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Diese Seite wurde zuletzt aktualisiert am 07.04.2009

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11.04.2002


HANNOVER MESSE 2002: Factory Automation - 'Mitdenkende' Produktionsanlagen und digitale Fabriken
 

Bei der vorigen HANNOVER MESSE glaubten Besucher, zwei Roboter mit menschlichem Geschick und Einfühlungsvermögen vor sich zu haben. Nachdem beide zeitgleich den Auftrag erhielten, ein Kurbelwellengehäuse zu einer Bearbeitungsstation zu bringen, verständigten sie sich per Funk darüber, wer den Job ausführt. Die beiden Maschinen waren jedoch keine Roboter im herkömmlichen Sinne, sondern so genannte "technische Agenten", ausgestattet mit Software, die sie "mitdenkend" agieren ließ. Die Agenten wurden von Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung so programmiert, dass sie um einen Auftrag konkurrieren konnten.

"Die zentrale Steuerungseinheit ermittelte aus der Position der Agenten und ihrem Fähigkeitsprofil, wer für den Auftrag am besten geeignet war", sagt Dr. Joachim Hertzberg vom Fraunhofer-Institut für Autonome Intelligente Systeme. Nach Auftragsvergabe fanden sie den Weg zum Ziel selbstständig und nutzten dabei eine Arbeitsweise, wie sie aus der Internet-Technologie bekannt ist - die Suchmaschinen-Funktion.

"Technische Agenten bringen bei Bedarf Bauteile aus dem Lager, übernehmen Wartungsarbeiten, lassen einem Kollegen, der es eilig hat, den Vortritt und helfen einem anderen, dem der Strom ausgeht", wissen die Experten für angewandte Forschung. Computersimulationen hätten ergeben, dass sich mit Multi-Agenten-Systemen die Produktivität einer Anlage enorm steigern lasse. Theoretisch könnten sie sogar ganze Fabriken managen. Während bisher bei einem Maschinenausfall oft die gesamte Förderbandlinie stillgestanden habe, könne mit Hilfe der Agenten-Technologie der Warenfluss zu anderen Bearbeitungsstationen umgeleitet werden.

Die mit Software schlau gemachten 007 der Werkshallen sind ein wichtiger Teil jener Entwicklung, die die automatische Fertigung weiter perfektioniert. Schon in einigen Jahren werden die in Hannover vorgeführten Agenten fit sein für den Fabrikalltag und stehen damit für die intelligente Verknüpfung von Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnologie in der Fertigungstechnik.

Dabei ist der elektronikgesteuerte Metall-Kamerad nur ein Beispiel für die rasante Entwicklung, die die Fabrikautomation seit Jahren vollzieht. Das Neue daran ist das Neue darin. Den Fortschritt macht aus, dass Forscher unterschiedlicher wissenschaftlicher Disziplinen - von der Physik bis zur Informatik - ihr Inseldenken aufgegeben haben und gemeinsam an Fertigungstechniken der so genannten "technischen Intelligenz" arbeiten. Sie entwickeln Maschinen, die noch produktiver, noch schneller, noch sicherer arbeiten. Deren mechanische Elemente erreichen nie da gewesene Flexibilität, elektronische Teile wie Laser, Sensoren und Kameras machen das präzise funktionierende "intelligente" Innenleben aus. Beherrscht wird die Technik von Software-dominierten Daten- und Informationsverarbeitungssystemen, die mittlerweile den eigentlichen Wert der Anlagen darstellen.

Bei der HANNOVER MESSE 2002 (15. bis 20. April) wird daher unter dem Themenschwerpunkt Factory Automation auch der zunehmend wichtiger werdende Bereich "Industrial IT & Software" beleuchtet. "Die Abhängigkeit von Software-Produkten innerhalb der Werkschöpfungsketten wächst", weiß Professor Dieter Rombach vom Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering. In Hannover zeigt sich, dass es nach dem Zusammenwachsen der Disziplinen nun um die Optimierung der Systeme geht.

