Industrie 4.0
02.04.2015

Kabel für die Fabrik der Zukunft

Die vierte industrielle Revolution hält Einzug in die Betriebe. Maschinen, Werkzeuge und Bauteile werden intelligenter und tauschen große Mengen an Informationen aus. Damit kommen auf die Verkabelung neue Herausforderungen zu: Datenleitungen müssen robuster werden, Stecker kompakter und leicht zu handhaben. Und: Ethernet wird auch bei Sensoren und Aktoren Standard.

Das Sortiment der Etherline-Verbindungen von Lapp für Profinet-Applikationen (Bild: Lapp)

Übertriebener Hype oder Hoffnungsträger? Kein Thema wird in der Fertigungsbranche derzeit so heiß diskutiert wie Industrie 4.0. Die vierte industrielle Revolution nach Dampfmaschine, Fließbandfertigung und Automatisierung verspricht individualisierte Produkte bei gleichzeitig günstiger automatisierter Fertigung. Industrie 4.0 ist Versprechen und Herausforderung zugleich. Denn um seine Potenziale zu erschließen, bedarf es eines Paradigmenwechsels. Starre Automatisierungshie­rarchien lösen sich auf; „dumme“ Werkzeuge, Bauteile, Transportbehälter erhalten ein eigenes Gedächtnis und kommunizieren untereinander, organisieren im Idealfall ihre eigene Produktion ohne höhere Steuerintelligenz. Das wirkt sich bis auf die Verkabelung aus.

Was bedeutet das konkret für eine Fertigungslinie? Als der Arbeitskreis Industrie 4.0 im Jahr 2012 die Zukunft der Fabrik skizzierte, spielten Visionen eine größere Rolle als solche Detailfragen. Doch diese müssen geklärt werden, wenn sich Industrie 4.0 durchsetzen soll. Mit der Smart Factory hat das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz den Prototyp einer solchen Zukunftsfabrik errichtet (Bild). Die Demo-Fabrik in Kaiserlautern zeigt im Kleinen, was auf Maschinenbauer, Fertigungsindustrie und Logistik zukommt.

Mehrere renommierte Automatisierungs- und Maschinenbau-Unternehmen sind Partner in der „SmartFactoryKL“, darunter auch die Lapp-Gruppe. Der Kabelspezialist aus Stuttgart hat das Modul zur Qualitätskontrolle beigesteuert. Außerdem stammt die komplette Verkabelung zwischen den Modulen von Lapp. In der „SmartFactoryKL“ kommt der Verkabelung eine aktivere Rolle zu als in den meisten heutigen Fabriken. Um Module auszutauschen, müssen Steckverbindungen in Sekunden gelöst und wieder gekoppelt werden. Dabei müssen sie robust sein und leicht zu handhaben. Außerdem rückt die Datenübertragung näher an das Werkstück heran. Der Datenverkehr nimmt deutlich zu und damit die Anforderungen an die mögliche Datenrate der Leitungen.

Massenfertigung mit Losgröße 1

Die Smart Factory, die auf der Hannover Messe 2014 vorgestellt wurde und die 2015 in erweiterter Form wieder auf der Messe zu sehen sein wird, fertigt in hohem Tempo Visitenkartenetuis mit individueller Gravur und Farbe – Massenfertigung mit Losgröße 1 also. Das Besondere an der Fertigungslinie ist ihre Modularität: Neue Bearbeitungsstationen, etwa zum Laserbeschriften der Teile, können einfach ans Ende angedockt werden, ohne Neukonfiguration der gesamten Anlage. Der Visitenkartenhalter fährt die neue Station an, wird bearbeitet und fährt anschließend wieder zurück und nimmt den alten Bearbeitungsablauf wieder auf. Module lassen sich in fünf Minuten austauschen, wenn ein anderes Produkt gefertigt werden soll, und das auch im laufenden Betrieb – ein Paradebeispiel für „plug-and-produce“.

