Digitalisierung von Produktionsanlagen
Einfach in die Cloud
Wie kann eine existierende Produktionsanlage digitalisiert werden? Das ist eine zentrale Frage zur vertikalen Integration, die sich viele produzierende Unternehmen beim Nachrüsten ihrer bestehenden Brownfield-Anlagen stellen. Das Partnerkonsortium der SmartFactory-KL-Industrie-4.0-Produktionsanlage stellt verschiedene Lösungen auf dem Gemeinschaftsstand von SmartFactory-KL und dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) auf der Hannover Messe aus.
Bild: SmartFactory-KL/A. SellVerschiedene Edge Devices kommen zum Einsatz, technisch unterschiedlich aufgebaut, ist ihre Aufgabe jedoch dieselbe: Sie sammeln Zustandsdaten der Produktionsmaschinen, die sie mittels OPC UA über die bestehende Integrationsschicht an eine Cloud-Plattform verarbeitet weiterleiten. Durch die smarte Datenauswertung können Rückschlüsse auf den Zustand der Anlage gezogen und z.B. Wartungsarbeiten bedarfsgerecht eingeleitet werden. Die Industrie-4.0-Anlage des SmartFactory-KL-Partnerkonsortiums ist für die vertikale Integration ausgelegt, was dieses Jahr einen Schwerpunkt des Auftritts auf der Hannover Messe darstellt. Wurden an der Anlage verschiedene Zustände wie Energieverbräuche bisher in den extern angeschlossenen Infrastrukturboxen gemessen, so können jetzt Zustandsmessung und Datensammlung in den Modulen direkt erfolgen.
Herstellerübergreifender Ansatz
An der Industrie-4.0-Anlage sind mehrere Edge-Device-Lösungen eingebaut. Dabei wird der herstellerübergreifende Ansatz, auf dem die Anlage basiert, bewahrt, denn Edge Devices verschiedener Hersteller kommen zum Einsatz. An der Schnittstelle zur Steuerung, dem South-Bound Interface, haben die Partnerunternehmen unterschiedliche technische Ausführungen realisiert. In allen Fällen sorgen zusätzlich implementierte Sensoren dafür, dass Zustandsdaten wie Durchfluss von Druckluft bei pneumatischen Aktoren, Energieverbrauch von elektrischen Verbrauchern oder Steuerungsdaten gemessen werden. Allen Lösungen gemein ist jedoch, dass ihre IT-Schnittstelle, das sogenannte North-Bound Interface, einheitlich über OPC UA angeboten wird.
Bild: SmartFactory-KL/A.SellWägemodul zur Qualitätssicherung
Ein Beispiel für den Einsatz von Edge Devices findet sich am Wägemodul zur Qualitätssicherung. In diesem Produktionsmodul wird ein individualisierter Visitenkartenhalter gewogen, um somit einen Rückschluss auf den korrekten Komponentenumfang zu ziehen. Es handelt sich hier um eine bestehende, ältere Waage, die weder Daten aufzeichnet noch OPC UA-fähig ist. Deshalb hat der Modulhersteller die bestehende Waage mit einem Edge Device nachgerüstet. Es liest die verschiedenen Zustandsdaten wie Temperatur, Über- und Unterlast sowie Stabilisierungszeit, die der Sensor erfasst, aus der Waage aus, zeichnet sie auf, verrechnet sie und fasst sie zu einer Zustandsmeldung via OPC UA an die Cloud zusammen.
Vertikale Integration und Edge Devices
Die vertikale Integration oder Digitalisierung von bestehenden Produktionsanlagen (Brownfield) wird durch das Nachrüsten mit Edge Devices einfach möglich. Die ohnehin vorhandenen Daten innerhalb der Steuerungen und Module werden von angebrachten Sensoren ausgelesen, über smarte Konnektoren gesammelt, in strukturierte Kommunikationswege gelenkt und in IoT-Plattformen oder Clouds zusammengeführt.
Modulares Safety-Konzept
Wie können Produktionsanlagen im Sinne des Plug&Produce flexibel und zugleich sicher umgebaut werden? Die Lösung ist ein erweitertes modulares Safety-Konzept. Modulare Zertifizierung wird somit von der Anlagen- bis zur Komponentenebene möglich und reduziert die Stillstandzeiten beim Anlagenumbau. Jeder Anlagenhersteller muss eine Konformitätserklärung abgeben und somit bestätigen, dass alle Gefahrenszenarien seiner Anlage beherrscht und die Mindestanforderungen an die Sicherheit erfüllt sind. Bei einer modularen Anlage der Zukunft kann die Konformität nach jedem Umbauvorgang nur dann zügig bestätigt werden, wenn ein modulares Zertifizierungskonzept die verschiedenen Anlagenvarianten vorab geprüft bereithält. Wird eine bereits im Vorfeld zertifizierte Anlagenkonfiguration gewählt, können somit lange Stillstandzeiten vermieden werden. Ein flexibles Transportsystem ist erstmals in das modulare Safety-Konzept der Anlage mit einbezogen. Fährt das FTS in den Zonenbereich einer Produktionslinie, wird es automatisch diesem Anlagenteil und folglich auch dieser Nothaltschleife zugeordnet.
