Integrated Production Systems - Cheatsheet

Programmable Logic Controllers (PLCs)

Definition:

Industrie-SPS, digital programmierbar, ersetzt Relais und Schütze, für Steuer- und Regelungstechnik

Details:

• Hauptkomponenten: CPU, Ein-/Ausgangsmodule (I/O), Programmspeicher
• Programmiersprachen: Ladder Logic, FBD, Anweisungsliste
• Echtzeitbetrieb, robust gegen industrielle Umgebungen
• Kommunikationsports: Profibus, Ethernet, etc.
• Wichtige Parameter: Zykluszeit, Speichergröße

Industrielle Netzwerke und Kommunikation

Definition:

Netzwerke und Kommunikation in industriellen Umgebungen zur Integration und Optimierung von Produktionsprozessen.

Details:

• Protokolle wie Ethernet/IP, Modbus, Profibus
• Echtzeitfähigkeit für zeitkritische Anwendungen
• OPC-UA für standardisierte Kommunikation
• SCADA-Systeme zur Überwachung und Steuerung
• IT/OT-Konvergenz
• Sicherheitsaspekte: Firewalls, VPNs
• Feldbusse und industrielle Ethernet-Switches
• Wireless-Kommunikation: WLAN, LPWAN
• Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz

Automatisierungspyramide: Steuerungsebene bis Managementebene

Definition:

Struktur zur Darstellung der Ebenen in einem automatisierten Produktionssystem von der Steuerungsebene bis zur Managementebene.

Details:

• Sensorebene: Erfassung von Daten durch Sensoren.
• Aktorik-Ebene: Umsetzung von Steuerbefehlen in physische Aktionen.
• Feldebene: Kombination und Verarbeitung der Rohdaten von Sensoren und Aktoren.
• Steuerungsebene (SPS): Logische Programmierung und Echtzeitsteuerung der Prozesse.
• Leitebene: Koordination mehrerer Steuerungen, Überwachung und Optimierung der Prozesse.
• Managementebene: Langfristige Planung, Unternehmenssteuerung, betriebswirtschaftliche Entscheidungen.

Materialbedarfsplanung (MRP)

Definition:

Materialbedarfsplanung (MRP) ist ein System zur Planung der Materialien, die für die Produktion benötigt werden, basierend auf Stücklisten, Lagerbeständen und Produktionsplänen.

Details:

• Berechnet Bedarfe auf Basis von Produktionsprogramm
• Erstellt Bedarfszeitpunkt (Bruttobedarf - Lagerbestand)
• Verwendet Stücklisten zur Ermittlung der benötigten Materialien
• Wichtige MRP-Formel: \[ Nettobedarf = Bruttobedarf - Lagerbestand - Bestellungen + Reservierungen \]
• Unterscheidung in Sekundär-, Tertiär- und Zusatzbedarf
• MRP-I: nur Materialbedarfsplanung, MRP-II: inklusive Ressourcenplanung

Echtzeit-Datenverarbeitung und -analyse

Definition:

Daten in dem Moment verarbeiten und analysieren, in dem sie erzeugt oder empfangen werden

Details:

• Geringe Latenz zwischen Datenerfassung und -verarbeitung
• Einsatz von Technologien wie Stream Processing und In-Memory-Computing notwendig
• Typische Anwendungsfälle: Fabrikautomatisierung, Finanzmärkte, IoT
• Beispieltools: Apache Kafka, Apache Flink, Apache Storm
• Wichtige Metriken: Durchsatz (\textit{throughput}) und Latenz (\textit{latency})
• Architekturkomponenten: Datenquellen, Datenstreams, Echtzeit-Engine, Speichersysteme

IoT in der Produktion

Definition:

Integration von IoT-Technologien in Produktionsprozesse zur Verbesserung von Effizienz und Automatisierung

Details:

• Ermöglicht Echtzeit-Datenüberwachung und -analyse
• Fördert vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance)
• Verbessert die Qualitätssicherung durch kontinuierliches Monitoring
• Erhöht Flexibilität und Anpassungsfähigkeit von Produktionssystemen
• Vernetzung von Maschinen und Systemen durch IoT-Geräte und -Sensoren
• Unterstützt bei der Ressourceneffizienz und Kosteneinsparung

Grundlagen der Roboterprogrammierung

Definition:

Grundlegende Techniken und Prinzipien der Roboterprogrammierung.

Details:

• Roboterstruktur: Gelenke, Achsen und Antriebe
• Bewegungsplanung: Trajektorien, Kollisionserkennung
• Koordinatensysteme: Weltkoord., Werkzeugkoord.
• Programmiersprachen: KRL, ROS, URScript
• Sensorik: Kraftsensoren, Bildverarbeitung
• Steuerung: PID-Regler, Zustandsregelung
• Sicherheitsaspekte: Not-Aus, Sicherheitszonen

Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter (Cobots)

Definition:

Kollaborative Roboter (Cobots) arbeiten direkt mit Menschen zusammen, um Aufgaben effizienter zu lösen. Sie sind sicher, flexibel und leicht programmierbar.

Details:

• Sicherheitsmechanismen: Begrenzte Geschwindigkeit, Kraft und sensorische Fähigkeiten minimieren Verletzungsrisiken.
• Flexibilität: Anpassbar an verschiedene Arbeitsprozesse und Anwendungen.
• Programmierung: Oft intuitive, benutzerfreundliche Schnittstellen.
• Vorteile: Erhöhung der Produktivität, Verbesserung der Arbeitsbedingungen, Reduktion von Fehlern.
• Integration: In Verbindung mit bestehenden Produktionssystemen, oft über Schnittstellen und Protokolle wie ROS (Robot Operating System).