Gemeinschaftsentwicklung: Das von den Grob-Werken und Schubert System Elektronik gemeinsam entwickelte Bedienterminals Grob4Pilot am 5-Achs-Universalbearbeitungszentrum G350-Generation 2. Schubert

(Bild: Schubert)

| von Dr. Jörg Lantzsch

Auf die Schnelle

Das Wesentliche in 20 Sek.

  • Klassische NC-Bedienfelder behindern Industrie-4.0-Konzepte
  • Digitalisierung der Fertigung braucht Multitasking-fähige Panel
  • Grob setzt auf individuell entwickeltes Bedien-Panel
  • Software-Tools unterstützen Flexibilisierung in der Fertigung
  • Echtzeit-Framework koordiniert NC-Steuerung, Visualisierung und ERP-Anbindung
Gemeinschaftsentwicklung: Das von den Grob-Werken und Schubert System Elektronik gemeinsam entwickelte Bedienterminals Grob4Pilot am 5-Achs-Universalbearbeitungszentrum G350-Generation 2. Schubert

Schubert

Der Werkzeugmaschinenhersteller Grob gilt als Spezialist für komplexe Fertigungssysteme, in denen Bearbeitungszentren und Montageeinrichtungen für die Produktion von Motoren, Getrieben und anderen Fahrzeugkomponenten komplett automatisiert zusammenarbeiten. Daneben fertigt das global operierende Familienunternehmen auch 5-Achs-Bearbeitungszentren für den Einsatz in verschiedensten Branchen.

Digitalisierung in der Fertigung

Nach Ansicht von Experten lassen sich mit Industrie-4.0-Konzepten je nach Branche Produktivitätssteigerungen von bis zu 30 % realisieren. Allerdings gibt es eine große Bandbreite bei der Umsetzung: Während in der Automobilindustrie die Vernetzung und Digitalisierung schon weit fortgeschritten sind, beginnen viele kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) gerade erst, geeignete Prozesse zu implementieren. Um ihnen die Digitalisierung zu vereinfachen, hat Grob das System Grob-Net4Industry initiiert, dessen zahlreiche Tools helfen, die Produktivität zu steigern. „Wir haben beobachtet, dass viele unserer KMU-Kunden sehr leistungsfähige Universalmaschinen bei uns kaufen, diese dann aber nicht optimal auslasten können“, stellt Markus Frank fest, Produktmanager für Grob-Net4Industry. Nach seiner Erfahrung fehlt es bei vielen Unternehmen an der Umsetzung von integrierten Prozessen: Workflow, Überprüfung und Freigabe von NC-Programmen oder die Anbindung an ein ERP-System sind in vielen Fällen nicht digital. Beispielsweise laufen bei Unternehmen die Bearbeitungszentren zwar im Dreischicht-Betrieb, qualifizierte Mitarbeiter für die NC-Programmierung arbeiten aber nur in den ersten beiden Schichten. Steht dann in der Nachtschicht die Umstellung auf eine neue Serie an, kann es sehr lange dauern, bis das erste Bauteil produziert wird.

Die Tools von Grob verbessern die werksübergreifende Transparenz innerhalb der Produktionsprozesse. Kunden können die verschiedenen Module gemäß ihren Anforderungen kombinieren und so die Vernetzung und Digitalisierung ihrer Produktion vorantreiben. Ein Beispiel ist das Modul Grob4Connect, das die nahtlose Anbindung an ERP-Systeme ermöglicht.

Aktuell besteht das Framework aus zehn Modulen, die Kunden auch als On-Premise-Software auf eigenen Systemen installieren können. Alternativ stellt der Maschinenbauer mit dem Grob4Portal auch eine eigene Cloud-Lösung zur Verfügung. „Alle Software-Module setzen wir auch für unsere eigene Produktion in Mindelheim ein“, so Frank. Dies führt zu einer direkten Rückkopplung aus der Praxis, worin Frank einen wesentlichen Unterschied zu den Lösungen des Wettbewerbs.

IT-Integration braucht ein passendes Bedienkonzept an der Maschine

„Wir wollen eine Lösung bieten, mit der unsere Kunden die Auslastung ihrer Maschine steigern können“, betont Markus Frank. Dazu braucht es zusätzlich zu den Software-Tools auch eine passende Hardware. Der Grund ist für die NC-Steuerungshersteller, deren Standard-Komponenten für die Bedienung der Bearbeitungszentren bislang zum Einsatz kamen, nicht gerade schmeichelhaft. „Mit diesen klassischen Bedienoberflächen von CNC-Maschinen ist die Integration in übergeordnete IT-Systeme schwierig und die Möglichkeiten der Individualisierung sind beschränkt“, legt Frank den Finger in die Wunde. Erschwerend kommt hinzu, dass die verschiedenen Steuerungshersteller unterschiedliche Systeme verwenden, sodass einzelne Module mehrfach entwickelt werden mussten. Zusammen mit Schubert System Elektronik wurde deswegen ein individuelles Bedienpanel entwickelt.