5G in der Produktion
5G, die Mobilfunktechnologie der fünften Generation, wird hohe mobile Übertragungsraten ermöglichen; Experten rechnen mit bis zu 20GBit/s. Dabei kann die Übertragung in einem geschützten Band stattfinden, was besonders für Industrieunternehmen relevant ist. Ein weiteres Merkmal von 5G ist eine geringe Latenzzeit von weniger als 1ms, womit die neue Technologie nahezu in Echtzeit operiert. Mit der Möglichkeit, Funkmikrozellen einzurichten, bietet 5G geeignete Voraussetzungen für die Anwendung in industriellen Maschinen und Anlagen. Die Marktreife wird in zwei Jahren erwartet. Bis es soweit ist, kommen beispielhafte Anwendungen zu Demonstrationszwecken zum Einsatz, so auch von der SmartFactory-KL. Das Partnerkonsortium hat gemeinsam mit seinen Partnern am flexiblen Transportsystem (FTS) eine optische Qualitätskontrolle eingesetzt. Im Sinne des Retrofittings wurde das FTS mit einer Kamera ausgestattet. Während das Produkt, der Visitenkartenhalter, von einer Fertigungslinie zur nächsten gefahren wird, können nun die Produktqualität geprüft und somit die Totzeit des Logistikprozesses sinnvoll genutzt werden. Das Bild wird über 5G in die Cloud übertragen, wo es mithilfe einer Software ausgewertet wird. Das Ergebnis der Qualitätskontrolle wird an das Transportsystem übermittelt und die Navigation des FTS entsprechend geregelt: Ist alles in Ordnung, gelangt das Produkt an die nächste Fertigungslinie zur automatisierten Verarbeitung. Liegt hingegen ein Fehler vor, kann das Produkt an den Handarbeitsplatz zur manuellen Nachbearbeitung gefahren werden.
Wie kann eine existierende Produktionsanlage digitalisiert werden? Das ist eine zentrale Frage zur vertikalen Integration, die sich viele produzierende Unternehmen beim Nachrüsten ihrer bestehenden Brownfield-Anlagen stellen. Das Partnerkonsortium der SmartFactory-KL-Industrie-4.0-Produktionsanlage stellt verschiedene Lösungen auf dem Gemeinschaftsstand von SmartFactory-KL und dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) auf der Hannover Messe aus.
Bild: SmartFactory-KL/A. SellVerschiedene Edge Devices kommen zum Einsatz, technisch unterschiedlich aufgebaut, ist ihre Aufgabe jedoch dieselbe: Sie sammeln Zustandsdaten der Produktionsmaschinen, die sie mittels OPC UA über die bestehende Integrationsschicht an eine Cloud-Plattform verarbeitet weiterleiten. Durch die smarte Datenauswertung können Rückschlüsse auf den Zustand der Anlage gezogen und z.B. Wartungsarbeiten bedarfsgerecht eingeleitet werden. Die Industrie-4.0-Anlage des SmartFactory-KL-Partnerkonsortiums ist für die vertikale Integration ausgelegt, was dieses Jahr einen Schwerpunkt des Auftritts auf der Hannover Messe darstellt. Wurden an der Anlage verschiedene Zustände wie Energieverbräuche bisher in den extern angeschlossenen Infrastrukturboxen gemessen, so können jetzt Zustandsmessung und Datensammlung in den Modulen direkt erfolgen.
Herstellerübergreifender Ansatz
An der Industrie-4.0-Anlage sind mehrere Edge-Device-Lösungen eingebaut. Dabei wird der herstellerübergreifende Ansatz, auf dem die Anlage basiert, bewahrt, denn Edge Devices verschiedener Hersteller kommen zum Einsatz. An der Schnittstelle zur Steuerung, dem South-Bound Interface, haben die Partnerunternehmen unterschiedliche technische Ausführungen realisiert. In allen Fällen sorgen zusätzlich implementierte Sensoren dafür, dass Zustandsdaten wie Durchfluss von Druckluft bei pneumatischen Aktoren, Energieverbrauch von elektrischen Verbrauchern oder Steuerungsdaten gemessen werden. Allen Lösungen gemein ist jedoch, dass ihre IT-Schnittstelle, das sogenannte North-Bound Interface, einheitlich über OPC UA angeboten wird.
