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Projektdarstellung im Rahmen der Internetpräsenz der Themenplattform Digital Production and Engineering am Zentrum Digitalisierung.Bayern

Name des Projektes und Zielsetzung:

Konsortialführer inkl. Kontaktdaten und Projektpartner:

Datum der schriftlichen Förderbewilligung: 12.1.2018Geplantes Ende des Projektes: 30.11.2019

Geschäftsstelle Zentrum Digitalisierung.BayernLichtenbergstr. 8 | 85748 GarchingT +49 (0) 89 248-8071-00 | F +49 (0) 89 [email protected] | www.zentrum-digitalisierung.bayern

Geschäftsführer: Prof. Dr. Dr. h.c. Manfred Broy | Geschäftsführer: Dr. Holger WittgesVorsitzender des Verwaltungsrats: MD Dr. Bernhard SchwabKreissparkasse München Starnberg EbersbergIBAN: DE 41 7025 0150 0028 3465 91 | BIC: BYLADEM1KMSSteuernummer: 143/241/16010Umsatzsteuer-Identifikationsnummer: DE 309 917 221

Geschäftsstelle Zentrum Digitalisierung.Bayern | Staatsbetrieb im Geschäftsbereich des Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie.

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Intelligente WalzprofilieranlageWalzprofilieren ist eine weitverbreitete Fertigungstechnologie zur Herstellung komplexer Profilgeometrien aus Blechen für eine große Vielfalt von Industriezweigen. Die Digitalisierung (Industrie 4.0) ist im Walzprofilieren noch nicht weit fortgeschritten. Das Projekt setzt es sich zum Ziel, durch die Vermessung von Eingangs- und Ausgangsgeometrien an einer Walzprofilieranlage umfangreiche Daten zu generieren, in Beziehung zueinander zu setzen und Qualitätsprobleme automatisiert und frühzeitig in der Fertigungskette zu erkennen. Die so gewonnenen Erkenntnisse werden über die erleichterte Einstellung der Anlage und ‚predictive maintenance‘ erhebliche Wettbewerbsvorteile generieren.

Konsortialführer: data M Sheet Metal Solutions GmbH

PP1: data M Sheet Metal Solutions GmbH

PP2: PROFILMETALL Engineering GmbH

http://www.zentrum-digitalisierung.bayern/

Projektbeschreibung und aktueller Stand des Projektes (max. 2.000 Zeichen inkl. Leer-zeichen; Milestone-Reports können als pdf beigefügt werden)




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Projektbeschreibung Das Hauptziel des Projekts ist die Entwicklung einer digitalisierten, intelligenten Walzprofilieranlage, die sowohl die Eigenschaften des Blechstreifens vor dem Einfahren in die Anlage als auch die Geometrie des fertig geformten Profils am Ausgang der Anlage selbstständig überwacht und in Beziehung zueinander setzt. Dies bildet die ursprüngliche Datenbasis für das Projekt. Es wird erwartet, dass die Eigenschaften des Rohmaterials die größten Auswirkungen auf die Qualität des fertigen Produktes haben. Allerdings können auch Effekte in der Anlage, die sich oft erst im produktiven Langzeitbetrieb aufbauen, die Produktqualität nachteilig beeinflussen. Die initiale Datenbasis aus der Messung von Eingangs- und Ausgangsgrößen soll daher im weiteren Verlauf um zusätzlichen Messungen aus den einzelnen Umformstationen in der Anlage, z.B. der dort auftretenden Kräfte und Drehmomente, ergänzt werden. Es liegt dabei in der Natur des hier beschriebenen Projekts, dass die eben beschriebenen Zusammenhänge erst auf Basis der zu erhebenden Daten verifiziert werden müssen. Korrelations-, Ähnlichkeits- und Clusteranalysen werden herangezogen, um damit einfache Rezepte für die Analyse der Daten in Echtzeit im laufenden Betrieb abzuleiten. Aufgrund der Ergebnisse dieser Echtzeit-Datenanalyse, soll die intelligente Anlage den Maschinenführer so früh wie möglich auf entstehende Produktionsprobleme hinweisen und idealerweise auch möglichst detaillierte Handlungsanweisungen geben können. Damit soll einerseits das Entstehen von Produktionsproblemen, wenn möglich, verhindert und andererseits die Lösungsfindung bei unvermeidbaren Problemen beschleunigt werden. Die Folge ist in beiden Fällen eine deutliche Reduktion teurer Maschinenstillstände.





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Entwicklung der Sensorik Am Blecheinlauf der Anlage wird eine kontinuierliche Messung von Blechdicke und Blechbreite/Blechsäbeligkeit durchgeführt werden. Um diese Messungen den einzelnen Blechprofilen zuordnen zu können, werden zusätzlich über Reibräder die Blechpositionen an unterschiedlichen Positionen in der Walzprofilieranlage erfaßt und mit den Messwerten aller Sensoren synchronisiert. Am Ende der Walzprofilieranlage wird mit Hilfe eines optischen Messrings der Querschnitt des produzierten Profils erfasst. In der Anlage selbst werden über Dehnungsmessstreifen und Kraftmessdosen an den Umformgerüsten die Umformkräfte gemessen werden.

