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Intelligente Werkzeuge

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Digitale Ergänzung für manuelle Arbeiten

Text: Sébastien Boria, Airbus; Harry Jacob, A&D
Wo die Fertigung noch auf Handarbeit beruht, ist eine Automatisierung nicht leicht zu bewerkstelligen. Wo dem Mechaniker zusätzliche Informationen zur Verfügung gestellt und Einstellungen an seinen Werkzeugen automatisch erfolgen können, lassen sich viele Handgriffe einsparen. Dazu braucht es intelligente Werkzeuge.

Wer mit dem Flugzeug unterwegs ist, kann sich sicher fühlen – der Flieger ist eines der sichersten Verkehrsmittel überhaupt. Schon in der Produktion ist höchste Qualität Pflicht. Doch angesichts der Komplexität eines Jumbos ist es kein leichtes Unterfangen, diese Qualität sicherzustellen. In der Produktion von Airbus werden beispielsweise in einer einzigen Baugruppe 400000 Verschraubungen gesetzt, für die 1100 verschiedene Werkzeuge mit unterschiedlichen Einstellungen zum Einsatz kommen. Eine Herkulesaufgabe, die aber mit Unterstützung von Informationstechnik lösbar ist.

Der Flugzeugbauer hat damit begonnen, intelligente Werkzeuge einzusetzen. Bohren und Spannen, Messen und Validieren der Qualität, diese Aufgaben lassen sich bei der Airbusproduktion nicht vollständig automatisieren und auf Maschinen übertragen. Doch zumindest eine Unterstützung für die Mechaniker mittels Bildverarbeitung und darauf aufbauender Assistenzsysteme konnte Airbus realisieren. Als Grundlage diente die Compact­Rio-Plattform von National Instruments.

Moderne Fertigung

Die Zukunft des Flugzeugwerks ist als Forschungs- und Technologieprojekt zu sehen, das darauf abzielt, neu aufkommende Technologien zu fördern, um die Wettbewerbsfähigkeit des Fertigungsprozesses bei Airbus zu verbessern, welcher derzeit noch von manuellen Arbeitsschritten beherrscht wird. Cyber-Physical Systems und Big Analog Data schaffen die Voraussetzungen für eine intelligentere, auf den Bediener ausgerichtete Produktion. Mit einem Computer am Werkzeuggürtel, der ein 3D-Model des Bauteils, in dem gerade gearbeitet hat, mit dem Input der Bildverarbeitung abgleicht, ist ein erster Schritt zur Orientierung gemacht. Anhand der Bewegung des Monteurs erkennt das System zudem den nächsten Arbeitsschritt und kann dann zum einen die richtigen Einstellungen an intelligente Werkzeuge weitergeben, beispielsweise welche Tiefe eine Bohrung haben soll, oder mit welchem Drehmoment eine Schraube angezogen werden muss. Zum anderen kann das System eine genaue Schritt-für-Schritt-Anleitung liefern, ohne dass der Benutzer selbst in einem Handbuch danach suchen müsste. Eine weitere Aufgabe des Systems ist es, die ausgeführten manuellen Arbeiten zu visuell zu protokollieren.

Digitales Herzstück

Der Flugzeugbauer testete das NI SOM als Basisplattform für alle diese intelligenten Werkzeuge, weil die Architektur und das Frame­work, welche das System bereitstellt, um den Entwicklungsprozess vom Entwurf über die Prototypenerstellung bis hin zum Serieneinsatz zu beschleunigen, allgegenwärtig sind. Vor der des Moduls, das nun zum Einsatz kommt, stand die Entwicklung des Prototypen auf Grundlage eines NI-Compact­RIO-Controllers cRIO-9068, der es ermöglichte, IP aus bestehenden Airbus-Bibliotheken sowie quelloffene Algorithmen zu integrieren und so das digitale Fertigungskonzept schnell zu validieren. Die Flexibilität, grafische und textbasierte Programmierung nutzen zu können, sowie die Wiederverwendung von Drittanbieterentwicklungen, die auf den Xilinx-Zynq und das Betriebssystem NI Linux Real-Time portiert wurden, sorgen für einen hohen Abstraktionsgrad für die Entwicklung dieser Werkzeuge. Jetzt kann der Flugzeugbauer den Programmcode, der auf dem NI SOM entwickelt wurde, als verteilte Lösung nutzen, anstatt stets den gesamten Entwurfsprozess neu beginnen zu müssen.

Bei Airbus wurden im Vorfeld etliche SOMs und Embedded-Einplatinenrechner (SBCs) evaluiert. Doch keiner davon konnte mit dem von NI gebotenen plattformbasierten Designansatz und der Hard- und Softwareintegration mithalten. Die Entwickler schätzen, dass die Zeit bis zur Auslieferung mit dem NI SOM ein Zehntel der Zeit alternativer Ansätze ausmacht, was auf die Produktivitätssteigerungen des NI-Konzepts beim Systemdesign zurückzuführen ist, vor allem auf NI Linux Real-Time und das LabVIEW FPGA Module. Dank der vom NI SOM bereitgestellten Software konnte sich Airbus vermehrt auf die Schlüsselfunktionen des Systems konzentrieren, wie die Bildverarbeitung auf FPGAs.

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