Intelligenz nachrüsten Mit Retrofit zu Industrie 4.0

Die wenigsten Unternehmen können eine perfekte Produktionshalle nach Maßstäben von Industrie 4.0 auf die grüne Wiese stellen. Das Problem haben Automatisierer und Softwarehäuser erkannt und offerieren Produkte zum Auf-, Nach- und Umrüsten.

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Trebing & Himstedt Prozeßautomation GmbH & Co. KG

Es kommt eher selten vor, dass eine Fabrik komplett neu geplant, errichtet und ausgestattet wird, um digitale Workflows umzusetzen und Maschinen zu vernetzen. Gerade der typische deutsche Mittelstand hat im Inland oft alte Standorte mit einem sehr heterogenen Maschinenpark – sowohl was das Alter als auch was die Hersteller angeht. Das stellt Unternehmen und Industrie-4.0-Dienstleister vor große Herausforderungen, denn Ziel ist, sukzessive alle Maschinen zu vernetzen und Prozesse zu digitalisieren.

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Deloitte Studie

Fortschritt in Industrie 4.0 eher schleppend

Oftmals wird dem Mittelstand pauschal unterstellt, er würde die digitale Transformation verschlafen oder sich mit der Umsetzung schwer tun. Betrachtet man sich die Studie „Industrie 4.0 im Mittelstand“ von Deloitte aus dem letzten Jahr, dann zeigt sich ein etwas differenzierteres Bild: So leben bereits 28 % der Unternehmen in einer vollständigen Vernetzung, mit 29 % allerdings fast ebenso viele ohne eine solche. Vielleicht ist das branchen- oder produktabhängig – das wurde nicht untersucht. Letztendlich geht es aber immer um zwei große Fragen, die zu beantworten sind:

• Wie lässt sich der bestehende Maschinenpark so auf- beziehungsweise umrüsten, dass sich die einzelnen Maschinen miteinander vernetzen lassen?

• Wie setzt man die Aufgabe, digitale Prozesse zu „installieren“, zeit- und kosteneffizient mit den vorhandenen Mitarbeitern um?

Eine große Herausforderung – auch in Zukunft – liegt in der unterschiedlichen „Lebensdauer“ von Mechanik und Software: So ist die Mechanik in Maschinen auf viele Jahre und Jahrzehnte ausgelegt, während Software und IT-Systeme schnell veralten. Um also nun eine veraltete Fabrik oder Fertigungslinie zu vernetzen und die Prozesse zu digitalisieren, müssen sowohl die Maschinen intelligent werden als auch deren Informationen und Daten in eine intelligente Software fließen, die daraus einen Mehrwert schafft. Auch bestehende Steuerungen müssen nach- beziehungsweise aufgerüstet werden. Daher ist es nicht verwunderlich, dass gerade ein großer Markt für Retrofit-Lösungen entsteht.

Sensoren vernetzen

Gerade Automatisierer haben die Lücke bereits entdeckt und bieten Produkte an, die sozusagen „Industrie 4.0 zum Nachrüsten“ ermöglichen sollen. Eine der ersten Hilfestellungen, um eine Maschine an die digitalen Möglichkeiten anzuschließen, war wohl die Smart-Bridge von Pepperl+Fuchs. Mit dem Adapter können ältere Sensoren nicht nur Prozessdaten an die Maschinensteuerung senden, sondern sie kommunizieren per Bluetooth auch mit den übergeordneten Informationssystemen. Diese werten dann alle relevanten Daten aus.

Dazu wird der Adapter in die Verdrahtung zwischen Sensor und Maschinensteuerung eingeschleift, von wo er sich die Sensordaten rückwirkungsfrei abgreift und eine drahtlose Verbindung zu einem mobilen Endgerät aufbaut. Einen eigenen Stromanschluss benötigt der Adapter nicht, er nützt die Energie, die über die Sensorzuleitung kommt. Die ausgelesenen Sensordaten werden auf einem Tablet oder Smartphone über die Smart-Bridge-App dargestellt. Über die App können Anwender auch die Einsatz­parameter der per Smart-Bridge angeschlossenen Sensoren ändern. Da der Datenaustausch über eine Bluetooth-Verbindung geschieht, muss weder eine zusätzliche Verkabelung angebracht noch die in Steuerung eingegriffen werden.

