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Bosch Connected Devices and Solutions
Case Study

Der smarte Werkstückträger

Belastungsmessung mit dem XDK

Einführung und Herausforderung

Cross Domain Development Kit XDK gehalten von einer Hand

Wie können wir die Belastung während der Produktion messen? Ingenieure, die Sauerstoffsensoren für Bosch herstellen, brauchten eine drahtlose Lösung, um festzustellen, wo unerwünschte Belastungen auftreten, die mögliche Schäden an Einzelteilen während der Produktion verursachen können. Dabei handelt es sich um Lambdasensoren zur Regelung von Gas- und Dieselmotoren. Unerkannte Abweichungen können die Sauerstoffsensoren während der Produktion beschädigen. Die Belastung ist eine der physikalischen Eigenschaften, die überwacht werden kann, um die Auswirkungen auf die Produktlieferung und die Sensorkosten zu kontrollieren.

Ansatz

Schwarz-weiß Nahaufnahme von MEMS Sensoren

Das Cross Domain Development Kit (XDK), das von Bosch Connected Devices and Solutions (BCDS) im Jahr 2016 eingeführt wurde, bietet eine drahtlose Lösung für dieses Problem. Das XDK enthält eine breite Palette mikroelektromechanischer Sensoren (MEMS) von Bosch Sensortec und Akustica, beides hundertprozentige Tochtergesellschaften der Robert Bosch GmbH. Sie sind Spezialisten für MEMS-Sensoren und Mikrofonlösungen mit dem Know-how, Verbraucherprodukte intelligenter und vernetzter zu gestalten. Das XDK ist nicht viel größer als eine Streichholzschachtel (60 x 40 x 22 mm), enthält eine Batterie und besteht aus den acht gängigsten Sensoren. Es kann über USB, Bluetooth oder Wi-Fi mit anderen Geräten verbunden werden. Durch die geringe Größe des XDKs, kann man es ohne Probleme auf dem Werkstückträger montieren.

Treiber für alle Systemkomponenten sind enthalten. Die Funktionalität des XDK kann mit Hilfe der mitgelieferten Erweiterungsplatine auch um neue Funktionen erweitert werden. Ein Betriebssystem ist bereits auf dem XDK installiert und einsatzbereit. Es basiert auf dem Open-Source-Betriebssystem FreeRTOS und ermöglicht Echtzeit-IOT-Anwendungen. Das XDK bietet die Möglichkeit, alle gewünschten Hardwarekomponenten über die mitgelieferte API zu nutzen.

Use Case

Fertigungsingenieure, die für Bosch in South Carolina arbeiten, baten um Unterstützung bei der Verbesserung der Belastungsmessung in der Produktion von Sauerstoffsensoren. "Sie hatten lediglich ein kabelgebundenes Messsystem mit Geräten von National Instruments, das über USB mit einem Laptop verbunden war", erklärt Joe Nater, Entwicklungsingenieur bei Robert Bosch.

"Unsere Aufgabe war es, das verkabelte System auf ein drahtloses System umzustellen. Das Bosch XDK erwies sich als die beste Lösung, da es auf einen Werkstückträger passt und leicht integrierbar ist."

Joe Nater, Entwicklungsingenieur bei Robert Bosch

Das Bosch XDK wird auf dem Werkstückträger (einer Schale, die die Teile während der Produktion sichert) installiert, um die Belastung während der Produktion von Sauerstoffsensoren zu messen. Vier handelsübliche Dehnungsmessstreifen werden während der Fertigung am Bauteil montiert. Diese Geräte werden über einen Adapter an den Erweiterungsport des XDK angeschlossen.

Softwareseitig wird ein Datenstreamer-Programm auf der XDK Workbench zur Datenverarbeitung verwendet. Die Daten werden drahtlos vom intelligenten XDK Werkstückträger an eine iPhone-App übertragen.

