Mehrwertdienste in Holzbearbeitungsmaschinen
Die CNC-Holzbearbeitungszentren der Firma Homag sind bereits heute so ausgerichtet, dass sie den Anwendern größtmögliche Flexibilität in der Nutzung erlauben. Um diese Flexibilität zu erreichen, besteht ein Ansatz darin, dass bei der Programmierung lediglich das Werkstück über seine Geometrie und die erforderlichen technischen Features beschrieben wird. Erst unmittelbar vor der Ausführung wird diese Beschreibung – in Abhängigkeit von der aktuellen Maschinenkonfiguration und -bestückung – durch einen Postprozessor auf der Maschinensteuerung in ein ausführbares NC-Programm übersetzt. Um umfangreiche Bahnplanungsalgorithmen bei reduzierten Berechnungszeiten zu ermöglichen, wurde dieser Postprozessor als Mehrwertdienst in der Cloud realisiert. Über die Gelben Seiten ermittelt die Maschine den Mehrwertdienstserver (siehe Bild 4). Anschließend kann die Maschine den Postprozessor starten (2) und das entsprechende NC-Programm (3) erhalten. Ein Steuerungsfeature, das heute bereits standardmäßig bei vielen Maschinensteuerungen eingesetzt wird, ist eine Kollisionskontrolle zur Überprüfung fehlerhafter NC-Programme. Aufgrund der begrenzten Rechenleistung heutiger Steuerungsrechner basiert diese Kollisionskontrolle auf stark vereinfachten 3D-Modellen der Maschine und des Rohteils. Entsprechend muss zur Vermeidung einer Kollision ein relativ großer Sicherheitsabstand programmiert werden. Die Verlagerung der Kollisionskontrolle als Mehrwertdienst in die Cloud erlaubt aufgrund der höheren zur Verfügung stehenden Rechenleistung eine deutlich detailliertere Modellierung der Maschinen- und Werkstückgeometrie bei der auch der fortschrittsbezogene Materialabtrag berücksichtigt werden kann. Durch diesen Mehrwertdienst sind Anwender in der Lage, ihre NC-Programme weiter zu verbessern und trotzdem eine hohe Sicherheit für eine störungsfreie Programmausführung zu gewährleisten. Weiterhin kann die Maschine selbst als Dienst (CPS) in den Gelben Seiten auftreten und Daten bereitstellen. Ein Beispiel hierzu sind Sensorsignale der Spindel, die an der Maschine erfasst und Auswertungsdiensten zur Verfügung stehen. Visualisierungs- und Condition-Monitoring-Dienst können so geräteübergreifend entwickelt und genutzt werden. Eine beispielhafte Umsetzung wird vom Fraunhofer IPK in Kooperation mit Homag im Rahmen des Projektes entwickelt.
Ausblick in die Umsetzung
Die beiden Mehrwertdienste NC-Programmgenerierung und Kollisionskontrolle sind im Rahmen des Projekts Picasso exemplarisch umgesetzt und über die Gelben Seiten nutzbar. Im Rahmen der weiteren Evaluierung werden die Nutzenpotenziale sowie die Risiken dieses Ansatzes untersucht und weitere mögliche Mehrwertdienste identifiziert. Das beschriebene Szenario der Robotik wird als Demonstrationsanlage in Kombination mit einer cloudbasierten Robotersteuerung auf den Stuttgarter Innovationstagen vorgestellt. Die CPS-Instanzen laufen in diesem Fall am IWF der TU Berlin, die Cloud-Steuerung auf Institutsrechnern des ISW der Universität Stuttgart, die reale Roboteranlage ist im Entwicklungslabor von Kuka Industries in Obernburg am Main installiert. Das Konzept der Mehrwertdienste und Teilnehmerverwaltung mit GESI lässt sich auf sämtliche Automatisierungsschritte im Produktionsumfeld anwenden. Von der Sensordatenerfassung für Kameras oder Kraftsensoren über die Bahnplanung für Roboter und Werkzeugmaschinen bis hin zu echtzeitkritischen Regelkreisen für sichere Mensch/Roboter Interaktion werden an der TU Berlin unterschiedliche Funktionen modularisiert, als Cloud-Dienste bereitgestellt und die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems untersucht und bewertet. Beispielsweise kann so eine CPS-fähige Kamerabox mit Anbindung an GESI sowohl für oben genannten Greifpunkt-Erkennungsdienst als auch für die am Fachgebiet IAT der TU Berlin entwickelte räumliche Roboterprogrammierung mit Augmented Reality verwendet werden.
