TH Köln realiseert compacte technologie-demonstrator met transporttechniek van mk
Studenten van de TH Köln ervaren Industrie 4.0 van dichtbij: Een compacte demonstrator met robot, transporttechniek en camerasysteem maakt complexe productieprocessen interactief ervaarbaar. Dankzij ondersteuning van de mk Technology Group kunnen centrale concepten als OEE praktijkgericht worden overgebracht - toekomstgericht onderwijs in een zeer kleine ruimte!
De eisen die aan ingenieurs worden gesteld veranderen snel - en daarmee ook het onderwijs. Aan de TH Köln kunnen studenten moderne productieprocessen daarom niet alleen theoretisch begrijpen, maar met een Industrie 4.0-demonstrator ook praktisch ervaren. Dit werd mogelijk door de ondersteuning van geëngageerde industriële partners zoals de mk Technology Group, die tegen lage kosten transporttechniek leverde en met technische knowhow aan de realisatie bijdroeg.
"Wie niet met de tijd meegaat, verdwijnt met de tijd", een tijdloze uitspraak die schijnbaar ook voor jonge ingenieurs geldt. Want al in 2019 sloeg de Verein Deutscher Ingenieure (Vereniging van Duitse ingenieurs (VDI)) alarm: Volgens een VDI-enquête gaf slechts elf procent van de ondervraagde studenten aan zich goed voorbereid te voelen op de uitdagingen van de verbonden industrie - bij starters in de beroepswereld was dit zelfs maar negen procent. De Verband der Deutschen Maschinen- und Anlagenbauer (Vereniging van Duitse machine- en installatiebouwers (VDMA)) dringt er daarom op aan dat hogescholen de technische vooruitgang volgen en hun curricula snel aanpassen. Dat vandaag de gewenste veranderingen plaatsvinden, bewijst de Technische Hochschule Köln.
Yannick Liebertz, Wetenschappelijk medewerker bij het laboratorium voor productiesystemen (LFK) van de TH Köln
„Om studenten van de masteropleiding machinebouw beter voor te bereiden op Industrie 4.0, dus op automatisering, IoT-netwerken en AI, hebben we een demonstrator ontwikkeld waarmee de sleuteltechnologieën kunnen worden geoefend.“
"Inderdaad kwam vanuit de industrie vaak de feedback dat afgestudeerden weliswaar een solide theoretische basis voor productiebeheer hebben, maar dat er nog ruimte voor verbetering is in de praktische toepassing van digitaal verbonden productieprocessen", aldus Yannick Liebertz, wetenschappelijk medewerker bij het laboratorium voor productiesystemen (LFK) van de TH Köln. "Om studenten van de masteropleiding machinebouw beter voor te bereiden op Industrie 4.0, dus op automatisering, IoT-netwerken en AI, hebben we een demonstrator ontwikkeld waarmee de sleuteltechnologieën kunnen worden geoefend."
Industrie 4.0-demonstrator simuleert modern pick-and-place-proces
De demonstrator is een compacte tafel, 900 mm breed en 1200 mm lang, die op wielen van auditorium naar auditorium kan worden geduwd. Op deze tafel is een gesloten circuitproces geïnstalleerd, zoals het ook in een echte productieomgeving wordt gebruikt. Het centrale element is een armrobot die een pick-and-place-taak uitvoert: Hij grijpt achtereenvolgens twee schijven met diameters van 100 mm en 150 mm en stapelt deze op een transportband op elkaar. Hier begint de transportbaan. Aan het einde van deze transportband wordt de stapel overgebracht naar een tweede transportbaan, die in een rechte hoek loopt. Boven deze tweede transportband is een camera gemonteerd. Deze controleert hoe nauwkeurig de schijven op elkaar liggen. Het IT-systeem classificeert de stapels vervolgens in goede en slechte exemplaren. Na deze kwaliteitscontrole wordt de stapel voor een tweede maal 90 graden omgeleid naar een derde transportband die naar de andere kant van de robot loopt. Op deze band scheidt een schraper de schijven weer van elkaar. Aan het einde van de transportbaan kan de robot de afzonderlijke schijven dan weer oppakken. Het proces begint van voren af aan.
