Industrie 4.0 in der Fertigung:Die wachsende Kraft der Automatisierung

1784 begann die erste industrielle Revolution mit Maschinen, die mit Wasser und Dampf betrieben wurden. Die zweite Revolution kam 1870 mit der Massenproduktion von Stahl und Elektrizität; In dieser Zeit wurde die Welt auch Zeuge der Erfindung von Flugzeugen. 1960 führte die dritte industrielle Revolution hochentwickelte Elektronik, Computer und Automatisierung ein. Diese Revolution konzentrierte sich hauptsächlich auf die digitale Revolution im industriellen Prozess. Heute leben wir in einem cyber-physischen System, das sich darauf konzentriert, die reale Welt mit der virtuellen Welt zu synchronisieren. Dies wird als vierte Revolution oder Industrie 4.0 bezeichnet, ein Begriff, der 2015 offiziell von Herrn Klaus Schwab, dem geschäftsführenden Vorsitzenden des Weltwirtschaftsforums, geprägt wurde.

Industrie 4.0 ist die neue industrielle Revolution zur Schaffung intelligenter Fabriken, die durch die Vernetzung von Maschinen und Prozessen mit intelligenten Plattformen angetrieben werden. Es gibt verschiedene Elemente der Industrie 4.0-Fertigungsrevolution, wie Datenanalyse, Internet der Dinge (IoT), fortschrittliche Robotik, erweiterte Realität, additive Fertigung, Software für virtuelle Fabriken und digitale Rückverfolgbarkeit.

Dieser Artikel befasst sich eingehend mit der Industrie 4.0-Fertigung, einschließlich der Prozesse und Technologien, die hervorragend sind und was noch verbessert werden muss.

Wichtige technologische Elemente der Industrie 4.0-Fertigung

Im Folgenden beschreiben wir einige der wichtigsten technologischen Elemente, die die Industrie 4.0-Fertigungsprozesse von heute ausmachen, und werfen einen Blick auf ihre Vorteile und Einschränkungen.

Additive Fertigung

Die additive Fertigung (AM), auch als 3D-Druck bekannt, nutzt ein 3D-CAD-Modell, um Teile Schicht für Schicht durch Hinzufügen von Materialien herzustellen, im Gegensatz zu herkömmlichen subtraktiven Techniken. Heute erfüllt die AM-Technologie die anspruchsvollen Designanforderungen vieler Branchen wie Automobil, Fertigung, Luftfahrt und Medizin.

In den letzten zwanzig Jahren hat sich die AM-Technologie in verschiedenen Phasen entwickelt. Die Stereolithographie war die erste patentierte Rapid-Prototyping-Technik, die 1986 unter AM entwickelt wurde. Danach hat sie die folgenden Abfolgen durchlaufen:

• 3DP (dreidimensionaler Druck) – 1993
• Fused Deposition Modeling – 1992
• Selektives Lasersintern – 1989
• Laminierte Objektherstellung – 1988
• Lasertechnische Netzformung – 2000

Vorteile

Im Gegensatz zu herkömmlichen subtraktiven Verfahren kann Ihnen die AM-Technologie dabei helfen, in kurzer Zeit einen funktionsfähigen Prototyp zu entwerfen. Der Materialabfall wird erheblich reduziert, da die Technologie den erforderlichen Rohstoff für das Teil verwendet und die Möglichkeit bietet, das verbleibende Material wiederzuverwenden. Da das Teil in einem Prozess und mit geringem Rüstaufwand hergestellt wird, sparen Sie Zeit und Geld bei mehreren Fertigungs- und Montageschritten.

Einschränkungen

Die additive Fertigung befindet sich noch im Beta-Stadium. Es gibt funktionale Einschränkungen, wie z. B. niedrige Geschwindigkeiten, die es nicht für die Massenproduktion geeignet machen. Prototypen, die mit additiver Fertigung erstellt wurden, benötigen oft auch den letzten Schliff nach der Produktion. Da bei der additiven Fertigung flüssige Pulver und Metallpolymere verwendet werden, fehlt es den Materialien außerdem an ausreichender Festigkeit, um großformatige Teile herzustellen.