Vermessung der Profilgeometrie mit Inline CPS SensorBasierend auf dem COPRA® ProfileScan wurde ein Inline Messgerät mit vier Lasertriangulations-sensoren konstruiert und aufgebaut. Der Sensorring ist am Bandauslauf zur Vermessung der Profilgeometrie integriert. Um eine gegenseitige Störung von gegenüberliegenden Sensoren zu vermeiden, wurden optische Komponenten wie die Wellenlänge der Laser und Filter aufeinander abgestimmt.

Die Anordnung der Sensoren erfolgt durch ein entsprechendes Lochraster sehr flexibel, um eine möglichst optimale Erfassung des Profils zu erreichen. Um den Sensor unabhängig von Umgebungsbedingungen zu machen, wurde eine Schutzumhausung für den Sensorring konstruiert und gefertigt.





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SoftwareentwicklungEin Hauptziel der Arbeiten in diesem Projekt ist die Vernetzung unterschiedlichster Datenquellen innerhalb einer Walzprofilieranlage über eine standardisierte Schnittstelle und das Abspeichern der Messwerte in einem zentralen Datenspeicher, um schließlich diese Daten der Datenanalyse zuführen zu können. Die Verknüpfung der Datenquellen basiert auf dem industriellen Kommunikations-standard OPC UA, wobei für sämtliche Geräte der Messinfrastruktur die entsprechenden Schnittstellen entwickelt werden.Für die Erfassung von Sensoren mit Analogschnittstellen wurde ein Edge Device entwickelt, das die Anforderungen aus den Arbeitspaketen Sensorik, Datenanalyse und Vernetzung an einen Daten-Hub erfüllt. Das Device baut auf einem Ein-Chip-System mit ARM-Mikroprozessor, einer unterbrechungsfreien Stromversorgung und einem Analogmessverstärker auf. Dieses System besitzt sechs Kanäle, einer davon für DMS (Voll-, Halb- oder Viertelbrücke), die anderen 5 sind konfigurierbar für DMS oder analoge Signale im Bereich +/-10V. Damit sind die gängigsten Schnittstellen zum Anschluss von Analog-Sensoren vorhanden. Es fungiert als Signalverstärker und AD-Wandler und kann somit die Messwerte zur weiteren Verarbeitung aufbereiten und über einen seriellen Port digital ausgeben. Bei der Entwicklung wurde auf eine kompakte Bauweise geachtet, um dieses Device direkt am Umformgerüst anbringen zu können.Eine wichtige Anforderung ist die Harmonisierung und Vereinheitlichung der Daten für die weitere Bearbeitung und Visualisierung. Ein auf dem Edge Device laufender OPC UA Server erfüllt diese Anforderung, in dem er in Echtzeit Messdaten einliest und über sein Protokoll zur Verfügung stellt. Der Server ermöglicht die Verbindung einer beliebigen Anzahl Clients mit Verschlüsselung und Authentifizierung, das automatische Benachrichtigen der verbundenen Clients und den Aufruf von Methoden zur Steuerung und Konfiguration des Messverstärkers. Die Software zum Auslesen der Daten und für die Funktionalität des Servers ist vollständig in C++ implementiert.

Die Splittung von Informationsbereitstellung (Server) und Informationsverarbeitung (Client) resultiert in einer modularen Software-Architektur des Daten-Hubs. Die vom Server bereitgestellten Daten können von jedem Client abgegriffen und verarbeitet (z.B. visualisiert, abgespeichert) werden. Die Visualisierung der Daten erfolgt auf einer Web-basierten Oberfläche, wodurch die Darstellung mit jedem Gerät mit einem aktuellem Internet Browser kompatibel ist. Die Daten werden im Browser in Echtzeit dargestellt. Methodenaufrufe an den Messverstärker sind ebenfalls direkt im Browser möglich.





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Zusätzlich zur Visualisierung werden die gesammelten Daten vom Client in eine SQL-Datenbank gespeichert, was eine spätere Analyse ermöglicht. Die komplette Funktionalität des Clients ist in Python implementiert. Die Implementierung ermöglicht insbesondere das Erstellen mehrerer Client-Instanzen zum Verbinden mit mehreren Servern, was im Fall von mehr als sechs Sensoren notwendig ist. Die Visualisierung wurde durch einen Webserver (ebenfalls in Python) in Kombination mit einer HTML/Javascript Implementierung realisiert.

ZusammenfassungDerzeit wird von beiden Projektpartnern an der Entwicklung der Sensorik und deren Integration in eine Walzprofilieranlage gearbeitet. Parallel dazu wurde ein Edge Device entwickelt, welches zur Erfassung der Sensordaten und deren Weiterverarbeitung dient. Die Vernetzung der Sensorkomponenten basiert auf dem industriellen Kommunikationsstandard OPC UA, wobei die Daten derzeit in einer zentralen lokalen Datenbank gespeichert werden. Ein erster Prototyp dieses Konzeptes inklusive Visualisierung und Datenanalyse wurde auf der EUROBLECH 2018 vorgestellt.


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zentrum-digitalisierung.bayern · Web viewDie initiale Datenbasis aus der Messung von Eingangs- und Ausgangsgrößen soll daher im weiteren Verlauf um zusätzlichen Messungen aus