Ständig steigende Anforderungen an industrielle Anlagen, wie zum Beispiel ein höherer Durchsatz oder mehr Flexibilität, führen zu einer gesteigerten Komplexität dieser Systeme. Zusätzlich verlagert sich immer mehr Funktionalität aus dem Hardware- in den Softwarebereich, so dass dessen Bedeutung stetig zunimmt. Diesem Wandel mit wettbewerbsfähiger Entwicklungszeit zu begegnen, ist eine der wichtigsten Herausforderungen im Automatisierungssektor. Einen Ansatz hierzu stellt die Verwendung modellbasierter Entwicklungsmethoden dar. Während in den frühen Phasen des Entwicklungsprozesses modellbasierte Methoden zunehmend häufiger eingesetzt werden, besteht vor allem in den späteren Entwicklungsphasen sowie in der Phase des Betriebs erheblicher Nachholbedarf. In diesem Beitrag werden zunächst die bereits heute in der Praxis verwendeten Methoden am Beispiel einer komplexen Roboterkinematik vorgestellt. Anschließend wird im Wesentlichen die Phase des Betriebs betrachtet und dargestellt, welche Mehrwerte sich durch die Verwendung so genannter Smart Services auf Basis der bereits vorhandenen physikalischen Simulationsmodelle ergeben.

Vertical baggers play an important role in the packaging of food granulates such as bite-sized snacks, candy and nuts. Increasing demands regarding productivity and throughput pressure manufacturers to employ increasingly sophisticated engineering tools over conventional design through trial and error and experience. The Discrete Element Method (DEM) is a powerful tool for prediction of bulk behavior, however randomness in the packaging process impairs reproducibility of simulations, especially when working in the typical range of particle counts less than 1000. This study looks into statistic methods to determine under which conditions adequate reliability of simulation results can be achieved. Both the influence of the goal variables used to describe the process and the influence of the particle count are discussed. The examples given can be adapted to similar scenarios and lay the foundation for future simulation assisted design of vertical filling processes.

Für die Herstellung von Kunststoffformteilen, z.B. Verpackungen, Komponenten für Haushaltsgeräte, Automobil- oder Medizinbranche, werden aufgrund von Mikrostrukturen, neuen sowie hybriden Materialien und dem zunehmenden Kostendruck steigende Anforderungen an das Formteil, das Verfahren und den Prozess gestellt. Entsprechende Technologien zur Verbesserung des Umformprozesses stehen vor der Markteinführung oder werden derzeit entwickelt. Aufgrund des damit einhergehenden Anstiegs der Technologiekomplexität werden zunehmend Material- und Prozessmodelle eingesetzt. Die dienen der Technologieentwicklung, der Optimierung des Prozesses und bilden eine Hilfestellung bei der Inbetriebnahme. Ein Schwerpunkt und eine Herausforderung ist dabei die Materialmodellierung. Während des Umformens ins Werkzeug beim Thermoformen treten verschiedene Effekte auf: z. B. Dehnung und Verschiebung der Polymerketten, Bildung von amorphen und kristallinen Strukturen. Das sich daraus ergebende Verhalten ist durch geeignete Materialmodelle und deren Parametrisierung abzubilden. Ein gängiger Ansatz zur Bestimmung des Materialverhaltens und die damit verbundene Bestimmung der Materialparameter ist die Reverse-Engineering-Methode. Zu diesem Zweck stehen verschiedene Ersatzversuche zur Auswahl, z.B. Membrane-Inflation- Rheometer (MIR), Thermoformen-Material-Charakterisierung (TMC) und uniaxiale sowie biaxiale Zugversuche. Mit Hilfe geeigneter Modelle werden die Parameter entsprechend der experimentellen Daten gefittet. Für die Abbildung des Umformprozesses in einem numerischen Modell ist die Implementierung des Materialmodells in ein Prozessmodell notwendig. Um quantitative und qualitative Aussagen zur Übereinstimmung des numerischen Modells mit dem tatsächlichen Umformprozess zu erhalten, ist stets eine Validierung notwendig, indem experimentelle Simulationen durchgeführt und anhand ausgewählter Zielgrößen analysiert und den numerischen Ergebnissen gegenübergestellt werden. Zu diesem Zweck stehen verschiedene neue Messmethoden zur Verfügung, z.B. GEWAND, OCT, Hall-Effekt-Dickenmesser.

Paper is renewable, recyclable, sustainable and biodegradable material and, as a result, paper-based materials are widely used in the world packaging market. However, paper-based materials cannot compete with plastics in terms of processability into various 3D shapes. This is due to poor formability of paper, which is closely associated with its toughness. To improve paper formability, we report on a facile and green method that combines fiber and paper mechanical modifications at different structural levels as well as biopolymer treatment via spraying. As a result, a remarkable elongation of ∼30% was achieved after proposed combined approach on the laboratory scale. At the same time, a significant increase in tensile strength and stiffness (by ∼306% and ∼690%, respectively) was observed. Overall, an inexpensive, green, and scalable approach is introduced to improve formability of fiber networks that in turn allows preparation of 3D shapes in the processes with fixed paper blanks such as vacuum forming, hydroforming, hot pressing, etc.

