Die Fabrik der Zukunft wird mobil

Der Elektrotechnikspezialist Weidmüller stellt ein System für das Monitoring von Automatisierungsgeräten und Fertigungsprozessen vor, das ihren Zustand durchgängig transparent macht und in dem die Energieflüsse und andere zentrale Daten aus der industriellen Produktion zusammenlaufen. Gleichzeitig werden diese Informationen für den Anlagenbetreiber auf mobilen Endgeräten dargestellt.

05. November 2014

Erst vor wenigen Monaten hatte Weidmüllers sogenannter Demonstrator für die energieeffiziente Prozessoptimierung für Aufsehen auf der Hannover Messe gesorgt: Der Demonstrator ist mit Hilfe eines kommunikationsfähigen Signalwandlers in der Lage, analoge Maschinendaten zu digitalisieren und so fit für die „Smart Factory“ – das Kernelement der Industrie 4.0 – zu machen.

Sämtliche Maschinendaten, gewonnen aus zahlreichen Sensoren an und in der Maschine, werden digitalisiert, vereinheitlicht und – graphisch aufbereitet – im Netz der Fabrik verfügbar gemacht. Damit werden die Daten auf einen Blick erfassbar, können interpretiert werden und dienen als Basis für die Anpassung des Produktionsprozesses. Einziger Nachteil: Die Daten standen bislang nur stationär zur Verfügung.

Jetzt ist es den Entwicklern gelungen, Informationen über Energieflüsse, Temperaturen, Stückzahlen usw. mit Hilfe aktueller Webtechnologien auf mobile Endgeräten zu bringen. Dies funktioniert ganz unabhängig vom Endgerät und vom Betriebssystem, da die Informationen durch den Browser dargestellt werden.

Diese Innovation wird die Arbeitswelt vieler Mitarbeiter aus produzierenden Unternehmen nachhaltig verändern und erleichtern. Gleichzeitig versetzt diese Einrichtung den Maschinenbetreiber in die Lage, seine Anlagen und Prozesse vollständig transparent zu überwachen, Anlagenstillstände zu vermeiden und seine Prozesse konsequent zu optimieren. Das betrifft z.B. Qualität, aber auch die Materialeffizienz und den Energieverbrauch und ist eine wesentliche Grundlage für ihre Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit.

Jeder Mitarbeiter erhält die für ihn wichtigen Daten

Zentrale Neuerung für die Mitarbeiter: Zwar lagen auch schon in den vergangenen Jahren grundsätzlich solche Daten im Netz vor. „Doch nun sind wir in der Lage, Daten im genau erforderlichen Umfang zur Verfügung zu stellen, z. B. dem Energiemanager ausschließlich diejenigen Daten auf dem Tablet oder Smartphone anzuzeigen, die er für seine Arbeit benötigt – für die gesamte Maschine, und bei Bedarf bis hin zum einzelnen Aggregat“, sagt Dr. Jan Stefan Michels, Leiter der Technologieentwicklung bei Weidmüller.

Zudem sind die Daten nun räumlich vollkommen unabhängig und unmittelbar verfügbar: „Mitarbeitern in der Produktion, der Auftragsbearbeitung oder dem Einkauf übermitteln wir exakt diejenigen Kennzahlen z.B. auf ihr Tablet, die sie speziell für ihre Arbeit brauchen. Für Einkaufsmitarbeiter laufen die Daten der Maschinen dabei so auf ihrem Tablet zusammen, dass sie Nachbestellungen von Rohstoffen auch einfach unterwegs oder aus dem Homeoffice steuern können.“

Neben diesem Zugewinn an räumlicher Flexibilität steigt mit der Verfügbarkeit der Daten auf mobilen Endgeräten außerdem die Möglichkeit, schneller zu reagieren. Und natürlich können Änderungen an der Einstellung der Maschine auch weiterhin manuell und vor Ort erledigt werden.

Sensoren schaffen Chance auf Mehrwert

Der auf der Hannover Messe gezeigte Demonstrator wurde zudem um Sensoren ergänzt, die u. a. Energieverbrauch, Wärmeabgabe, Arbeitstemperatur und andere Werte messen. Mit diesen Informationen können Unternehmen die Effizienz und Qualität in der Produktion noch weiter steigern und echten Mehrwerte liefern.

Im Zentrum stehen zwei Leistungen: Erstens ermöglicht der Demonstrator samt Sensoren und mobilem Endgerät ein hocheffektives Energiemanagement. Mit Hilfe der gewonnenen Daten können Produktionsprozesse optimiert und Verbräuche gesenkt werden, Unternehmen produzieren energieeffizienter und somit auch nachhaltiger. Außerdem ist ein Energiemanagement auch eine der Voraussetzungen, um in den Genuss von Steuererleichterungen beim EEG zu kommen.

