So funktioniert Mechatronik

Handhabung

Greifer - Ein schönes Beispiel für die Symbiose von Theorie und Praxis bei der Entwicklung mechatronischer Komponenten liefert die Zimmer Group. Ihre Greiferfamilie 5000 umfasst pneumatische wie elektrische Greifer, die sich problemlos gegeneinander austauschen lassen.

31. März 2015

»Mechatronik besteht zum großen Teil aus Kommunikation, die man nicht hört, und aus Technik, die nicht einfach zu verstehen ist.« Winfried Hils, der das sagt, ist Leiter der Vorentwicklung in der Zimmer Group, und er muss es wissen. Der diplomierte Elektroingenieur hat nahezu sein ganzes bisheriges Berufsleben der Entwicklung und der Mechatronik gewidmet.

Seiner Ansicht nach bedingen die immer komplexer werdenden Anforderungen an technische Systeme eine enge Zusammenarbeit der unterschiedlichen Disziplinen und nicht zuletzt auch die direkte Integration der neu beziehungsweise weiterentwickelten Komponenten in ein in sich geschlossenes Automatisierungssystem als Endprodukt. Denn ein gemeinsamer, Disziplin-übergreifender Entwurf von Mechanik, Elektronik und dessen Informationsverarbeitung ermöglicht das zeitlich parallele Engineering und senkt damit die Time to Market.

Diese »anspruchsvolle Beschränkung« in Verbindung mit einer möglichst hochgradigen Wiederverwendbarkeit der jeweiligen Komponente erhöht die Beherrschbarkeit schwieriger technischer Produkte im gesamten Lebenszyklus mechatronischer Systeme.

Doch für die Entwicklung solcher Komponenten benötigt man eine klar strukturierte und anwendbare Strategie: Zum einen ist für die Schaffung eines erfolgreichen Produktes eine disziplinübergreifende Funktionsanalyse zwingend notwendig. Das heißt: Der Entwicklungsleiter muss sich gleichermaßen um alle Belange des Produktes kümmern.

Zum anderen bedarf es eines klaren Lastenheftes inklusive Gesamtstückzahlen, Lebenszyklusbetrachtung und

Kosten-Nutzen-Rechnung. Last but not least müssen bei der Kosten-Nutzen-Rechnung auch die laufenden Entwicklungskosten eingerechnet werden, da die Softwareanteile typischerweise während der Lebenszeit nachgerüstet beziehungsweise aktua-lisiert werden. Darüber hinaus ist ein mecha-tronische App-Store Chance und Herausfor-derung für eine erfolgreiche mechatronische Produktpflege.

Dies wiederum bedingt ein gut funktionierendes PLM (Product Lifecycle Management)-System und ein Verwaltungssystem für jedes einzelne mechatronische Produkt, also eine Softwarelösung, die jedes Produkt von der Entstehung bis zum Recycling verwalten kann. Nun hat inzwischen jede einzelne Disziplin mehr oder weniger erfolgreiche Softwaretools im Einsatz. Die darin entwickelten Ressourcen stellen das eigentliche Vermögen eines technisch orientierten Unternehmens dar. Insofern gilt es, dieses Vermögen zu bewahren, in die neue mechatronische Welt zu übernehmen und gezielt strategisch weiterzuentwickeln.

Oft jedoch interagieren diese disziplinspezifischen Softwaretools nicht optimal zueinander und erschweren so eine effektive Zusammenarbeit. Deshalb muss die Auswahl geeigneter Softwaretools für die Bereiche PLM und ERP (Enterprise Resource Planning) in der Entwicklungsstrategie berücksichtigt werden. Der Erfolg einer Entwicklungsstrategie lässt sich sehr gut am Maß der erreichten Wiederverwendbarkeit messen.

