at any given situation to move immediately in any direction without additional steering movements or steering mechanism.
Methodology: In advance of the design and implementation of the control strategy for the mobile device, the method of theoretical modelling of the vehicle’s properties and behaviour was applied. The developed theoretical and numerical dynamic models take into account all the control parameters which allow for the determination of the critical value of angular acceleration of the driving wheel. This is needed to prevent any slippage of the ball as this would result in the loss of accuracy of positioning. The equations of motion were implemented in the platform controller and tested. The mobile platform consists of a ball of 0.2 m radius driven in the X-Y plane by two wheels that are attached to servo motors. The mobile platform is controlled by a CAN PLC controller interfacing with the motor drives, accelerometers and a laser sensor for feedback. Wireless communication provides the interface with the station controller via Wi-Fi and XBee Series 2 modules.
Findings: The experimentally obtained results show that the mobile platform can be reliably controlled using the ball-onball balancer principle with the developed control algorithm. Additional application of a sensor for guiding the mobile platform along obstacles or guiding lines improves the accuracy of the movement.
Originality: The originality of the control strategy for a mobile platform with an omnidirectional drive, proposed at the paper, is the avoiding slippage by limiting the platform acceleration to below the critical value by means of monitoring and limiting the lead values of the feedback control loop of the driving wheels.
Practical value: Development of control strategy for the mobile robot, which is based on the concept of a ball-on-ball balancer with two electrical drives at an angle of 90° providing a velocity vector in any direction in the horizontal plane.
Das dynamische Verhalten von Werkzeugmaschinen ist für die Stabilität während der Bearbeitung sowie die Qualität der erzeugten Werkstücke von besonderer Bedeutung. Ein Einflussfaktor darauf ist die Dämpfung. Im Bereich der Maschinengestelle kommen seit langer Zeit unterschiedliche Materialien zum Einsatz. In diesem Fachbeitrag werden die Dämpfungskennwerte unterschiedlicher Gestellwerkstoffe an geometrisch gleichen Proben vergleichend gegenübergestellt. Als weitere Kenngröße wurde die Lage der (1. Biege-) Eigenfrequenz als Maß für die massebezogene dynamische Steifigkeit verwendet. Die Effekte beim Übergang von einfachen Bauteilen zu komplexen Strukturen runden den Fachartikel ab.