Condition Monitoring

Die Aufzeichnung und Analyse von Daten in einem bis dato nicht verfügbaren Umfang und Detaillierung aus einzelnen Maschinen und ihren Komponenten ermöglicht außerdem Rückschlüsse über die genauen Arbeitsprozesse, beispielsweise einer Spritzgussmaschine. So werden aus Maschinendaten durch intelligente Algorithmen und die Interpretation des Mitarbeiters Zustandsinformationen.

Es ist auch möglich, je nach Datenlage entsprechende Optimierungsmaßnahmen einzublenden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn Daten aus mehreren Sensoren gleichzeitig interpretiert werden müssen. Die Überwachung der Maschinendaten mit Hilfe der IT ermöglicht gleichzeitig eine Diagnose, das so genannte Condition Monitoring.

„Mit den zusammengetragenen Daten fällt es leichter, Zusammenhänge zwischen den einzelnen Variablen zu erkennen und so Fehler in der Maschine zu entdecken, bevor sie Auswirkungen haben“ erklärt Dr. Carlos Paiz, Technologienentwickler bei Weidmüller. Aufbauend auf der Zustandsdiagnose kann die IT sehr genau prognostizieren, wann die nächste Wartung der Maschine ansteht – Anlagenausfälle und damit Stillstandszeiten können so konsequent vermieden werden.

Für diese „Preventive Maintenance“ ist der Mitarbeiter nicht mehr an Ihren stationären PC gebunden, was weitere Effizienzpotenziale bedeutet. Für den Energiemanager entfallen künftig seine regelmäßigen und zum Teil unnötigen Maschinenchecks vor Ort; er kommt nur noch, wenn sich ein Problem abzeichnet. „Dies spart erhebliche Ressourcen und steigert die Verfügbarkeit der Maschinen“, so Paiz.

Industrie 4.0: Telekommunikation mit Maschinenbau verbinden

Weidmüllers Beitrag für den Fortschritt zur Industrie 4.0 besteht aktuell darin, Technologien und Endgeräte aus der Telekommunikation mit Daten aus Produktionsmaschinen miteinander zu „verheiraten“. Beide Welten sind sehr unterschiedlich: Tablets und Smartphones haben meist eine „Lebensdauer“ von einem oder zwei Jahren. „Produktionsmaschinen werden hingegen für einen zehnjährigen Einsatz gebaut oder noch länger.

Zudem ändern sich mit mobilen Endgeräten viel häufiger die Schnittstellen für den Datenaustausch“, sagt Thomas Peter, Leiter der Business Unit Control and Instrumentation bei Weidmüller. Weidmüllers Entwicklungsansatz legt deshalb einen Schwerpunkt auf das Backend, also die Maschinen. Ihre Daten werden per Industrial Ethernet in die Cloud geschickt. Energiemanager, Instandhalter und Produktionsmitarbeiter können so zeit- und ortsunabhängig auf die Daten in der Cloud zugreifen – und das unabhängig von ihrem Endgerät.

„Wir setzten auf Standardtechnologien wie OPC UA und aktuelle Web-Technologien, indem wir über den jeweiligen Browser des Endgeräts auf eine Online-Plattform zugreifen, wo wir die Datenströme aus allen Sensoren an den Maschinen zusammenlaufen lassen. Wir verzichten auf den Zugriff über eine spezifische App und sind deswegen unabhängig von den Betriebssystemen der Endgeräte“, berichtet Dr. Markus Köster aus der Technologieentwicklung bei Weidmüller.

„Verbindung von TK und Maschinen in 2 Jahren etabliert“

„Industrie 4.0 hat längst den Hype hinter sich gelassen und ist zum Megatrend der europäischen Produktion geworden“ sagt Entwicklungschef Dr. Michels. Die Verschmelzung von Telekommunikation und Maschinentechnik wird sich daher in den nächsten zwei Jahren in der produzierenden Industrie etablieren. „Das Iphone hat es vorgemacht: Sind Hardware und Infrastruktur erst da, ergeben sich Anwendungen mit der Kreativität der Nutzer von selbst“, berichtet Köster aus seiner Erfahrung.

Die Integration mobiler Endgeräte in die Fabrik der Zukunft hat noch einen weiteren Vorteil: Alle modernen Geräte verfügen heute über Scanner, mit denen Informationen wie etwa Rohstoff-, Produkt- oder Maschinendaten über z.B. einen QR-Code kurzfristig abgerufen werden können. Dies erspart Wege und Recherchen im Archiv.