Niet alleen theoretisch worden overgebracht, maar ook praktisch worden ervaren
De nieuwe demonstrator aan de TH Köln slaagt erin om studenten vertrouwd te maken met de concepten van Industrie 4.0. "Daarvoor zijn niet alleen alle essentiële fysieke processen van de automatiseringstechniek gedekt - dat wil zeggen, handling, materiaaltransport en kwaliteitscontrole", aldus Liebertz. Het systeem maakt het ook mogelijk om productieprocessen in real time te analyseren en te optimaliseren. Alle componenten, van robots en transportbanden tot camera's, zijn met elkaar verbonden, zodat het IT-systeem bijvoorbeeld cyclustijden, goed/slecht-verhoudingen en beschikbaarheid kan relateren om daaruit inzichten voor verbetering af te leiden. Zo zou men kunnen herkennen wanneer de productiesnelheid boven een redelijk niveau zou worden verhoogd, met als resultaat dat de productkwaliteit, dus de nauwkeurigheid van de stapel, afneemt. "Door directe observatie en analyse van de procesgegevens kunnen centrale concepten zoals de algehele efficiëntie van de installatie (Overall Equipment Effectiveness (OEE)) niet alleen theoretisch worden overgebracht, maar ook praktisch worden ervaren." Op de lange termijn is het de bedoeling dat de demonstrator ook voor projectwerkzaamheden, afstudeerwerkzaamheden en interdisciplinaire onderwijsvormen wordt gebruikt.
Toegewijd aan het stimuleren van nieuwe generaties
De demonstrator is een voorbeeld van hoe hogescholen hun onderwijs met succes aanpassen aan het Industrie 4.0-tijdperk. Maar deze transformatie is vaak uitdagend als het budget voor nieuwe didactische middelen beperkt is. Ook de TH Köln stond voor de taak om het nieuwe systeem zo voordelig mogelijk te realiseren. De zoektocht naar alternatieve aanbieders van automatiseringstechniek was al even omslachtig. Een klassieke armrobot voor de industrie kost bijvoorbeeld al snel tienduizenden euro's en zou te duur zijn geweest. De projectverantwoordelijken waren dan ook heel blij toen ze bij het Keulse bedrijf igus de Rebel als voordelig alternatief vonden - een armrobot die voor een groot deel niet van metaal, maar van hoogwaardig kunststof is gemaakt.
De TH Köln vond daarnaast ondersteuning bij de mk Technology Group, die de verrijdbare tafel voor de demonstrator en de transporttechnologie ter beschikking stelde. "mk heeft ons zeer geholpen met de investeringskosten, wat de realisatie van het project binnen het gegeven budget mogelijk heeft gemaakt", aldus Liebertz. "We weten hoe belangrijk het is om gekwalificeerde jonge ingenieurs op te leiden in tijden van een tekort aan vakmensen", zegt Maik Kirchner, expert in transporttechniek bij mk. "Daarom is het voor ons een onderwerp dat ons na aan het hart ligt om innovatieve projecten zoals deze als industriële partner financieel en met vakkennis te ondersteunen."
De vakkennis van de experts van mk was bijvoorbeeld bij het onderwerp compactheid gevraagd. De demonstrator moet ruimtebesparend en zo licht mogelijk zijn, opdat iemand hem van de auditorium naar de auditorium kan duwen. De Rebel van igus bleek hier de juiste keuze. Omdat de cobot gemaakt is van hoogwaardig kunststof, weegt deze slechts acht kilo. Een lichtgewicht aanpak die mk consequent heeft voortgezet. Zo hebben de experts de tafel met de 40-profielserie van mk gebouwd. Dit zijn lichte en modulaire aluminiumprofielen met een rasterafmeting van 40 x 40 mm, die geschikt zijn voor lichte machineframes, beveiligingsinrichtingen en montagewerkplekken.