Das Bedienpanel, Grob4Pilot, basiert auf einem lüfterlosen Panel-PC mit 24“-Touch-Display. Das Framework von Schubert System Elektronik, das auf dem Panel-PC läuft, ermöglicht es, verschiedene Applikationen gleichzeitig darzustellen. Die Oberfläche der NC-Steuerung läuft in einem Fenster. Das gewohnte Look and Feel und die Bedienung bleiben dabei exakt gleich, sodass Bediener sich nicht umstellen müssen“, stellt Frank heraus. Schließlich hat das Touch-Display genügend Platz für zusätzliche Fenster mit anderen Applikationen, deren Benutzeroberfläche individuell anpassbar ist. Weitere Applikationen – Tools aus dem Softwarepaket von Grob – können ebenso parallel zur Maschinenbedienung verwendet werden: CAD/CAM-Applikationen, ein 3D-Bauteil-Viewer oder eine Werkzeugverwaltung funktionieren auf dem Panel genauso wie der Zugriff auf das Grob4Portal oder auf ERP-, PLM- und MES-Systeme. Auch das Videobild einer Arbeitsraumkamera lässt sich in einem separaten Fenster einblenden.

Maßgeschneiderte Hardware

Bei der gemeinsamen Entwicklung profitierte Grob von dem Hardware- und Software-Know-how von Schubert System Elektronik. Das große Display im 16:9-Format hat eine Auflösung von 1 920 x 1 080 Pixel und ermöglicht eine Multitouch-Bedienung. Neben dem Display umfasst die Bedienstation weitere Elemente: Die Haptik der optimierten Tastatur ist durchaus mit einer Bürotastatur vergleichbar. Allerdings erfüllt sie, wie das gesamte Bedienpanel, Schutzart IP54 und verfügt über ‚Sondertasten‘. Neben einem Trackball gibt es zum Beispiel auch eine 3D-Spacemaus, mit der sich CAD/CAM-Programme wie gewohnt bedienen lassen. Als Besonderheit stellt Frank die je nach Funktion individuell beleuchteten Tasten heraus: „Darüber verbessern wir die Benutzerführung, in dem wir nur die Tasten beleuchten, die in der aktuellen Situation verwendet werden können.“ Das vermeidet Fehlbedienungen und die zeitraubende Suche nach der richtigen Taste entfällt.

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Markus Frank, Produktmanager für den Bereich Grob-Net4Industry, bei der Markteinführung des Bedienterminals Grob4Pilot auf der EMO: „Das Bedienpanel ermöglicht es, verschiedene Funktionalitäten parallel zu erledigen. Im Ergebnis wird die Bedienung der Maschine beschleunigt und die Produktivität erhöht.“ Schubert

Bei der Entwicklung hat Grob besonderen Wert darauf gelegt, dass alle Bedienelemente dort platziert sind, wo sie nach Meinung der Bediener hingehören. Darüber hinaus lässt sich auch an die Bedienung durch Links- oder Rechtshänder anpassen. Das Bedienpanel hat zwei USB-Schnittstellen, eine für das Einlesen von Daten, die zweite für die Benutzerauthentifizierung. Darüber können verschiedene Berechtigungsstufen bei der Maschinenbedienung verwaltet werden, beispielsweise die Änderung von NC-Programmen auf einen Benutzerkreis mit der entsprechenden Qualifikation beschränken. „Insgesamt können wir mit dem Bedienpanel die Usability jetzt so gestalten, wie sie sich der Bediener der Maschine vorstellt und nicht wie es das NC-Bedienfeld des Steuerungslieferanten bislang vorgegeben hat“, so der Produktmanager.

Bei der Entwicklung des Grob4Pilot vertraute der Maschinenbauer auf das Know-how des Entwicklungspartners. Das Framework von Schubert System Elektronik ist den einzelnen Applikationen – sowohl der NC-Steuerung als auch den Grob-Net4Industry-Tools – überlagert und übernimmt deren Handling. „Bei der Auswahl des passenden Systems war uns besonders wichtig“, so Markus Frank, „dass wir auf offene Industriestandards setzen können.“ Auch die Wahl des Betriebssystems war wichtig: Beim Panel kommt Windows 10 Enterprise LTSB um Einsatz. Entscheidend war, dass mit Schubert ein Partner zur Verfügung steht, der alles aus einer Hand liefern und ein solches Projekt in dem engen Zeitrahmen realisieren konnte. Die Umsetzung ging für ein Projekt dieser Komplexität sehr schnell. „Rechtzeitig zur EMO im September, wo wir das Bedienkonzept erstmals vorgestellt haben, war alles fertig“, zeigt sich Markus Frank mit der Zusammenarbeit zufrieden.