Automatisierungstechnik besteht heute aus unzähligen vielschichtigen und hochkomplizierten Verfahren. Der Volksmund würde sagen, es ist eine Wissenschaft für sich. Dabei ist sie noch lange nicht ausgereizt, birgt nach wie vor so viel Innovationspotenzial, dass manche Experten die jüngste Entwicklung schon als Paradigmenwechsel bezeichnen. Der von dem Sozialwissenschaftler Thomas Kuhn geprägte Begriff beschreibt wissenschaftliche Forschung als einen zyklischen Prozess, der die Situation hervorbringt, dass den Praktikern althergebrachte Methoden allmählich langweilig erscheinen.

Dieser Paradigmenwechsel wird vor allem in der dem scharfen weltweiten Wettbewerb ausgesetzten deutschen Automobilindustrie deutlich, wo schon mit der Planung eines Produkts neue Wege beschritten werden. Dabei helfen Computersimulationssysteme, die das Verhalten von Materialien und Arbeitsprozessen realitätsnah nachempfinden. Sie fahren das Risiko, Fehlentscheidungen zu treffen, nahezu auf null herunter.

Im Mittelpunkt steht die digital erzeugte so genannte Virtuelle Realität (VR), die mit Datenhelm und Datenhandschuh dreidimensionales Sehen vorgaukelt und das Arbeiten an dreidimensional dargestellten Werkstücken erlaubt. VR erzeugt eine täuschend echte Arbeitsumgebung, in die der Entwickler eintaucht und in der er alle Arbeitsschritte erproben kann. Multimediatechniken vermitteln ihm eine natürlich anmutende Wahrnehmung, das Empfinden mit allen Sinnen. VR ermöglicht es dem Planer, sich in ein - noch nicht real existierendes - Auto zu setzen und dort zu agieren, wie es der Autofahrer im wirklichen Leben tut. Mit VR lassen sich auch komplexe Vorgänge wie Crashtests und Strömungsuntersuchungen simulieren. Auf Dauer wird VR den Einsatz realer Prototypen überflüssig machen, glauben Experten.

VR ist Teil jener Rapid-Technologien (rapid = schnell), die mit Hilfe von Simulations-Software die Entwicklungszeiten neuer Produkte weiter verkürzen. Dabei werden alle Schritte, von der Prototyp-Entwicklung bis zur Fertigung, realitätsgetreu simuliert. Mit Hilfe von "Rapid Prototyping" (automatisierte Modellherstellung), "Rapid Tooling" (schneller Werkzeugbau) und "Virtual Prototyping" (virtuelle Produktentstehung) werden einzelne Produkte und Kleinserien immer schneller, immer einfacher, immer Kosten sparender hergestellt.

Bei vielen Maschinenbau-Produzenten ist es heute auch schon selbstverständlich, dass sie ihrem Auftraggeber den Test einer neu zu liefernden Anlage vor Inbetriebnahme per Internet vorführen und später auch Wartungspläne und Fortbildungsprogramme für die Bediener zur Verfügung stellen. Das Angebot "wächst über die eigentliche Produktionsebene im Unternehmen mehr und mehr hinaus", erklärt der Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie (ZVEI). Der Verband deutscher Ingenieure (VDI) erwartet, dass der Serviceanteil bei den Zulieferern künftig ein Viertel des Umsatzes ausmachen wird.

Starre hierarchische Strukturen, wie sie die Massenproduktion zu Zeiten des legendären US-Autobauers Ford kennzeichnete, sind nicht mehr gefragt. "Heute ist Flexibilität gefordert", weiß Thilo Brodtmann, Geschäftsführer des Fachverbandes Robotik und Automation im Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA). Sie sei nur mit "intelligenter und angepasster Automation zu meistern", ergänzt der stellvertretende Fachverbandsvorsitzende Hans-Dieter Baumtrog.

Von der Entwicklung der Simulation profitieren nicht nur die so genannten "Brandowner" wie VW, Daimler-Chrysler und BMW, sondern auch die Zulieferer, die heute stärker denn je in den Informationsfluss und den Produktentstehungsprozess der Markenunternehmen eingebunden sind und ihren Teil zum Erfolg des Produkts "Automobil" beitragen. Sie können zum Beispiel - virtuell real - ihre Neuentwicklungen direkt in die Karosserie einbauen, um Passgenauigkeit und Funktionsfähigkeit zu überprüfen. Das hilft, Fehler rechtzeitig zu erkennen und zu vermeiden. Das Zusammenspiel zwischen Automobilproduzenten und Zulieferern hat dazu geführt, dass der Brandowner statt bis vor einiger Zeit noch fünf Jahre, heute nur noch drei Jahre von der Entwicklung bis zur Fertigungsreife eines neuen Autos braucht.