Die regelmäßige Reinigung von Maschinen und Anlagenteilen ist integraler Bestandteil der Lebensmittel-, Pharma-, Kosmetik- und Chemieproduktion. Gesetzliche Hygienestandards gewährleisten dabei ein einheitlich hohes Qualitätsniveau. Nun lässt sich vor allem in der Lebensmittelherstellung eine Entwicklung zu zunehmend verschärften Hygienebestimmungen beobachten. Die Gründe hierfür liegen einerseits im wachsenden Markt für naturbelassene Lebensmittel mit verlängerter Haltbarkeit sowie andererseits im Trend zur flexiblen Produktion in kleineren Chargen, d.h. mehr Reinigungszyklen pro Tag oder Woche. Dadurch gewinnt auch die messbare Gewährleistung von Hygienestandards weiter an Relevanz. Aufgrund steigender Effizienzerwartungen in der Lebensmittelverarbeitung besteht demgegenüber ein erheblicher Bedarf, die Reinigungszeiten zu verkürzen, um die Zykluszeiten zu verkürzen (z.B. bei der Reinigung von Einzelteilen) und so die Maschinenverfügbarkeit zu erhöhen. [...aus dem Text]

Eine Herausforderung aus Industrie 4.0 ist die Produktion individueller Produkte in der Losgröße 1. Dabei denken wir zuerst an Fotobuch, die Cola mit einem Etikett, das unseren Namen trägt und viele weitere der inzwischen zahlreich angebotenen individualisierten Endprodukte. Dabei wird oft vergessen, dass für deren Herstellung Maschinen und Anlagen erforderlich sind, die selbst individuelle Produkte sind und nicht mehr kosten sollen als deren Pendants aus der Großserie. Um dies zu leisten, reicht es nicht aus, Daten in einer Cloud zu sammeln und auszuwerten oder das Förderband mit einem Internetanschluss zu versehen. Vielmehr bedarf es ganzheitlicher Konzepte, mit denen Produktionssysteme nachhaltig und individuell entwickelt werden können. Ein Lösungsansatz dazu ist die funktions- und objektorientierte Modularisierung, bei der die zu realisierenden Funktionen den gesamten Entwicklungs- und Konstruktionsprozess bestimmen. [... aus dem Text]

Die Firma VÚTS, a.s., beschäftigt sich mit der Konstruktion und Herstellung von speziellen Einzweckmaschinen, die sie mit ihren entwickelten die Umsetzung der zuständigen Technologie ermöglichenden Steuerungssystemen bestückt. Die Abteilung für Mechatronik führt mehr als 10 Jahre die Anwendungsforschung von elektronischen Kurvenscheiben basierend auf HW und SW-Komponenten von Yaskawa (Japan) / 2 / durch. Da die Anwendung von elektronischen Kurvenscheiben mit den eigenen Steuersystemen zusammenhängt, wurde ein allgemeines Steuersystem entwickelt, das auf dem Konzept einer Zustandsmaschine mit manueller und automatischer Betriebsart basiert. Dieses Konzept ist im Bereich der Steuersysteme für Werkzeugmaschinen üblich. Der grundlegende Unterschied liegt jedoch in der automatischen Betriebsart, bei der die Programmlogik der elektronischen Kurvenscheiben zum Steuern einzelner NC-Achsen verwendet wird. Die Bewegung der Arbeitsglieder bzw. einzelner Achsen wird von den Bewegungsgesetzen abgeleitet, einschließlich der ersten und der zweiten Ableitungen, die in den Vorwärtskopplungen der Geschwindigkeit und des Momentes der Kaskadenregelstruktur in dem Servo-Wandler verwendet sind. Das Konzept des Steuersystems mit elektronischen Kurvenscheiben wurde für eine Anzahl von Einzweckmaschinen verwendet, von denen zwei Vertreter erwähnt werden. [... aus der Einleitung]

Zur Prozessmessung in Flüssigkeiten wird ein Konzept vorgestellt, das mittels miniaturisierter Sensorkugeln eine ortsveränderliche Aufnahme von Prozessmesssignalen – z. B. der Temperatur – ermöglicht und diese kontinuierlich aus dem Reaktionsvolumen an eine Basisstation überträgt. Das System beinhaltet nicht nur die Miniaturisierung der Messstelle auf einen Kugeldurchmesser von 7,8 mm sondern auch die Abstimmung der Gesamtdichte auf die Prozessbedingungen, um eine gleichmäßige Verteilung der Messpunkte auf das gesamte Reaktionsvolumen zu ermöglichen. Für die Verwendung im Bioprozess wurde eine bio-inerte Kapselung für die gesamte Messelektronik entwickelt und die Funktionstüchtigkeit in mehreren Bioreaktorsystemen demonstriert. Das Messsystem wird mit einer induktiv wieder aufladbaren Energiequelle betrieben und hat eine Reichweite von mehr als 30 cm durch die Flüssigkeitssäule.

