Industriell genutzte Bewegungsachsen gelangen durch Maßnahmen im Rahmen von Industrie 4.0 immer mehr in den Wirkungsbereich der Automatisierung. Parallel dazu steigt die Notwendigkeit, diese Achsen kosteneffizient anzusteuern. Die fortschreitenden Entwicklungen in der Robotik, Konnektivität, Cloud-Technologie, künstlichen Intelligenz, Datenanalyse, Mobilität und vielen weiteren Bereichen setzen neue Maßstäbe für die globale Industrie in Bezug auf die operative Effizienz und eröffnen somit neue Funktionsfelder für Aktuatoren, für die sie bisher nicht in Erwägung gezogen wurden.
Nehmen wir beispielsweise Aufgaben wie das Anheben und Absenken eines Förderbands, um Kartons unterschiedlicher Größen zu transportieren. Sind solche Anpassungen nur wenige Male pro Tag erforderlich, so wäre eine Automatisierung mit herkömmlicher Technik allerdings kaum zu rechtfertigen. Die Automatisierung solcher gelegentlicher Betätigungen, z.B. mithilfe von pneumatischen Zylindern, würde sowohl eine kostspielige Infrastruktur als auch erhöhte Wartungskosten bedeuten und nur eingeschränkte Steuerungsmöglichkeiten bieten. Systeme mit hochbelastbaren und -präzisen Linearaktuatoren würden zwar die erforderliche Steuerung liefern, jedoch auch weitaus mehr Funktionalität, als für solche Vorgänge wirtschaftlich vertretbar wäre. Klassische Industrie-Linearaktuatoren würden die geeigneten Steuerungsfunktionen zu geringeren Kosten bereitstellen, aber selbst diese wären angesichts der zusätzlich erforderlichen Relais und sonstigen Infrastruktur nur schwer zu rechtfertigen. Demgegenüber ermöglichen smarte elektromechanische Aktuatoren der neuesten Generation die Automatisierung wechselnder Arbeitsabläufe zu vertretbaren Kosten, indem sie Funktionen integrieren, die zuvor auf eine externe Infrastruktur angewiesen waren.
Der Einsatz kostengünstigerer Aktuatoren mit integrierter smarter Funktionalität könnte sich bei wechselnden Arbeitsabläufen in industriellen Automatisierungsanlagen vorteilhaft auswirken. Sie liefern hohe Flexibilität, Kosteneffizienz und Intelligenz.
Auch zur verbesserten Leistung können smarte Aktuatoren beitragen. Bei dem zuvor beschriebenen Förderband-Szenario bremst jede manuelle Änderung der Einstellung den Prozess aus. Sollte dies beispielsweise zehnmal pro Tag erforderlich sein, so ist die Automatisierung dieser Änderungen eventuell die effizientere Option. In der Welt von Industrie 4.0 analysieren moderne Anwendungen die Produktionsdaten aus smarten Messgeräten und zeigen optimale Wege zur maximalen Geräteeffizienz auf.
Smarte Aktuatoren werden zunehmend in Anlagen eingesetzt, wo manuelles Eingreifen vermieden werden kann. Sie können von Systementwicklern im Vorhinein so programmiert werden, dass Förderbänder automatisch geschaltet werden. Außerdem bieten diese Aktuatoren Steuerungsmöglichkeiten für Logistikzüge und fahrerlose Transportsysteme.
Auch wenn die Automatisierung von Funktionen wie die der Förderbandverstellung keine signifikante Amortisation zeigt, so ist die Möglichkeit der Vernetzung vieler Geräte durchaus von Mehrwert. Die Einbettung der Netzwerklogik in kostengünstige Aktuatoren ermöglicht den Anschluss an Netzwerk-Busse wie CAN-Bus, PROFINET oder Ethernet/IP. Bislang manuell ausgeführte Vorgänge werden somit in umfassendere und komplexere Regelstrategien sowie Arbeitsabläufe eingebunden. Die Aktuatoren stellen zudem eine Vielzahl an Betriebsdaten wie z.B. Zählerstände bereit, um den optimalen Zeitpunkt zum Schalten eines Befehls zu ermitteln.
Denkbar ist auch die Anbindung smarter Aktuatoren an fahrerlose Transportsysteme (AGVs), die im Werk umherfahren, Material an Förderstationen entgegennehmen und zu anderen Produktionsstufen bzw. zur Auslieferung transportieren. Das AGV fährt an das Förderband heran und fordert den Aktuator auf, die Luke mit den blauen Kisten zu öffnen, sich selbst zu beladen und zur nächsten Station zu fahren. Vor Industrie 4.0 wäre eine derart enge Integration kaum machbar – ja nicht einmal vorstellbar – gewesen.
Smarte Instandhaltung
Smarte Aktuatoren sind in der Lage, ihren eigenen Zustand zu überwachen. Sie wissen, ob das System ausreichend Spannung für die anstehende Aufgabe erhält, und können sich ggf. entsprechend anpassen. Sie können Daten zur Anzahl der erfolgten Arbeitsspiele sammeln und die Geschwindigkeit schichtübergreifend optimieren. Nicht zuletzt können Sie an jedem Punkt des Hubwegs ihre absolute Position ausgeben, anhand derer die Stromaufnahme nach Bedarf programmiert werden kann, um die Last zu beherrschen.
Während smarte Aktuatoren wenig bis keine Wartung benötigen, reduzieren sie auch die Gesamt-Wartungskosten. Sie erkennen Lastschwankungen, die sich auf den Aktuator-Verschleiß auswirken, und helfen dadurch, einen Austausch mit geplanten Maschinen-Stillständen zu synchronisieren.
Innovationsmotor
Das Potenzial der Vernetzung von bislang isolierten Geräten ist umfangreich. Räumliche Entfernung stellt heute für die industrielle Automatisierung und Integration kein Hindernis mehr dar. Produktions- und Automatisierungsingenieuren stehen alle Türen offen, Anwendungen zu definieren, mit denen sie die nächste Generation industrieller Innovationen gestalten.