Virtuelle Fabriken

Die heutigen intelligenten Fabriken verwenden cyber-physische Systeme und machen sich die Leistungsfähigkeit der Informationstechnologie in großem Umfang zunutze. In intelligenten Fabriken erleichtert das System Maschinen und anderen Fertigungsressourcen die Kommunikation, Zusammenarbeit und Teamarbeit mit wenig oder ohne menschliche Eingriffe. Die Installation dieser Fertigungssysteme ist jedoch teuer und das Testen kann riskant sein. Das Virtual Factory Framework bietet diesbezüglich die notwendige Entscheidungshilfe.

Vorteile

Das Framework für virtuelle Fabriken (VF) ist eine fortschrittliche 3D-Simulationssoftwareumgebung zur Bewertung der Leistung Ihrer intelligenten Fabrik bei variabler Nachfrage und dynamischen Fabrikbedingungen. Sie können es für ein einzelnes Gerät oder die gesamte Fabrik verwenden. Die VF-Technologie ist äußerst nützlich, um die Prozessvariabilität eines neuen Fertigungssystems ohne historische Daten vorherzusagen.

Einschränkungen

Damit das Simulationsprogramm zuverlässige Ergebnisse liefert, muss es eine genaue Zusammenfassung der spezifischen Bedingungen Ihrer Anlage erhalten. Dies sind arbeitsintensive Anpassungen und erfordern Fachexperten. Da die Simulation auf der Grundlage kontinuierlicher Dateneingabe in Echtzeit ausgeführt wird, kann sich jede Parameteränderung innerhalb des Fertigungssystems, der Maschinen oder Roboter auf die Genauigkeit des Ergebnisses auswirken.

Industrieroboter

Mithilfe von Technologien wie künstlicher Intelligenz und Big-Data-Analysen verlassen sich Industrie-4.0-Fertigungsprozesse auf Industrieroboter, um die Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen und die Prozesskosten zu senken.

Vorteile

Im Gegensatz zu ihren traditionellen Vorfahren sind Roboter in der Industrie 4.0-Fertigungsrevolution so konzipiert, dass sie über Fähigkeiten zur Selbstwahrnehmung, Selbstwartung und Selbstvorhersage verfügen. Mit fortschrittlichen Sensorsystemen interagieren diese Roboter der neuen Generation mit anderen Robotern und menschlichen Arbeitern, um die Fertigungsqualität zu verbessern. Sie verwenden fortschrittliche Sensortechnologien, um ihre Wahrnehmung für verschiedene manuelle Aufgaben zu stärken, wie z. B. automatische Teileerkennung, korrekte Materialaufnahme und sichere Handhabung des Artikels.

Einschränkungen

Das Onboarding von hochsensiblen und energiefreundlichen Robotern ist eine Herausforderung. Zudem sind Roboter in der Industrie-4.0-Phase noch nicht ausgereift, um erfahrene Arbeiter für komplexe Aufgaben in den Montagelinien und Verteilzentren zu ersetzen.

Industrie 4.0 und metallverarbeitende Betriebe

Die metallverarbeitende Industrie kann von der Industrie 4.0-Revolution in Bezug auf reduzierte Betriebskosten, geringe Materialverschwendung, schnelle Lieferung und eine geringe Möglichkeit von Revisionen stark profitieren. Hersteller können in jeder Phase des Herstellungsprozesses von Vorteilen profitieren.

Intelligente CNC-Maschinen können anhand historischer Daten Vorhersagemodelle erstellen, um potenziellen Fehlerpunkten vorzubeugen. Die kombinierte Wirkung von IoT-Sensoren und intelligenten Zählern kann großen Maschinen helfen, den Energiefluss während Leerlaufzeiten effektiv zu steuern. Das Echtzeit-Prozess-Feedback von Maschinen wäre eine ideale Wahl für Bediener, um potenzielle Fehler während der Alpha-Phase zu beseitigen.

Die Automatisierung kann die Produktionsgeschwindigkeit erhöhen und menschliche Fehler reduzieren, aber bestimmte Elemente wären immer noch außerhalb ihrer Reichweite. Ein solches Element ist die Beschaffung des richtigen Materials für das Projekt. Eine automatisierte intelligente CNC-Maschine nützt nichts, wenn das Werkstück von schlechter Qualität ist.

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