Industrie 4.0 Von unerschlossenen Datenschätzen

Nils Graefe, 24.08.2015 00:00 Uhr
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Ein Monitoring und die Ferndiagnose der Druckgießmaschinen über angeschlossene Hardware bietet Frech schon lange, neuerdings liefert das Unternehmen seinen Kunden auch eine Software zum systemseitigen Fernzugriff, sagt Kai Kerber. Dabei geht es vor allem ums Energiesparen und die Echtzeit-Überwachung der Produktionsprozesse und des gesamten Produktionsumfeldes. Foto: Habermann / ZVW
Ein Monitoring und die Ferndiagnose der Druckgießmaschinen über angeschlossene Hardware bietet Frech schon lange, neuerdings liefert das Unternehmen seinen Kunden auch eine Software zum systemseitigen Fernzugriff, sagt Kai Kerber. Dabei geht es vor allem ums Energiesparen und die Echtzeit-Überwachung der Produktionsprozesse und des gesamten Produktionsumfeldes.Foto: Habermann / ZVW

Schorndorf. Die Bodenschätze der Industrie 4.0, das sind Daten. Doch Datenschürfer finden in vielen Branchen noch brachliegende Landschaften vor, in denen unerschlossene Potenziale schlummern. Der Traum von einer Produktionsanlage, die nur einen Ein- und Ausschalter hat, und den Rest löst die intelligente Maschine von alleine, ist verbreitet, weiß Kai Kerber, Leiter Ressourcen Management beim Schorndorfer Maschinenbauer Oskar Frech.

Solche „Sorglospakete“ als individuelle Komplettlösungen für den Zink-, Magnesium- und Aluminium-Druckguss seien bei der Oskar Frech GmbH + Co. KG zu haben – damit wirbt der Maschinenbauer auch. Und für Kunden, die mehr wollten, denen danach ist, die Produktionsprozesse zu überwachen und steuernd einzugreifen, auch für die hat Frech Hardware- und Softwarelösungen parat. Selbst zur Nachrüstung für Maschinen früherer Generationen. Denn Kopfsteuerungen der Maschinen mit IT-Anbindung an Industrie-PC (IPC) werden heute mehr und mehr nachgefragt, sagt Kai Kerber. Aber: Da ginge noch viel mehr.

„Noch spannender wäre nämlich nicht nur eine größere Vernetzung, sondern auch ein systematisches data mining (Daten-Schürfen) und die Identifizierung und Verbindung nutzbarer Daten, um aus der schieren Datenflut (big data) einen intelligenten Datenpool (smart data) zu erschaffen.“

Standardisierte Schnittstellen und die passende Software

Zu diesem Zwecke setzt das Unternehmen Frech auf standardisierte digitale OPC-UA-Schnittstellen und Ethernet-TCP-IP-Verbindungen zwischen den Maschinen und dem Steuerungs- und Überwachungs-System sowie zwischen den Bereichen der Druckguss-Produktionsanlagen. „So eine Anlage besteht zum Beispiel aus Druckgießmaschine, Werkzeug, Ofen, Temperierung, Dosier- und Sprühgerät, Entnahme oder auch aus nachgelagerten Entgratungs- und Veredelungseinheiten, um die Bauteile zum Beispiel zu verchromen.“

Mit dem OPC-UA-Standard forciert das Unternehmen zusammen mit dem Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) die Ablösung älterer Schnittstellenkonzepte. So wird auch die spezifisch für die Druckguss-Branche entwickelte Dispo-Schnittstelle, die vielerorts sogar noch per Ein-Bit-Festverdrahtung funktioniert, abgelöst. Der Vorteil der Standardisierung: Es wird branchenübergreifend eine einheitliche Protokollsprache gesprochen. „Das Ganze ist wie ein Bauchladensystem. Ich zeige alles, was du haben kannst – von Sensordaten bis hin zu den Einstelldaten der Maschinen –, und das Gegenüber kann sich aussuchen, was es verwerten möchte.“

Fehlt dann nur noch eine Software, die es Anwendern ermöglicht, den OPC-„Bauchladen“ auch zielgerichtet zu nutzen. Zusammen mit einer externen IT-Firma, der im Enzkreis beheimateten Econ Solutions GmbH, hat das Unternehmen Frech eine solche Software entwickelt. Sie ermöglicht ein umfangreiches Datenmanagement und stellt einen ersten Schritt in Richtung smart factory (intelligente Fabrik) dar.

Kai Kerber demonstriert die Software in einem Besprechungszimmer, von seinem Laptop über einen Beamer an die Leinwand geworfen. Es handelt sich um ein browserbasiertes Programm, das auch über das Internet, eine Cloudlösung und drahtlose Zugänge einsetzbar ist. „Es ermöglicht dem Anwender, sich, zentral zugeschaltet, alle Funktionen einer beliebigen Druckgießmaschine einer Linie anzuschauen.“ Über Klicks auf Reiter gelangt man zu allerlei grafischen Verlaufskurven, in die sich bis ins letzte Detail hineinzoomen lässt.

