Industrie 4.0 Auf dem Weg zur Produktion von morgen · Massenproduktion Individuelle Mobilität, Elektronik, Automatisierung Information, Kommunikation 1800 1900 1950 1990 ung ion

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



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



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



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



Mobilität heute und morgen

2010

CFRP e-Drive

Petrochemie Automobilindustrie

Elektronik Informations-technologie

Individuelle Mobilität, Elektronik,

Automatisierung

Information, Kommunikation

Seite 6



Moor´sches Gesetz

Seite 7



Spannung

Virtuelle Prozesse

Seite 8



Virtuelle Maschine

Seite 9



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



IKT-Integration in Fertigungssystemen

Quelle: Maschinenfabrik Reinhausen

Seite 11



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



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

EOS_M270-Animation.flv

Seite 15



Neue Gestaltungs- und Konstruktionsmethoden

Seite 16



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

Documents

Industrie 4.0 Auf dem Weg zur Produktion von morgen · Massenproduktion Individuelle Mobilität, Elektronik, Automatisierung Information, Kommunikation 1800 1900 1950 1990 ung ion