14.12.2018

Prüfstand und Automatisierung wachsen dank IoT zusammen

IoT for Test

Viel wurde auf dem VIP-Kongress 2018 über das Thema IoT bzw. I4.0 und Automatisierung diskutiert. Welche Vorteile IoT-Technologien für den Test&Measurement-Bereich bieten und welche Zusammenhänge es dabei zur Automatisierung gibt, wollte das SPS-MAGAZIN von Rahman Jamal, Business and Technology Fellow bei National Instruments, erfahren.


Vernetzte Intelligenz für automatisierte Tests.
Bild: National Instruments

Herr Jamal, warum taucht im Industrie-4.0-Umfeld bisher der Begriff Test wenig bis gar nicht auf?

Rahman Jamal: Die Diskussion um Industrie 4.0 scheint viel zu sehr um die Automatisierung von Maschinenanlagen und die altbekannten Feldbusse zu kreisen. Auch das neue disruptive TSN läuft Gefahr, in der langatmigen aus der Historie bekannten Feldbusdiskussion unterzugehen. Eine ganzheitliche Industrie-4.0- bzw. Digitalisierungsstrategie kommt aber kaum ohne Test- und Fertigungstestdaten aus. Warum? Sehen wir uns beispielsweise mal drei IoT-Bereiche an, die auf den ersten Blick nichts miteinander zu tun haben: kommerzielle IoT-Geräte, smarte Produktion (Industrie 4.0) oder smarte Mobilität (autonome Fahrzeuge). Allerdings haben alle diese Punkte die Gemeinsamkeit, dass zum einen immer mehr Funktionen in Software abgebildet werden und zum anderen Design und Testen dieser Anwendungen immer komplexer wird. Damit ist eine Industrie-4.0-Strategie ohne Einbeziehung von Test- und Fertigungstestdaten etwas salopp gesagt wie ein Auto ohne Räder.

Inwieweit profitiert das Testumfeld von IoT?

Jamal: Im Bereich der IoT-Plattformen und -Technologien aus dem kommerziellen Umfeld tut sich derzeit sehr viel. Auch dort gibt es Themen wie Data Management, Data Analytics, Visualisierung sowie Plattformentwicklungen, die sehr befruchtend für automatisierte Testanwendungen eingesetzt werden können. Zudem gibt es viele Ähnlichkeiten zwischen automatisierten Prüfständen und Maschinen. Beide sind vernetzt und erzeugen eine Vielzahl an Daten. Diese werden mit Data Analytics bewertet und damit eine Zustandsüberwachung und vorausschauende Wartung betrieben. Allerdings findet im Testbereich eine vorausschauende Wartung nicht nur im Hinblick auf das Produkt statt, welches getestet wird, sondern auch auf den Prüfstand selbst. Auch ein Prüfstand muss gewartet werden, sprich Auslastung des Prüfstandes usw. Beide Bereiche können also viel von den kommerziellen IoT-Plattformen lernen und entsprechend einsetzen.

Sie haben bei dem Thema Daten des öfteren von Data Ingestion gesprochen. Was ist das?

Jamal: Das Potenzial der Testdaten richtig auszuschöpfen, ist nicht ohne. Zum einen gibt es viele Datenformate und -quellen von unterschiedlichen Schnittstellen wie GPIB, VXI, LXI, PXI oder Datenerfassungskarten. Zum anderen sind die Daten oft in unterschiedlichen Standards und in Silos gespeichert und folglich nicht unternehmensweit verfügbar. Abhilfe schaffen hier Softwareadapter für Data Ingestion, also das Priorisieren, Validieren und sinnvolle Weiterleiten ankommender Datensätze.

Lassen sich kommerzielle IoT-Data-Analytics denn im automatisierten Test einsetzen?

Jamal: Handelsübliche Business-Analytics-Software ist für komplexe und mehrdimensionale Testdaten nicht ausgelegt. Es fehlen z.B. die gängigen Visualisierungsfunktionen für Tests und Messungen. Denken Sie an Augendiagramme, Smith-Diagramme, aber auch die ganz einfachen Sachen wie die Kombination analoger und digitaler Signale in einem Grafen. Sorgt man aber dafür, dass die Analytics-Software auf Testdaten ausgelegt ist, so ergeben sich viele Vorteile: Testdaten lassen sich mit Daten aus der Design- und der Fertigungsphase in Korrelation setzen. Zudem können die unterschiedlichsten Analysen durchgeführt werden - angefangen bei den einfachen Statistiken bis hin zu Algorithmen aus der künstlichen Intelligenz oder maschinellen Lernverfahren. Auch lassen sich gängige Werkzeuge wie Python, R und MATLAB in den Arbeitsablauf integrieren.