Das Angebot des Autozulieferers beschränkt sich aber schon längst nicht mehr nur auf den bloßen Verkauf seines Produktes, sondern umfasst wie selbstverständlich eine E-Service genannte Dienstleistung. Auch wenn sein Produkt weiterhin im Mittelpunkt steht, so übernimmt der darum gruppierte Service eine immer wichtigere Rolle. Zum Service gehört, ein komplettes Dienstleistungspaket anzubieten, einschließlich der Internet-basierten Fernüberwachung, -diagnose und -wartung des gelieferten Produkts. Seine in der Werkshalle des Kunden stehende Maschine kann er längst von jedem Ort der Welt aus per Browser steuern. Sie verfügt über eigene Diagnosesysteme, die im Problemfall übers Web um Hilfe bitten, wenn das eigene Programm keine Reparaturlösung parat hat. Betrieben werden die Anbindungen ans Netz über die auf dem Internet Protocol (IP) basierenden Local Area Networks (LAN), die durch Firewalls vor unbefugten Zugriffen geschützt sind. In der Regel wissen "schlaue" Systeme sich aber selbst zu "helfen". Sie "erkennen" systematische Abweichungen und korrigieren sie unmittelbar.

Moderne Produktionsanlagen können auch jederzeit auf die Wünsche des Kunden reagieren. Sie arbeiten auf der Basis modular aufgebauter Systeme, die je nach Auftragsvolumen die Kapazität herauf- oder herunterfahren, je nach Anforderung mit zusätzlichen Komponenten bestückt werden können. Damit verfahren sie, wie PC-Systeme es auch tun - sie verwenden Plug and Play. Im industriellen Sektor heißt es wohl Plug and Produce. Die Automobilhersteller haben mit ihren schon vor langer Zeit eingeführten Plattformkonzepten die Richtung dieser Entwicklung vorgegeben.

Die Frage, wie die Zukunft der automatisierten Fertigung aussieht, wird auf der HANNOVER MESSE beantwortet. Zum Beispiel mit der Erkenntnis, dass die moderne Fabrik von morgen im Prinzip baukastengleich funktioniert - alle Produktionseinheiten sind global miteinander vernetzt. Die Entwickler sitzen nicht zwangsläufig am Produktionsstandort, die Komponenten werden auch nicht mehr nur an einem Ort, in einem Land, auf einem Kontinent gefertigt. Die Endmontage erfolgt zunehmend nahe der Absatzmärkte. Professor Engelbert Westkämper vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung beschreibt die wettbewerbsfähige Fabrik als ein "leistungsfähiges kundenorientiertes Unternehmen, das auf Bestellung individuelle Produkte schnell zum Kunden bringt. Es besteht aus einem globalen Netzwerk mit virtuellen Elementen".

Das nächste Ziel der Automatisierungs-Visionäre ist die "digitale Fabrik", in der alle produktionstechnischen Verfahren rechnerisch abgebildet werden, in der jeder Produktionsablauf datentechnisch dokumentiert wird. Ist dies erreicht, kann der tatsächliche Produktionsstandort in kürzester Zeit und theoretisch überall auf der Welt errichtet werden. Der konsequent nächste Schritt wird eine Arbeitsstätte sein, die mit multifunktionalen Automatisierungs-Systemen und autonom agierenden Robotern ausgestattet ist und sich im Wesentlichen selbst managt. Ausgeklügelte Software-Programme steuern komplexe Vorgänge.

Alle Maschinenteile sind mit Messfühlern ausgestattet, die jede Prozesskette, jeden einzelnen Arbeitsvorgang überwachen. Selbst kleinste Unregelmäßigen werden entweder vom System selbst oder per Fernwartung behoben.

Wie lange es dauern wird, bis derartige Hightech-Stätten, die heute noch wie Science-Fiction-Produktionen aus Hollywood anmuten, ihre Arbeit aufnehmen, kann niemand mit Bestimmtheit sagen. Dass die Zukunft aber zum Greifen nahe ist, führen die Aussteller der HANNOVER MESSE eindrucksvoll vor.


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