Framework CGS

HMI auf den Leib schneidern

Das Human-Machine-Interface wird in der Bedienkonzeption von Maschinen und Anlagen zunehmend als integrales Element der Usability gesehen. Eine ganz entscheidende Rolle spielt die individuelle, optimale Anpassung an den jeweiligen Prozess und dessen spezielle Umgebung – nicht nur hinsichtlich der gerätetechnischen Seite, sondern gerade auch in Bezug auf die grafische Benutzerschnittstelle, in der eine Interaktion zwischen Benutzer und dem Embedded System stattfindet.
Sowohl die technologischen Voraussetzungen in der Hardware als auch die erforderlichen Komponenten in der Software bringt Schubert System Elektronik anwendungsspezifisch über das selbst entwickelte HMI-Framework CGS zusammen. Zum einen eröffnet heute die Widescreen-Multitouch-Technologie neue Möglichkeiten im GUI-Design (Graphical User Interface) und erlaubt damit grafische Konfigurationen zur Visualisierung von Abläufen. Zum anderen lassen sich  – jetzt aktuell in Kombination mit gestenbasierter Steuerung – interaktive Bedienszenarien zu einer komfortablen HMI-Menüführung realisieren: beispielsweise das Navigieren innerhalb von Prozessbildern, das Verändern von Daten und Werten, das Vergrößern von Kennlinien und Graphen.

CNC-Bedienung braucht
Multitasking/Multiscreen

Die Flexibilität in der GUI-Gestaltung zeigt stellvertretend eine CNC-Applikation: CNC-Bedienfelder sind heute in der Regel noch klassisch als eine 4:3-Visualisierung mit zusätzlicher Folientastatur ausgeführt. Grafische Bereiche ließen sich je nach Umfang und benötigter Fläche bisher nur durch überlappende oder wechselnde Fenster realisieren. Eine gleichzeitige Kontrolle über alle visualisierten Informationen war somit nicht gegeben. Mit den neuen Technologien können nun zum einen jene Funktionen, die bisher über Folien- bzw. Direkttasten abgedeckt werden, als Touch-Funktionen in das Display eingebunden werden. Und zum anderen lässt sich der Touchscreen im horizontal erweiterten 16:9-Displayformat in verschiedene Arrays unterteilen, die alles auf einen Blick dokumentieren: Die NC-Oberfläche ist direkt 1:1 übernehmbar – liegt also im gewohnten Format vor. Zudem lassen sich unmittelbar daneben und gleichzeitig weitere Touch-Felder individuell einfügen, beispielsweise ein File-Manager, Werkzeugverwaltung, Maschinenkamerabilder oder ein spezifisches Softkeyboard.

APP-Konzept: Das HMI
wächst mit seinen Aufgaben

Das Handling dieser konfigurierbaren, dynamischen Fensterverwaltung erfolgt softwaremäßig über den Prime Cube Windows-Manager. Dessen Grundlage bildet ein offenes HMI-Framework auf Qt-Basis, in das sich über Plug-Ins kundenspezifische Funktionen einbinden lassen. Zusätzlich können separate Applikationen, zum Beispiel Java-basierend, integriert werden.
Schubert hat dazu mehrere Module selbst entwickelt, darunter einen Viewer, der mehrere PDF-Dateien gleichzeitig anzeigt, einen Wechsel zwischen verschiedenen PDF-Dokumenten sowie Sprungfunktionen im PDF und Gestensteuerung in den Dokumenten unterstützt.
Das Add-on Smart Device Support, eine Windows App für die Kommunikationskanäle via Tablets und Smartphones, ermöglicht den Austausch von definierten und grafisch aufbereiteten NC-Informationen (Achs-Positionen, Job, Auftragsdaten). Über eine Chat-Box können Produktionsleitung und Maschinenbediener interaktiv kommunizieren. Außerdem unterstützt das Framework Kamerasysteme, um auf dem Bedienpanel Maschinenbilder aus dem Bearbeitungsraum oder aus dem Werkzeugmagazin anzuzeigen. Mittels VNC Viewer sind Anwendungen wie CAD, Auftragsverwaltung oder Simulation integrierbar.

Dr. Jörg Lantzsch

ist Fachjournalist in Wiesbaden

(sk)

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