Bereit für Industrie 4.0

Technik/Pressen

Bessere Kenntnisse über Maschinen sind ein wichtiger Schritt in Richtung maximale Verfügbarkeit der Produktionsanlagen sowie mehr Flexibilität der Produktionsprozesse. Nidec Arisa brachte ein ehrgeiziges Industrie-4.0-Projekt auf den Weg.

02. Oktober 2018
© Arisa
Bild 1: Bereit für Industrie 4.0 (© Arisa)

Industrie 4.0 ist ein sehr umfangreiches Konzept, das auf der digitalen Umgestaltung industrieller Prozesse durch Verschmelzung der Automatisierungs-, Informations- und Kommunikationstechnologien beruht. Sein Ziel ist eine Steigerung der ›Intelligenz‹ und der Selbstständigkeit der Fabriken durch Vernetzung von Maschinen, Produktionsanlagen, Managementsystemen und so weiter über das Internet der Dinge (IoT) und durch Nutzung der von Sensoren übertragenen Maschinendaten zur Maximierung der Produktivität, Verbesserung der Produktqualität und flexibleren Serienfertigung individualisierter Produkte.

Eine der notwendigen Voraussetzungen für die Umsetzung dieses Ziels sind Maschinen, die in der Lage sind, Daten zu erfassen und zu übertragen, durch die ihr Zustand in jedem Augenblick des Prozesses festgestellt werden kann. Um den ordnungsgemäßen Anlagenbetrieb zu gewährleisten, sind in die Pressen und Servopressen von Nidec Arisa schon seit einiger Zeit zahlreiche Sensoren eingebaut, die Temperaturen, Kräfte, Schwingungen, Energieverbrauch, die verschiedenen Arbeitsgeschwindigkeiten der Maschine mit jedem Stanzwerkzeug, die Unterbrechungen der Presse und andere vom Kunden benötigte Parameter messen. 

Die Daten können sowohl vom Kunden zur Einstellung eines optimalen Maschinenverhaltens als auch von den Technikern des Unternehmens für Ferndiagnosen genutzt werden – sofern dies vom Kunden gewünscht wird. »Aufgrund ihrer herausragenden Automatisierung und Konnektivität sind unsere Pressen für den Betrieb in einer Industrie-4.0-Umgebung bereit«, bestätigt Diego Ariznavarreta, kaufmännischer Leiter des spanischen Unternehmens. 

Mit einem ehrgeizigen Industrie-4.0-Projekt zur Entwicklung einer Software, die die von den Sensoren bereitgestellten Daten noch besser nutzen kann, unternimmt Nidec Arisa einen weiteren Schritt zur digitalen Wende. »Unser Hauptziel besteht darin, möglichst viele Informationen von den Maschinen zu erhalten, um sie effizienter und produktiver zu machen, so dass der Kunde einen vollständigen Überblick über die Produktionsphasen jedes Werkstücks hat«, erläutert Paloma Maisterra, Forschungs- und Entwicklungsingenieurin bei Nidec Arisa und Leiterin des am Projekt tätigen Ingenieurteams. Bereits seit einiger Zeit erweitert das Unternehmen durch Neueinstellungen seine F+E-Abteilung, um so ehrgeizige Projekte wie die Programmierung dieser eigenen Software umsetzen zu können.

Eine eigene Industrie-4.0-Lösung

Das Projekt ist in zwei strategische Entwicklungsphasen gegliedert: Sensorisierung und Big Data. In der ersten Phase werden alle mit der Produktivität und der Effizienz der Pressen zusammenhängenden Daten gesammelt und bewertet, um die vorbeugende Wartung zu erleichtern und Energieeinsparungen zu ermöglichen. Ausgehend von Beschleunigungsmessungen an kritischen Maschinenelementen werden die verschiedenen Bewegungen untersucht, um anomales Verhalten zu erkennen.

So können Korrekturmaßnahmen ergriffen werden, die die Lebensdauer der Komponenten verlängern und unnötige Stillstandzeiten vermeiden. Das Modul für vorbeugende Wartung dieser Lösung bietet die Möglichkeit zur Integration eines Wartungsplans, damit die Maschine selbst den Bediener über die Notwendigkeit von Instandhaltungsmaßnahmen benachrichtigen kann. »Einige gemessene Parameter sind die Temperatur, die Schwingungen, der Ölzustand usw., um zu überprüfen, dass die Lager, Achsen und Motoren ordnungsgemäß arbeiten«, erläutert Paloma Maisterra.