Um den Überblick in diesen Datenmengen zu behalten bietet NI SystemLink an. Was verbirgt sich dahinter?

Jamal: SystemLink ist eine Art Middleware zwischen einer Cloud, dem ERP-System und meinem Prüfstand. Es kümmert sich um Daten, die von den Prüfständen kommen, und entscheidet, welche Daten nach oben verteilt werden müssen. Es vereint dabei unternehmensweit die unterschiedlichen Themen wie System-, Daten- und Test-Softwaremanagement, die bisher gefehlt haben, wenn ich einen Prüfstand direkt an eine Cloud anbinden möchte. Aussagen ´vom Sensor bis zur Cloud´ sind meines Erachtens irreführend. Es werden niemals hunderte von Sensoren ihre Daten direkt an die Cloud schicken, sondern es muss bereits vorher festgelegt sein, welche Daten unten - also test- bzw. maschinennah - oder an der Edge bearbeitet werden und welche Daten nach oben transportiert werden. Die Bedeutung dieser Mittelschicht wurde bisher völlig vernachlässigt.

Bearbeitet SystemLink selbst Daten, um sie dann weiterzuleiten oder entscheidet es nur, welche Daten weitergeleitet werden?

Jamal: SystemLink hat unterschiedliche Funktionen. Es ist für die Verteilung von Prüfstandsdaten zuständig, aber auch für die Überwachung des ´Gesundheitszustands´ von verteilten Prüfständen. Man kann sich das wie ein Dashboard vorstellen, bei dem ich unterschiedliche Prüfstände und deren Auslastung sehe. Danach kann ich entscheiden, was ich wo weiterverarbeiten möchte. Wo sollen welche Daten unternehmensweit sichtbar sein, wo möchte ich meine Prüfstand- oder Softwarearchitektur nach oben verteilen. Um alle diese Punkte kümmert sich SystemLink.

Wie weit hilft dies weltweit agierenden Firmen?

Jamal: Prüfstände sind immer öfter weltweit verteilt im Einsatz, allerdings bisher meist noch nicht vernetzt. Das Potenzial von Testdaten wird aber so nicht ausgeschöpft, da die Daten nur isoliert existieren. Allerdings möchte ich zukünftig auch auf alle diese Daten zugreifen können, damit man sie mit denen aus Design, Fertigung oder Automatisierung korrelieren kann.

Wie lange wird es dauern, bis es IoT-Konzepte im Testumfeld gibt?

Jamal: Das ist eine interessante Frage. SystemLink ist ein neues Produkt, das wir offiziell im Mai vorgestellt haben. Allerdings ist bei unseren größeren Testkunden das Produkt bereits seit einem Jahr im Einsatz. Deren Vision ist, dass Testverwaltung, Testmanagement und Asset Management integraler Bestandteil von Industrie 4.0 ist. Unser Produkt ermöglicht eine nahtlose Integration automatisierter Prüfstände in Industrie 4.0.

Wie weit sind Automatisierung und Prüfstand im IoT noch voneinander entfernt?

Jamal: Auf den ersten Blick scheinen die Bereiche der automatisierten Maschinen und der automatisierten Prüfstände nichts miteinander zu tun zu haben, aber in der Realität sind die Übergänge fließend. Eine Automatisierungsfirma redet über Maschinenautomatisierung, ein Messtechnikunternehmen über seine Mess- und Prüfkomponenten. Beim Anwender, der eine Fertigungsstraße baut, kommen aber beide Bereiche zusammen. Diese Zusammenführung muss nahtlos ineinander übergehen. Allerdings ist die bisherige Darstellung von Industrie 4.0 eine sehr auf die smarte Produktion mit den klassischen Feldbussen beschränkte Sichtweise, das heißt also eine von den Herstellern künstlich erzeugte Sicht der Dinge, die etwas suggeriert, was nicht der Realität entspricht.

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