Entwicklung des Wachstums intelligenter Maschinen

Eingebettete Tools ermöglichen den Aufbau von Fertigungsteams der nächsten Generation

Intelligente Maschinen sind Systeme, die nicht nur sich wiederholende Aufgaben mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit ausführen, sondern sich auch an sich ändernde Bedingungen anpassen und autonomer als je zuvor arbeiten. Das Thema der Debatte reicht von der Angst der Menschen, Arbeitsplätze mit niedrigen und mittleren Qualifikationen durch intelligente Maschinen zu verlieren, bis hin zur Hoffnung, dass intelligente Fabriken eine Wiederbelebung der Fertigung in fortgeschrittenen Ländern auslösen werden.

Wie andere Technologiegenerationen werden intelligente Maschinen nahezu alle Lebensbereiche beeinflussen. Sie werden die Art und Weise verändern, wie Gegenstände hergestellt werden, wie Ärzte Operationen durchführen, wie Logistikunternehmen die Lagerung organisieren und sogar, wie wir zukünftige Generationen ausbilden.   

Da Forschungsinstitute, Ökonomen und die Medien die Auswirkungen von IT-gestützten Maschinen in Frage stellen, müssen Ingenieure und Wissenschaftler Fertigungssysteme bereitstellen, die eine dramatische Steigerung der Flexibilität bieten. Super vielseitige Maschinen ermöglichen es der Fertigungsindustrie, den gesellschaftlichen Bedarf an Produktvielfalt zu decken und mit den immer kürzer werdenden Lebenszyklen von Konsumgütern fertig zu werden.

Merkmale einer intelligenten Maschine

Maschinen- und Gerätehersteller haben sich von der Konstruktion von Einzweckmaschinen zu Mehrzweckmaschinen entwickelt, die den heutigen Fertigungsanforderungen gerecht werden: kleinere Losgrößen, kundenspezifische Produktvariationen und der Trend zu hochintegrierten Produkten, die verschiedene Funktionalitäten in einem Gerät vereinen.

Moderne Maschinen können autonomer arbeiten als je zuvor und können Verarbeitungsfehler verhindern und korrigieren, die durch Störungen wie Änderungen der Rohstoffbedingungen, Abweichungen vom thermischen Arbeitspunkt und Verschleiß mechanischer Komponenten verursacht werden. 

Ein umfangreiches Netzwerk von Sensoren versorgt intelligente Maschinen mit Informationen über den Prozess, den Zustand der Maschine und ihre Umgebung, damit die Maschinen Seite an Seite mit Menschen arbeiten können, was die Verfügbarkeit verbessert und ein höheres Maß an Sicherheit bietet. Darüber hinaus können diese Systeme ihre Leistung im Laufe der Zeit verbessern und durch Data Mining, die Nutzung von Simulationsmodellen oder die Anwendung anwendungsspezifischer Lernalgorithmen neue Fähigkeiten erlernen. Nicht zuletzt tauschen die Maschinen Informationen mit anderen Automatisierungssystemen aus und liefern Status-Updates an übergeordnete Steuerungssysteme. Diese Zusammenarbeit zwischen Maschinen schafft eine intelligentere Fabrik, die es einer gesamten Automatisierungslinie ermöglicht, sich an sich ändernde Bedingungen anzupassen, die Arbeitslast zwischen Maschinen auszugleichen und das Servicepersonal über Fehler zu informieren, bevor die Maschine ausfällt.

Ein intelligenter Ansatz für das Maschinendesign

Um Ihre nächste Maschinengeneration intelligenter zu machen und Fertigungsanforderungen zu erfüllen, müssen Sie hochmodulare Systeme entwickeln, die erweitert werden können, um spezifische Kundenanforderungen zu erfüllen.