Das Messsystem wird weiterentwickelt. "Einer der nächsten Schritte wird die Integration von zwei E/A-Kanälen anstelle eines Kanals sein, ohne Verzögerung bei der Datenübertragung", so Travis. "Mit den Einschränkungen der niedrigen Abtastrate werden wir erkennen, ob alle wichtigen Daten erfasst werden. Danach werden wir dem XDK-Entwicklungsteam Feedback geben, um die bestmögliche Lösung zu implementieren."

Die Rolle von Bosch Connected Devices and Solutions

Als innovatives Unternehmen kann Bosch Connected Devices and Solutions (BCDS) auf umfangreiche Erfahrungen mit Sensoren und Softwarelösungen zurückgreifen. Durch die Kombination unserer Expertise mit Partnern aus verschiedenen Geschäftsbereichen wie Bosch Sensortec und Akustica ermöglichen wir neue Wertvorstellungen und neue Wege der Wertschöpfung.

Mit dem XDK bietet BCDS eine skalierbare All-in-one Hardware-Plattform mit gebrauchsfertiger Software. Es ist keine Komponentenauswahl, Hardwareauswahl, Hardwaremontage oder Bereitstellung eines Echtzeitbetriebssystems erforderlich. Treiber für alle Systemkomponenten sind enthalten.

Darüber hinaus bietet BCDS mit der XDK Workbench eine Entwicklungsplattform, die jeder Käufer des XDK kostenlos herunterladen kann, sowie typische Anwendungen und eine User-Community.

Der intelligente, kostengünstige XDK Werkstückträger bietet eine drahtlose Technologie zur Belastungsmessung. Der kleine Formfaktor des XDK ist ein weiterer wichtiger Grund für die Wahl dieser Lösung.

Lösungsansatz und Vorteile

Cross Domain Development Kit XDK montiert an Maschine

In diesem Anwendungsfall bestand die Motivation darin, eine drahtlose Anwendung zu entwickeln, die die Belastung, die Produktlieferung, die Produktkosten und die Produktnachhaltigkeit während der Produktion überwacht. Derzeit liegt der Arbeitsschwerpunkt auf der Belastungsmessung bei der Herstellung von Sauerstoffsensoren. Der intelligente Werkstückträger kann aber auch für andere Produkte eingesetzt werden, um weitere physikalische Eigenschaften im Zusammenhang mit Produktschäden zu überwachen, indem der richtige Signaleingang über den externen Anschlussblock zur E/A geführt wird.

Das XDK kann somit als Predictive Maintenance- und Teileschutz-Tool mit Hilfe historischer Datenerfassung eingesetzt werden. Dies ist der erste Schritt zu einem intelligenteren Fertigungsprozess, bei dem Daten zur Optimierung der Produktion genutzt werden. Neben der Messung der physikalischen Eigenschaften von Produkten kann das XDK auch zur Fehlersuche in den verschiedensten Anwendungen eingesetzt werden. Mit Hilfe der verschiedenen Sensoren ist es möglich, eine große Menge an sicherheitsrelevanten Daten zu erfassen.

Fazit

Dieser Anwendungsfall, bei dem die Produkteigenschaften während der Produktion überwacht werden, zeigt das Potenzial des XDK als Instrument für intelligente Fertigungsanwendungen. Profitieren Sie von dieser Lösung, indem Sie das XDK zur Messung weiterer physikalischer Eigenschaften oder zur Optimierung der Instandhaltung von Produktionsanlagen einsetzen. Die Anpassung der Produktionsprozesse an die Anforderungen neuer Produktlinien kann durch die Erfassung großer Datenmengen beschleunigt und individuell angepasst werden. Dies kann die Produktqualität und Rentabilität der Produktionslinien verbessern. Der Herstellungsprozess wird intelligenter, sicherer und auch umweltverträglicher. Die erhöhte Flexibilität und Anpassungsfähigkeit wird es den Herstellern ermöglichen, die dynamischen, globalen Märkte von heute besser zu bedienen.

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Der intelligente Werkstückträger (EN)

Belastungsmessung mit dem XDK

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