Compacte transportband van mk maakt indruk
Op de tafel zijn bovendien drie riemtransporteurs GUF-P MINI gemonteerd, die mk met name voor het transport en het verdelen van kleine en lichte transportgoederen heeft ontwikkeld. Met breedtes van 50 tot 300 mm, lengtes van 350 tot 3.000 mm en een inbouwhoogte van slechts 35 mm bieden de transporteurs flexibele toepassingsmogelijkheden in krappe inbouwsituaties. "De grote expertise van mk op het gebied van transporttechniek heeft er in belangrijke mate toe bijgedragen dat de opbouw van de demonstrator verder kon worden geoptimaliseerd", legt Liebertz uit. "Door gerichte feedback en suggesties van mk konden de technische details van het transportsysteem perfect worden afgestemd op de eisen van de cobot en het kwaliteitsstation."
Een bovenliggende programmeerbare logische besturing (PLC) zorgt daarbij voor de synchronisatie van de bewegingsroutines, zodat een soepel verloop tussen de transportbaan en de pick-and-place-taak van de robot is gewaarborgd. Als de Rebel de afzonderlijke schijven opvangt, zorgt de besturing er bijvoorbeeld voor dat de transportbanden bij het einde van de baan afremmen en dat de schijven in een prisma worden gecentreerd. Zo vindt de robot altijd een stabiel en reproduceerbaar overdrachtsvenster, zonder door te snelle bewegingen van de banden te worden gestoord. De besturing maakt het ook mogelijk om diverse procesvarianten te testen en doelgericht procesparameters te wijzigen, wat bijzonder waardevol is voor het onderwijzen en analyseren.
"De oplossing overtuigt niet alleen door de betrouwbaarheid op de millimeter, maar vooral door de aantrekkelijke prijs-kwaliteitverhouding - een belangrijke factor voor de inzet in opleiding en onderwijs", aldus Liebertz tot slot.
Dankzij de open structuur en modulaire constructie kan het systeem in de toekomst bovendien flexibel en duurzaam worden uitgebreid: bijvoorbeeld door naderhand in te bouwen Industrie 4.0-componenten, andere camerasystemen of het gebruik van AI. Bijvoorbeeld om het vastpakken van de schijven in beweging mogelijk te maken zonder de transporttechniek te stoppen. Ook complexe scenario's kunnen zo in de praktijk worden onderzocht, zoals de analyse van de stabiliteit van stapels bij wisselende bochtsnelheid en wrijving. Daarmee kan worden bepaald hoe nauwkeurig en snel men te werk kan gaan om tegen redelijke kosten een zeer hoge mate van procesbetrouwbaarheid te bereiken. Het platform biedt daarmee niet alleen technische mogelijkheden, maar ook een ideale basis om kerncompetenties in de moderne automatisering praktijkgericht bij te brengen en verder te ontwikkelen.
De Technische Hogeschool Keulen (TH Köln) is met meer dan 26.000 studenten de grootste hogeschool van Duitsland en is een moderne hogeschool voor techniek, kunst en wetenschap. In deze dynamische omgeving is het Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik (Instituut voor productontwikkeling en designtechniek (IPK)) een centrale speler in het vormgeven van de digitale en duurzame transformatie van de machine- en installatiebouw.
Binnen het IPK houdt het Labor für Fertigungssysteme (Laboratorium voor productiesystemen (LFK)) onder leiding van prof. Dr.-Ing. Thomas Gartzen zich bezig met praktijkgericht onderzoek op het raakvlak van productietechniek en digitale technologieën. Het LFK ontwikkelt innovatieve oplossingen voor intelligente en onderling verbonden productiesystemen, met bijzondere aandacht voor het midden- en kleinbedrijf (MKB). De nadruk ligt op onderwerpen als Industrial IoT, kunstmatige intelligentie en digitale mens-technologie-interfaces. Het doel is om productieprocessen toekomstbestendig, efficiënt en duurzaam vorm te geven.
Dankzij jarenlange ervaring in onderzoeks- en samenwerkingsprojecten alsmede een hoge mate van flexibiliteit en technische expertise is het LFK een competente partner in de realisatie van digitale strategieën en industriële innovaties.