Aus Sicht eines Systemanbieters erscheinen die zu lösenden Aufgaben zunehmend komplexer und vielfältiger, was das Ziel, eine hochgradige Wiederverwendbarkeit zu erreichen, erschwert. Deshalb versucht er, die von ihm entwickelten Komponenten immer mehr auf deren wesentliche Hauptaufgaben zu reduzieren. Das heißt, indem er sehr »kleingranular« modelliert, kann er relativ einfach auf Kundenwünsche reagieren.

Hat der Systemanbieter jedoch die Freiheit, die einzusetzenden Komponenten selbst zu wählen, kann er hochintegrierte Maschinenfunktion kreieren und erheblichen Mehrwert erzeugen. Mit anderen Worten: Die Komponenten werden mit Zusatzfunktionen ausgestattet, die weit über die benötigte Primärfunktion hinausgehen. Auf diese Weise hält Industrie 4.0 Einzug in die Maschinenebene.

Auch die Modernisierung von Anlagen profitiert von solchen mechatronischen Komponenten: Präventive Wartung, automatische Justierung, Condition Monitoring und so weiter sind wesentlich einfacher in ein Gesamtsystem zu integrieren. Ihre Datenqualität ist hoch, da die Messdaten am Ort des Geschehens erfasst und situationsgerecht vorverarbeitet werden.

Zwar können solch dedizierte Lösungen die Ausbringung pro Zeiteinheit verringern und auch die Entwicklungskosten erhöhen. Dagegen ermöglicht der Aufbau eines »virtuellen mechatronischen Funktionsbaukastens« mit klar definierten Schnittstellen die Wiederverwendbarkeit von vorentwickelten Funktionen, was wiederum die Qualität erhöht und die Entwicklungskosten reduziert.

Praktisches Beispiel: Greifer

Auf der diesjährigen Hannover Messe stellt die Zimmer Group ihre neue Greiferfamilie 5000 vor. Konsequent als mechatronische Komponenten entwickelt, decken die pneumatische Greiferserie GPP/GPD5000 und die elektrische Greiferserie GEP/GED5000 das gesamte Spektrum der pneumatischen und elektrischen Parallel- und

Zentrischgreifer ab.

Die elektrische Greiferserie GEP/ GED kann unter anderem durch den Einsatz von bürstenlosen DC-Motoren mit sämtlichen pneumatischen Premiumgreifern am Markt konkurrieren und bietet gegenüber diesen weitere Funktionalitäten hinsichtlich Bedienkomfort und schnellem Zugriff auf die Einstelloptionen. Möglich macht dies das Advanced Control Modul - ein im Greifer integriertes Steuerungsmodul mit ergonomischem HMI. Und der Clou: Ein Upgrade vom pneumatischen Greifer GPP/GPD5000 zur elektrischen Version GEP/GED5000 ist innerhalb weniger Minuten ebenso möglich wie das Ersetzen der Greifer anderer Hersteller. Die Bohrbilder machen es problemlos möglich.

Der gesamte konzeptionelle Ansatz beruht auf dem Ziel

easy-to-integrate/easy-to-use. Der elektrische Greifer wird über eine Einkabellösung in die Applikation mit 24V Versorgungsspannung integriert. Fertig.

Unter dem Aspekt easy-to-use ist auch die Steuerung entwickelt worden. Sie bietet diverse Funktionen, wie etwa eine einstellbare Greifposition, die individuelle an die Applikation anpassbare Breite des Greiffensters und eine fünfstufige Einstellbarkeit der Greifkraft. Diese Features können direkt am Advanced Control Modul des Greifers eingestellt werden.

Des weiteren gehören zur Serienausstattung des Greifers eine Diagnosefunktion und die Bereitstellung von Kommunikationssignalen zur Statusabfrage und so weiter. Last but not least ist jede Funktion auch auf der Advanced Control App für Tablets und Smartphones/ iOS und

Android verfügbar.

Hannover Messe: Halle 17, Stand E38

Erschienen in Ausgabe: 02/2015