Komplett ohne Einbau funktioniert der Enlight Quick Collect von SKF, der allerdings auch eher die Arbeit von Instandhaltern erleichtern soll. Das Produkt besteht aus drei Komponenten: einem tragbaren Sensor, einem mobilen Endgerät und der Quick-Collect-App. Der Sensor erfasst Maschinendaten, wie Schwingungs- und Temperaturwerte, und überträgt sie mit herkömmlicher Mobilfunktechnik an ein Smartphone oder Tablet. Die dort installierte Quick-Collect-App führt eine Basisanalyse der Messungen in Echtzeit durch und informiert den Anwender umgehend über mögliche Probleme. Zudem speichert die App die gewonnenen Erkenntnisse für tiefergehende Analysen ab und ermöglicht das Weiterleiten entsprechender Infos.

Maschinen zum sprechen bringen

Auch das IoT-Gateway von Bosch Rexroth arbeitet ohne Eingriffe in die Steuerung. Trotzdem sollen sich mit ihm auch Jahrzehnte alte Bestandsmaschinen mit geringem Aufwand vernetzen lassen. Die unscheinbare Box besteht aus der Embedded-Steuerung Indracontrol XM, welche die Software des Gateways ausführt. Die Architektur basiert auf offener Software mit Linux als Betriebssystem und einer Java Virtual Machine, die das Bereitstellen von Java-Anwendungen ermöglicht. Über ein Sensorpaket von Bosch lassen sich in Echtzeit Prozessdaten, wie Temperatur, Druck, Vibration oder Stromverbrauch, erfassen. Dank integrierter Software-Apps, wie der Device- und der Processing-App, können Anwender das IoT-Gateway auf einfache Weise webbasiert anpassen.

Was das IoT-Gateway macht? Es sammelt diverse Sensor- und Steuerungsdaten und leitet sie an eine zentrale Datenbank zur Analyse. Das funktioniert auch bei älteren Steuerungen, ohne diese umprogrammieren zu müssen, ebenso bei Drittsteuerungen von Beckhoff, Siemens und Rockwell. Um nun aus den Daten Informationen oder Handlungsempfehlungen zu erhalten, werden sie mit vorhandenen IT-Systemen – beispielsweise MES oder spezieller Auswertesoftware – verbunden. Durch seine hohe Konnektivität kann das IoT-Gateway mit vielen übergeordneten IT-Systemen ebenso einfach kommunizieren wie mit Cloud-Plattformen.

Die Umsetzung einer solchen Digitalisierungs­anwendung hat Bosch Rexroth anhand der eigenen Motorenfertigung im Werk Lohr demonstriert und exemplarisch in fünf Schritte aufgeteilt:

1. Einflussgrößen festlegen: Um beispielsweise eine Maschine zu optimieren, sind bestimmte Parameter wichtig, welche die Produktqualität beeinflussen.

2. Auswahl und Nachrüsten der Sensorik: Für die Überwachung der Maschine erforderliche Informationen müssen von Sensoren erfasst werden, um Maschinenausfälle zu vermeiden.

3. Anbinden der Sensorik an das IoT-Gateway: Über das Gateway gelangen die gesammelten Sensordaten zu den übergeordneten IT-Systemen.

4. Anbindung der übergeordneten IT-Systeme: Mithilfe der Processing-App wird der Datentransfer festgelegt.

5. Verbesserungspotenziale erschließen: Aus den Daten lassen sich immer neue Maßnahmen ableiten, die Verbesserungen in der Fertigung bringen.

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