Modulare Systeme verfügen über Maschinen, die Sie an unterschiedliche Fertigungsprozesse und Produktvariationen anpassen können – manchmal ohne dass ein Bedienereingriff erforderlich ist. Obwohl Sie diesen Ansatz verwenden können, um wiederverwendbare Komponenten zu entwickeln, die Sie auf einer Vielzahl von Maschinen bereitstellen, um die Integration von Standard-Unterkomponenten zu vereinfachen, verändert er die Art und Weise, wie OEMs Systemdesign durchführen, erheblich. Modularität muss sich in der Steuerungssystemarchitektur widerspiegeln. Anstatt sich auf das traditionelle monolithische System zu verlassen, basieren moderne Maschinen auf einem Netzwerk von Steuerungssystemen, die auf eine konstante Kommunikationsinfrastruktur angewiesen sind. Diese Infrastruktur kann sowohl zeitkritische als auch Daten mit niedrigerer Priorität verwalten und Statusinformationen an ein Überwachungssystem liefern. Um die zunehmende Komplexität verteilter eingebetteter Systeme zu bewältigen, wenden Maschinenbauer einen softwarezentrierten Designansatz an.

Heute hilft die grafische Programmierung mit NI LabVIEW führenden Maschinenentwicklern, die zunehmende Systemkomplexität in den Griff zu bekommen. Mit zusätzlichen Modulen für Motion Control, Machine Vision sowie Steuerungsdesign und -simulation; Funktionen für Maschinenprognosen und Zustandsüberwachung; und umfassender Unterstützung für Hardware-E/A und Kommunikationsprotokolle hilft LabVIEW Ihnen, Ihre Entwicklungskette zu konsolidieren und den Designprozess zu rationalisieren. Die Hardwareauswahl für Maschinensteuerungssysteme kann eine entmutigende Aufgabe sein. Häufig muss eine Systementwicklungsabteilung die Benutzerfreundlichkeit und das geringe Risiko von Black-Box-Lösungen mit den Leistungs- und Preisvorteilen eines kundenspezifischen eingebetteten Systems in Einklang bringen. 

In Anbetracht dessen können Sie Unterscheidungsmerkmale aufbauen, die über Erfolg oder Misserfolg Ihrer Maschine am Markt entscheiden. Da kundenspezifische Lösungen Konstruktionsteams oft aus ihrer Komfortzone drängen, greifen Teams zu traditionellen Lösungen, weil sie wissen, dass dies ihre Fähigkeit einschränken könnte, ihren Maschinen differenzierende Intelligenz hinzuzufügen.

Die Architektur von LabVIEW Reconfigurable I/O (RIO) bietet einen hybriden Ansatz: eine anpassbare Standardplattform, die programmierbare FPGAs nutzt, die Zugriff auf eine Reihe vorhandener I/O-Module von National Instruments und anderen Herstellern bieten. Mithilfe der Funktionen und des geistigen Eigentums des LabVIEW FPGA Module können sich Maschinenbauer auf das Entwerfen und Optimieren ihrer benutzerdefinierten Algorithmen konzentrieren, anstatt Wochen oder Monate mit dem Entwerfen von Hardware zu verbringen oder sich auf ein Drittunternehmen verlassen zu müssen, um eine andere eingebettete Blackbox-Lösung zu entwickeln. Kundenspezifische E/A- und Kartenversionen, die auf derselben Architektur basieren, bieten ein zusätzliches Maß an Flexibilität.

Um Maschinenbauern einen Vorteil zu verschaffen, bietet NI einen Designleitfaden an, der eine Vielzahl von Themen zu intelligenten Maschinen abdeckt. Von gängigen Architekturen für verteilte Maschinensteuerungssysteme über Bildverarbeitungs- und Bewegungsintegration bis hin zu fortschrittlichen Steuerungsstrategien umfasst der Leitfaden Best Practices, Technologieübersichten und Kundenbeispiele, die Ihnen helfen, intelligentere Systeme für die moderne Fabrik zu entwickeln und der Konkurrenz einen Schritt voraus zu sein.

Laden Sie den Intelligent Machine Design Guide unter http://www.ni.com/machinedesign/esa/ herunter. Sehen Sie sich die Webinar-Reihe Smart Machines unter ni.com/smartmachinewebcastseries an.