»Außerdem messen wir nun auch die von den einzelnen Maschinenteilen verbrauchte Energie, damit der Kunde Energiesparmaßnahmen ergreifen kann, beispielsweise die nicht verwendeten Komponenten ausschalten.« Die in die Pressen eingebauten Sensoren werden letztendlich vom Bedarf des Kunden bestimmt, der ebenfalls entscheidet, welche Algorithmen in seine Maschine aufgenommen werden sollen. 

Nidec Arisa liefert seinen Kunden nicht nur die Rohdaten, sondern auch die EDV-Werkzeuge für deren anschließende Analyse und Anzeige. Das ›Gehirn‹ der Industrie-4.0-Lösung ist ein kleiner Industrie-PC, der über den offenen echtzeitfähigen Ethernetstandard Profinet mit der Presse verbunden ist. Er sammelt die Daten direkt von den Sensoren oder über die SPS und die numerische Steuerung, filtert und analysiert sie mit intelligenten Algorithmen.

Nur die relevanten Daten (Alarmmeldungen, Hinweise und so weiter) werden per Kabel oder drahtlos an einen Server oder eine IoT-Plattform in der Cloud weitergeleitet, wodurch das zu übertragende Volumen gesenkt wird. Für das Hosting der Plattform nutzt das Unternehmen die mit einer sicheren VPN-Verbindung (Virtual Private Network) zugänglichen Cloud-Dienste eines der leistungsstärksten Unternehmen der Branche.

Daten bald im Internet lesbar

Gegenwärtig entwickeln die Ingenieure des Unternehmens eine Webanwendung, mit der sich die Benutzer an jedem Computer mit einem gängigen Internetbrowser und ihrem Passwort einloggen und die Daten sämtlicher mit der Cloud verbundener Maschinen einsehen können. Einer der Vorteile der Anwendung besteht darin, dass sie sich ebenso wie die Maschinen den Wünschen der Kunden anpasst. Die einfache und intuitive Schnittstelle lässt sich so konfigurieren, dass die relevantesten Parameter im Vordergrund angezeigt werden.

»Den Kunden werden verschiedene Optionen zur Verfügung gestellt, damit sie sich aussuchen können, was sie sehen möchten«, erläutert Paloma Maisterra. »Manche Kunden möchten beispielsweise die Geschwindigkeit der Presse und den Verbrauch vergleichen, um ihren Betrieb hinsichtlich des Energieaufwands zu optimieren« Nidec Arisa versteht die Entwicklung der Industrie-4.0-Lösung als Gemeinschaftsprojekt und bietet seinen Kunden Beratung über die je nach ihrem Bedarf nützlichsten Parameter für eine Messung. Deshalb verwirklicht das Unternehmen das Projekt in enger Zusammenarbeit mit dem jeweiligen Kunden, um für jeden Fall eine maßgeschneiderte Lösung zu bieten.

In Richtung virtuelle Maschinensteuerung

»Wir sind uns dessen bewusst, dass die Daten unseren Kunden gehören, allerdings ist die Möglichkeit der Einsichtnahme in einen Teil dieser – insbesondere technischen – Daten wesentlich, um von unseren Maschinen zu lernen und einen effizienteren Kundendienst bieten zu können. Wenn zum Beispiel ein Problem mit einem Stanzwerkzeug auftritt, erleichtert uns der Zugriff auf dessen Protokoll die Analyse der Ursachen und der möglichen zukünftigen Folgen«, erklärt Paloma Maisterra. Selbstverständlich entscheidet allein der Kunde, welche Daten er zur Verfügung stellen möchte.

Der Zugriff auf die Daten ist noch wichtiger für die zweite und ehrgeizigste Projektphase, die sich der Big-Data-Analyse widmet und dem Kunden die meisten Vorteile bietet. In gewisser Weise handelt es sich dabei um die Einrichtung einer virtuellen Maschinensteuerung zur Überwachung sämtlicher Produktionsparameter, um die Maschine mit der Fähigkeit zu versehen, Probleme zu erkennen und Korrekturmaßnahmen vorzuschlagen.