„Ich kann zum Beispiel Energiedaten, Qualitätsdaten oder Prozessparameter integrieren und Leistungs- und Zustandsanalysen vornehmen. Ich kann Produktionsdaten erfassen und auswerten. In den Daten kann ich beliebig surfen und mir den Energiebedarf einer Maschine und ihre Wirkleistung sowie jene ihres Ofens oder ihres Temperiergeräts anschauen.“ Ausschläge und Unterbrechungen werden offenbar. Wie reagiert zum Beispiel das Heiz-/Kühlgerät auf Unterbrechungen? Es reagiert mit höherer Aktivität. Und wenn produziert wird, kühlt es wieder eher. „Ich sehe in den Verlaufsdaten, zu welchem Zeitpunkt die Maschine stand und wann sie im Standby in Produktion läuft.“ Es lassen sich auch Erkenntnisse gewinnen über den Energieverbrauch bei welcher Schusszahl und über welche Zeit. Man kann den Verlauf von Pumpenschäden nachvollziehen; diese können über den Energiebedarf der Maschine erkannt werden, um dann geplant eine Reparatur oder einen Austausch einzuleiten, bevor die Pumpe ungeplant ausfällt.

Abweichungstoleranzen und Schwellenwerte

Heute sei es schon möglich, Abweichungstoleranzen in den Fertigungsprozessen innerhalb der Frech-Maschinen einzustellen. Alle Teile, die nicht innerhalb der Toleranzen liegen, werden aussortiert. Und es lassen sich auch schon länger lokal Schwellenwerte festlegen. Werden diese überschritten, folgt eine Warnung an den verantwortlichen Maschinenführer, zum Beispiel: Maschine 25, bitte Pumpe und Hydraulik überprüfen. „Auf Produktionssystemebene können das unsere Kunden mit unserem neuen Softwaretool nun für beliebige Daten unserer Druckgießmaschinen über eine zentrale Steuerung einstellen.“

Das Ziel ist eine prozessübergreifende Optimierung der Produktion und eine Reduzierung von Ausschussware, indem man das Gesamtsystem aufeinander abstimmt und in Echtzeit überwacht. Ganz am Ende könnte man den Druckgießmaschinen und Produktionssystemen ja vielleicht sogar beibringen, sich selbst zu optimieren oder zumindest Hinweise zu geben, was optimiert werden kann, am besten in Echtzeit. „Wir stehen noch ganz am Anfang und ich bin mir sicher, wir werden überrascht sein über die einen oder anderen Informationen, die in den Daten versteckt sind, und was für Möglichkeiten sich durch diese für uns eröffnen“, sagt Kerber.

Datenflut, Datenschutz, Vorbehalte

Was Energiedaten angeht, da sei es einfach: „Die geben die Kunden gerne her und lassen sich durch uns bei diesem vielschichtigen Thema beraten. Wir verleihen den Kunden Analysetools (Hard- und Software), damit sie mit diesen Erfahrung sammeln können.“

Allerdings wird der Mehrwert häufig nicht auf den ersten Blick erkannt: Wo ist der Unterschied zum einfachen Zähler? „Der liegt in der zeitlichen Auflösung der Daten, was Optimierungspotenziale sichtbar macht wie zum Beispiel für die Prozessoptimierung und präventive Instandhaltung“, sagt Kai Kerber.

Daten-Transparenz sei ein Geben und Nehmen. „Die gläserne Fabrik fordert Betreiber als auch Maschinenhersteller. Fehler werden sichtbar, ungenutzte Potenziale aufgedeckt und die Vergleichbarkeit von Prozessen und Maschinen wird auf Knopfdruck möglich. So werden beide Seiten permanent gefordert, weiter zu optimieren.“

Jedoch: Produktionsdaten zu erhalten, sei schon immer schwierig gewesen. Viele hätten Angst, dass ihre Daten bei der Konkurrenz landen. „Wir unterschreiben deshalb explizit Datenschutz- und Verschwiegenheitsklauseln, und dass wir Daten nicht weitergeben und diese nur zur Weiterentwicklung der Maschinen und Prozesse nutzen.“

Ein Problem ist natürlich auch die schiere Datenflut. 400 bis 500 Einstelldaten und Sensordaten pro Maschine und dies in einer Gießerei von vielleicht 60 Maschinen!? Die Datenmenge potenziert sich.

So wäre die erste Phase der Einführung eines produktiven Daten-Managements zunächst einmal, „Daten zu sammeln und zu lernen, welche Daten ich wofür brauchen kann und wie ich die ganzen Informationen miteinander verbinde und richtig deute“.

„In der zweiten Phase folgt die Festlegung, welche Daten ich nutzen möchte und speichern muss, welche Daten in Zusammenhang stehen. Ich kann nicht alles speichern, da bräuchte sonst jeder Mittelständler über kurz oder lang ein riesiges Rechenzentrum“, sagt Kerber.

 

Begriffserklärungen

Ethernet ist die in Deutschland mittlerweile meistverwendete digitale Datenaustausch-Technologie, über die Übertragungsformen, Kabeltypen und Stecker festgelegt werden können. Ethernet ermöglicht den Datenaustausch zwischen Geräten, die an ein Rechnernetzwerk (LAN) angebunden sind.

TCP/IP ist die Abkürzung für transmission control protocol/internet protocol und bezeichnet eine ganz bestimmte Familie von Netzwerkprotokollen.

OPC steht für open platform communication (offene Plattform-Kommunikation). Diese wird von einer gleichnamigen Stiftung propagiert, in der so namhafte Konzerne wie Siemens, Bosch oder SAP Mitglieder sind. UA (unified architecture) wiederum verweist auf eine einheitliche Datenarchitektur. In Europa setze sich der OPC-UA-Standard mehr und mehr durch, sagt Kai Kerber. „Man liest regelmäßig in den Fachzeitschriften, die oder die Firma habe nun auf OPC UA umgestellt.“

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