Das Ende der Automatisierungspyramide

Mit Industrie 4.0 löst sich die klassische Automatisierungspyramide immer weiter auf. Die Intelligenz sitzt nicht mehr allein in der zentralen Steuerung. Sogenannte cyber-physische Systeme enthalten eigene In­telligenz, sie tauschen Daten untereinander aus. Im Fall der Smart Factory enthält das Visitenkartenetui einen RFID-Chip, auf dem die Bearbeitung jedes einzelnen Etuis dokumentiert wird. Der Chip wird in jedem Bearbeitungsschritt ausgelesen und unter anderem mit dem aktuellen Energieverbrauch in der Station gefüttert. Kunden könnten später im Laden diese Information auslesen und zum Beispiel beurteilen, wieviel Kohlendioxid bei der Herstellung dieses Produkts ausgestoßen wurde.

Ethernet setzt sich durch

Als Standard für die Datenübertragung in der Fabrik setzt sich Industrial Ethernet immer mehr durch; frühere Feldbussysteme werden abgelöst. Ethernet wurde in den 1970er-Jahren entwickelt, um Computer miteinander zu vernetzen – für den harten Fabrikbetrieb war Ethernet ursprünglich nicht gedacht. Die Kabelhersteller haben reagiert und für Industrial Ethernet Kabel und Steckverbindungen entwickelt, die Öl und Säure ebenso widerstehen, wie Vibrationen und elektromagnetischen Feldern. Kabel der Lapp-Gruppe erfüllen die hohen Qualitätsanforderungen nach dem Vorbild des Klassikers Ölflex mit seinen ölresistenten Mantelmaterialien.

In der Smart Factory geht die Lapp-Gruppe noch einen Schritt weiter. Um den Datenverkehr mit Sensoren und Aktoren bis ans Werkstück zu bringen, müssen diese Kabel besonders robust sein, etwa indem sie Millionen Bewegungen in Schleppketten aushalten. Außerdem ist der Platz begrenzt. Dementsprechend werden die Kabel mit engen Biegeradien geführt. Lapp hat dafür unter der Marke Etherline (Bild) besonders dünne und biegsame Ethernet-Kabel im Programm. Sie sind extrem widerstandsfähig und für verschiedene Industrial-Ethernet-Systeme, wie Profinet und Ethercat, erhältlich.

M8-Steckverbinder als Zukunftsstandard

Was für die Kabel gilt, gilt auch für die Steckverbinder – auch sie müssen kompakter werden und sehr widerstandsfähig sein. Standard für Ethernet in Fabriken ist heute der M12-Stecker. Er ist allerdings für manche Applikationen zu groß, etwa für Profinet-Greifer, welche in der Smart Factory die Informationen aus dem Chip im Visitenkartenetui auslesen. Dort kommt der kompaktere M8-Steckverbinder zum Einsatz, der ursprünglich für herkömmliche Steuerleitungen eingeführt wurde. Für Ethernet ist der M8-Steckverbinder noch relatives Neuland. Die Lapp-Gruppe hat dieses Stecker-Format nun auch für die Ethernet-Verkabelung zugänglich gemacht. Er bringt kompakte Bauform, Robustheit und hohe Datenübertragungsraten in die intelligente Fabrik.

Fazit

Von der Smart Factory profitieren auch Produktionsstätten mit herkömmlicher Automatisierungstechnik. Alle Technologien und Komponenten, die in der Smart Factory stecken, gibt es bereits zu kaufen, sie werden schon in Fabriken eingesetzt. Die Fabrik der Zukunft ist damit keine Vision mehr, sondern Realität. Allerdings kombiniert sie Technologien neu und flexibler, außerdem stellt sie hohe Anforderung an die Qualität – auch bei Kabeln und Steckverbindern.

Autor: Ralf Moebus ist Leiter Produktmanagement für Automatisierung und Netzwerke bei der Lapp-Gruppe in ­Stuttgart.

www.dfki.de

www.lappkabel.de

 

 

20 Jahre openautomation

Die Grundidee bleibt, die Dimensionen wachsen

„Eine Branche im Umbruch: Anwender fordern in aller Deutlichkeit kostensenkende, flexible und offene Automatisierungslösungen sowie Durchgängigkeit vom Sensor bis zum Management“ – dieser Grundanspruch hat sich über die letzten 20 Jahre nicht geändert, aber die Dimensionen, die neue Technologien mit sich bringen, lassen die Industrie 4.0 Wirklichkeit werden. Immer im Mittelpunkt dabei: Daten – das viel gepriesene Öl des 21. Jahrhunderts. Die Grundidee der vertikalen Integration bleibt, nur das Wording ändert sich heute.

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