Bild: SmartFactory-KL/A.SellWägemodul zur Qualitätssicherung
Ein Beispiel für den Einsatz von Edge Devices findet sich am Wägemodul zur Qualitätssicherung. In diesem Produktionsmodul wird ein individualisierter Visitenkartenhalter gewogen, um somit einen Rückschluss auf den korrekten Komponentenumfang zu ziehen. Es handelt sich hier um eine bestehende, ältere Waage, die weder Daten aufzeichnet noch OPC UA-fähig ist. Deshalb hat der Modulhersteller die bestehende Waage mit einem Edge Device nachgerüstet. Es liest die verschiedenen Zustandsdaten wie Temperatur, Über- und Unterlast sowie Stabilisierungszeit, die der Sensor erfasst, aus der Waage aus, zeichnet sie auf, verrechnet sie und fasst sie zu einer Zustandsmeldung via OPC UA an die Cloud zusammen.
Vertikale Integration und Edge Devices
Die vertikale Integration oder Digitalisierung von bestehenden Produktionsanlagen (Brownfield) wird durch das Nachrüsten mit Edge Devices einfach möglich. Die ohnehin vorhandenen Daten innerhalb der Steuerungen und Module werden von angebrachten Sensoren ausgelesen, über smarte Konnektoren gesammelt, in strukturierte Kommunikationswege gelenkt und in IoT-Plattformen oder Clouds zusammengeführt.
Modulares Safety-Konzept
Wie können Produktionsanlagen im Sinne des Plug&Produce flexibel und zugleich sicher umgebaut werden? Die Lösung ist ein erweitertes modulares Safety-Konzept. Modulare Zertifizierung wird somit von der Anlagen- bis zur Komponentenebene möglich und reduziert die Stillstandzeiten beim Anlagenumbau. Jeder Anlagenhersteller muss eine Konformitätserklärung abgeben und somit bestätigen, dass alle Gefahrenszenarien seiner Anlage beherrscht und die Mindestanforderungen an die Sicherheit erfüllt sind. Bei einer modularen Anlage der Zukunft kann die Konformität nach jedem Umbauvorgang nur dann zügig bestätigt werden, wenn ein modulares Zertifizierungskonzept die verschiedenen Anlagenvarianten vorab geprüft bereithält. Wird eine bereits im Vorfeld zertifizierte Anlagenkonfiguration gewählt, können somit lange Stillstandzeiten vermieden werden. Ein flexibles Transportsystem ist erstmals in das modulare Safety-Konzept der Anlage mit einbezogen. Fährt das FTS in den Zonenbereich einer Produktionslinie, wird es automatisch diesem Anlagenteil und folglich auch dieser Nothaltschleife zugeordnet.
5G in der Produktion
5G, die Mobilfunktechnologie der fünften Generation, wird hohe mobile Übertragungsraten ermöglichen; Experten rechnen mit bis zu 20GBit/s. Dabei kann die Übertragung in einem geschützten Band stattfinden, was besonders für Industrieunternehmen relevant ist. Ein weiteres Merkmal von 5G ist eine geringe Latenzzeit von weniger als 1ms, womit die neue Technologie nahezu in Echtzeit operiert. Mit der Möglichkeit, Funkmikrozellen einzurichten, bietet 5G geeignete Voraussetzungen für die Anwendung in industriellen Maschinen und Anlagen. Die Marktreife wird in zwei Jahren erwartet. Bis es soweit ist, kommen beispielhafte Anwendungen zu Demonstrationszwecken zum Einsatz, so auch von der SmartFactory-KL. Das Partnerkonsortium hat gemeinsam mit seinen Partnern am flexiblen Transportsystem (FTS) eine optische Qualitätskontrolle eingesetzt. Im Sinne des Retrofittings wurde das FTS mit einer Kamera ausgestattet. Während das Produkt, der Visitenkartenhalter, von einer Fertigungslinie zur nächsten gefahren wird, können nun die Produktqualität geprüft und somit die Totzeit des Logistikprozesses sinnvoll genutzt werden. Das Bild wird über 5G in die Cloud übertragen, wo es mithilfe einer Software ausgewertet wird. Das Ergebnis der Qualitätskontrolle wird an das Transportsystem übermittelt und die Navigation des FTS entsprechend geregelt: Ist alles in Ordnung, gelangt das Produkt an die nächste Fertigungslinie zur automatisierten Verarbeitung. Liegt hingegen ein Fehler vor, kann das Produkt an den Handarbeitsplatz zur manuellen Nachbearbeitung gefahren werden.
Technologie-Initiative SmartFactoryKL e.V.
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN Hannover Messe 2018 - 17.04.18.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
