03.03.2020

Smart-Maintenance-Retrofit für Bestandsmaschinen

Durchgängige Datenintegration

Innerhalb eines Gemeinschaftsprojekts des Marktplatz Industrie 4.0 zeigen die Unternehmen SQL Projekt, Pickert & Partner und Sys Tec Electronic, wie die Potenziale des Industrial IoT vollständig ausgeschöpft werden können. Der Use Case fokussiert eine Industrie-4.0-Lösung für Bestandsmaschinen.


Innerhalb eines Gemeinschaftsprojekts des Marktplatz Industrie 4.0 entwickelten die Unternehmen SQL Projekt, Pickert & Partner und Sys Tec Electronic eine Industrie-4.0-Lösung als Retrofit für Bestandmaschinen.
Bild: Marktplatz I4.0 e.V.

Die digitale Transformation in Unternehmen beinhaltet die Digitalisierung der Schnittstellen zwischen Auftragsverwaltung und Produktion. So kann ein durchgängig konsistentes Zustandsbild der Fertigung bis in das ERP-System in Echtzeit entstehen. Präzise Kapazitätsplanungen und eine verbindliche Kundenkommunikation werden ermöglicht. Doch der Use Case geht noch darüber hinaus: Mit zusätzlicher Sensorik und einer MES-Lösung für die Erkennung abweichender Prozesswerte (Anomalien) lassen sich die Qualität der gefertigten Produkte steigern, die Produktion fehlerhafter Teile reduzieren sowie Ausfälle von Maschinen- und Anlagenteilen verhindern. Für diesen Retrofit-Use-Case haben drei Unternehmen ihre Kernkompetenzen gebündelt. Eine Bestandsmaschine wurde mit zusätzlicher Sensorik nachgerüstet, um mittels Körperschallanalyse und entsprechender Datenvorverarbeitung in der Edge-Ebene (Sys Tec Electronic) Anomalien frühzeitig zu erkennen. Eine MES/CAQ-Lösung mit Fokus auf einer Null-Fehler-Produktion (Pickert & Partner) deckt Verbesserungspotenziale auf. Der Schnittstellen-Server Transconnect (SQL Projekt) übernimmt die übergreifende Datenintegration, aggregiert alle relevanten Daten und stellt sie den Systemen zur richtigen Zeit im richtigen Format zur Verfügung.

OT- und IT-Ebene nahtlos verbinden

Der nächste Arbeitsauftrag sowie aktuelle Prozess- und Umgebungsdaten werden in der Produktion papierlos auf einem Tablet angezeigt. Der nächste Auftrag errechnet sich aus dem vorhandenen Auftragsvorrat, den jeweiligen Lieferfristen, den aktuell verwendeten Werkzeugen zur Reduzierung der Rüstzeiten sowie der in den Materialpuffern vorhandenen Materialien. Die Auftragsdaten sowie die relevanten Prozessdaten und Kennzahlen werden allen Systemen entlang der gesamten Automatisierungspyramide bereitgestellt. Somit können z.B. die passende Auftragsreihenfolge auf der ERP-Ebene berechnet oder bereits in der Edge und während der Fertigung Validierungen vorgenommen werden, die die Qualität erhöhen und Fehlproduktionen reduzieren.

Qualitätssicherung im Fokus

Barcode-Scanner an der Maschine helfen den Werkern, die richtigen Materialien für einen Auftrag zu kommissionieren. Diese Informationen fließen in der MES/CAQ-Lösung zusammen, die auf dieser Datengrundlage die Auftragsdaten validiert und Qualitäts- sowie Güteparameter ableitet. Die Einbeziehung von Auftragsdaten bis in die Edge-Ebene und nachgelagerte Auswertungen ermöglichen es z.B., die Angebotslegung mit dem tatsächlichen Aufwand abzugleichen und auf dieser Basis weitere Anpassungen vorzunehmen.

Nachrüstung ermöglicht Smart Maintenance

Der Use Case sieht vor, die Maschinen mit verschiedenen Sensoren nachzurüsten. Diese überwachen z.B. die Temperaturen und die Schwingungen der Motoren sowie die Energieaufnahme der Antriebe. Basierend auf der langfristigen Aufzeichnung dieser Messwerte lassen sich Anomalien ermitteln, die auf Verschleiß hindeuten und entsprechende Wartungsprozesse auslösen. Dazu werden die Messdaten über einen relevanten Zeitraum aufgezeichnet und ausgewertet. Treten Ausreißer aus einem definierten Spektrum auf, stellt das eine Indikation für eine nötige Wartungsmaßnahme dar. Möglich ist es sogar, gleich automatisch entsprechende Wartungs- oder Lageraufträge auszulösen und mittels Push-Notification direkt an die Smart Devices relevanter Mitarbeiter zuzustellen.

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Umgebungswerte als Datengrundlage

Insbesondere bei der Fertigung von Präzisionsteilen haben Temperaturschwankungen einen signifikanten Einfluss auf die Qualität. Umweltsensoren werden daher in der Fertigungshalle nicht-invasiv an den relevanten Stellen auf Basis von Mesh-Netzen installiert, um z.B. die Lufttemperaturen zu überwachen. Die Messdaten fließen direkt in die Prozesssteuerung ein und werden für die Parametrierung der Maschinen, insbesondere aber zur Überwachung während der Fertigung, herangezogen. Schwanken die Temperaturen zu stark, können aufgrund von Materialausdehnung vorgegebene Toleranzen möglicherweise nicht mehr sichergestellt werden. Ein entsprechendes Ereignis löst in diesem Fall eine Alarmmeldung aus.

Energiemonitoring als zusätzlicher Nutzen Auf Basis der verfügbaren Datenlage können weitere Nutzeneffekte erzielt werden - vor allem beim Energiemonitoring und bei der Energieoptimierung. Ein bedeutender Hebel für die Kostenoptimierung ist der Energieverbrauch. Mit der intelligenten Verteilung von Lastspitzen, z.B. beim Anfahren von Maschinen, können Tarife verbessert und somit Kosten gespart werden. Zusammenfassung

Relevante Prozessdaten und Kennzahlen sowie wesentliche Auftragsdaten werden den relevanten Systemen entlang der gesamten Automatisierungspyramide bereitgestellt. Das sorgt für ein durchgängig konsistentes Zustandsbild in Echtzeit von der Sensor- bzw. Edge-Ebene der Fertigung bis in das ERP-System. Zu den wesentlichen Vorteilen gehören präzise Kapazitätsplanungen und eine verbindliche Kundenkommunikation, die Steigerung der Qualität der gefertigten Produkte und die Reduzierung fehlerhafter Teile, die vorausschauende Wartung sowie das Energiemonitoring und die Energieoptimierung.

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