Neuartige Materialien spielen eine entscheidende Rolle in Innovationsprozessen und sind die Voraussetzung für eine Vielzahl neuer Produkte. Der Standort Dresden stellt mit der Exzellenz-Universität TU Dresden und einer Vielzahl an außeruniversitären Einrichtungen ein bedeutendes europäisches Zentrum auf dem Gebiet der Materialforschung dar. Das breite wissenschaftliche und technologische Spektrum sowie die enorme Forschungsdichte in Kombination mit einer hohen fachlichen Vernetzung führen einerseits zu Synergieeffekten unter den Wissenschaftlern und verschaffen andererseits der Wirtschaft einen enormen Standortvorteil. Sollen diese Vorteile voll ausgenutzt werden, bedarf es eines vereinheitlichten, intuitiven Informationszugangs. Aktuell werden Materialdaten jedoch typischerweise auf einer Vielzahl separierter, teilweise eingeschränkt zugänglicher Datenbestände gehalten und sind nach heterogenen Schemas und in variierendem Detailgrad beschrieben. Zwar existieren bereits Rechercheportale, diese sind jedoch domänenspezifisch, kostenpflichtig oder bieten nur auf spezielle Zielgruppen zugeschnittene Bedienoberflächen, die für andere Nutzer kaum bedienbar sind. Verteilte Recherchen über mehrere Datenquellen und Portale sind zeitaufwändig und mühsam. Abhilfe soll die hier vorgestellte integrierte Material-Recherche-Plattform Material Hub schaffen. Sie muss den Anforderungen von Herstellern und Zulieferern, deren Daten sie enthält ebenso entsprechen wie den Anforderungen der Anwender aus Forschung, Industrie und Handwerk. Diese den Wissenschaftsraum Dresden integrierende Plattform soll weitere erstklassige Forschungs- und Innovationsleistungen stimulieren, Kooperationen begünstigen und die Vermarktung innovativer Ideen und Lösungen wesentlich erleichtern. Außerdem soll Material Hub die Sichtbarkeit und Reichweite der Dresdner Materialforschung erhöhen und so die bereits vorhandene Leistungsfähigkeit signifikant stärken. Gegenstand dieses Artikels ist das technische Grundkonzept des Material Hub. Ein wesentlicher Aspekt besteht dabei in der Zusammenführung verschiedener Datenquellen in einem zentralen Rechercheportal. Integriert werden Forschungsdaten, Herstellerinformationen und Anwendungsbeispiele, die sowohl hinsichtlich Domäne als auch hinsichtlich Detailgrad und 1 gefördert aus Mitteln der Europäischen Union und des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung zugrundeliegendem Schema heterogen sind. Dazu wird in Abstimmung mit Werkstoffwissenschaftlern ein Schema zur Materialbeschreibung sowie eine semantische Wissensbasis konzipiert, die z. B. Synonyme und inhaltliche Zusammenhänge modelliert. Basierend darauf werden die Datenbestände indexiert und für die Recherche zugänglich gemacht. Die Benutzeroberfläche unterstützt mehrere Suchmasken, von der klassischen Stichwortsuche über die facettierte Suche bis hin zu stärker geführten Ansätzen, um zielgruppenspezifischen Anwendungsfällen durch geeignete UI-Konzepte gerecht zu werden. Neben konzeptionellen Ansätzen behandelt dieser Artikel erste Implementierungs- und Evaluationsergebnisse.

Um die Prozessstabilität in Verarbeitungsmaschinen auch bei hohen Ausbringungen bewerten und darauf aufbauend sicherstellen zu können ist eine geometrisch-kinematische Analyse des realen Verarbeitungsprozesses notwendig. Dazu wird im Beitrag ein optisches Hochgeschwindigkeits-Mehrkamera-Messsystem vorgestellt, mit dem auch schnelle Prozesse berührungslos analysiert werden können. Es wird gezeigt, wie durch die Zusammenführung von Bewegungsanalyse und Daten aus der Maschinensteuerung der Informationsgehalt und damit auch die Aussagefähigkeit von Messungen deutlich erhöht werden kann. Als Beispielprozess wird der intermittierende Transport kleinformatiger Stückgüter (z.B. Schokoladenriegel) gewählt.