Sämtliche mit Profinet verbundenen Nebenanlagen der Presse (Entstapler, Förderanlagen und so weiter) können ebenfalls mit der neuen Anwendung verbunden werden. Die Organisation der Beschickung, des Transfers und des Transports der Formate ist allerdings nicht ihre Hauptfunktion, da das Unternehmen bereits über das spezifische Programm Optiservo verfügt, mit dem die Arbeit rund um die Servopresse und den Transfer simuliert und optimiert wird.

Nidec Arisa versteht Industrie 4.0 als ein Konzept, das über die einfache Datenüberwachung in Echtzeit zur Erleichterung der vorbeugenden Wartung hinausgeht: »Die in der ersten Phase gesammelten Daten sollen eingehender analysiert werden, um mögliche zukünftige Störungen der Presse vorhersagen zu können«, erläutert Paloma Maisterra. Die Presse soll zum Beispiel selbstständig in der Lage sein, dem Bediener bei einem von ihr festgestellten anomalen Parameter das Problem mitzuteilen oder eventuell auftretende Fehler sogar selbst zu beheben.

Dafür sind eine umfangreichere Datenbank, die aus mehreren Maschinen und der Kombination verschiedener Parameter gespeist wird, sowie ausgeklügeltere Datenanalyse-Werkzeuge zur Feststellung möglicher Wechselwirkungen erforderlich.

Maximale Produktivität gewährleisten

Die Ingenieure von Nidec Arisa haben inzwischen damit begonnen, Techniken der künstlichen Intelligenz, wie neuronale Netze, einzusetzen, um eine Reihe von Algorithmen zu entwickeln, die genauere Vorhersagen über den Betrieb der Maschinen ermöglichen. Die auf vorbeugende Wartung und Energieeinsparung ausgerichtete erste Version der neuen Industrie-4.0-Software wird Anfang des nächsten Jahres erhältlich sein.

»Damit treten wir voll und ganz in das Zeitalter der Digitalisierung ein, in dem der Servicequalität immer größere Bedeutung zukommt«, bekräftigt Diego Ariznavarreta. »Das ist entscheidend, um maximale Produktivität mit möglichst niedrigen Energiekosten zu gewährleisten, was sich direkt auf den Endpreis der Werkstücke auswirkt.«

Nidec Arisa verzeichnet bereits ein wachsendes Interesse der Kunden an der neuen Anwendung. Viele fragen sich, ob sie ihre bestehenden Anlagen für Industrie 4.0 nachrüsten können. Diese Möglichkeit sei vom Alter und von den Merkmalen der Maschinen und ihrer Elektronik abhängig, antwortet Diego Ariznavarreta. Er betont, dass das Unternehmen Aktualisierungen der elektrischen Anlagen der Maschinen anbiete, in die Industrie-4.0-Geräte integriert seien. Der Anschluss von Maschinen anderer Hersteller an die Industrie-4.0-Umgebung ist derzeit nicht vorgesehen

Michael Wendenburg

Fachjournalist aus Sevilla

Euroblech Halle 27, Stand K81

Hintergrund

Mit über 70 Jahren Erfahrung auf dem Markt ist Nidec Arisa einer der wichtigsten Lieferanten von mechanischen Pressen, Transferpressen und Servopressen für den weltweiten Automobilsektor. Ihr Sitz befindet sich in Spanien, wo alljährlich etwa 30 Pressen verschiedener Größen hergestellt werden.

Seit letztem Jahr gehört das Unternehmen zur Pressen- und Automatisierungsabteilung der Nidec-Gruppe, Nidec Press & Automation. Zusammen mit ihren Schwesterunternehmen Nidec Minster, Nidec Kyori und Nidec Vamco bietet Nidec Arisa eine Komplettlösung für den Automobilsektor. Arisa beschäftigt gegenwärtig 208 Angestellte und hat ein neues, 25.000 Quadratmeter großes Werk mit modernster Automatisierungstechnik für die Herstellung immer größerer Pressen und Servopressen eingeweiht.

Einer der Meilensteine ihrer jüngsten Geschichte war die Entwicklung der größten Servopresse der Welt mit 45.000 Kilonewton Presskraft und über neun Metern langen Werkzeugen. Sie ist im Werk von Gestamp in Bielefeld installiert.

Erschienen in Ausgabe: 06/2018

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