Use Case: Prozessoptimierung

Prozessoptimierung durch Retrofit und durchgängiger Datenintegration

Die Potenziale der Industrial IoT vollständig ausschöpfen — ein Gemeinschaftsprojekt

Der Use Case zeigt, wie das Industrial IoT mit den richtigen Kompetenzen konsequent auch an Bestandsmaschinen umgesetzt werden kann und welche Potenziale dabei freigesetzt werden.
 


Zusammenfassung

Relevante Prozessdaten und Kennzahlen sowie wesentliche  Auftragsdaten werden entlang der gesamten Automatisierungspyramide den relevanten Systemen bereitgestellt. Dies sorgt für ein durchgängig konsistentes Zustandsbild in Echtzeit von der Sensor- bzw. Edge-Ebene der Fertigung bis in das ERP-System mit folgenden Vorteilen:

  • präzise Kapazitätsplanungen und eine verbindliche Kundenkommunikation;
  • Steigerung der Qualität der gefertigten Produkte und Reduzierung fehlerhafter Teile;
  • Vorausschauende Wartung, noch bevor Maschinen- bzw. Anlagenteile ausfallen;
  • Energie-Monitoring und -optimierung.

Drei Firmen haben ihre Kernkompetenzen gebündelt und präsentieren einen gemeinsamen Retrofit-Use-Case, in dem eine Bestandsmaschine mit zusätzlicher Sensorik nachgerüstet wurde, um mittels Körperschallanalyse und entsprechender Datenvorverarbeitung in der Edge-Ebene (SYS TEC electronic AG) Anomalien frühzeitig zu erkennen. Ein MES-System mit Fokus auf Null-Fehlertoleranz (Pickert & Partner GmbH) deckt Optimierungspotenziale auf. Der Schnittstellen-Server TRANSCONNECT® (SQL Projekt AG) übernimmt die übergreifende Datenintegration, aggregiert alle relevanten Daten und stellt sie den relevanten Systemen zur richtigen Zeit im richtigen Format zur Verfügung.

Ein rundum gelungenes Gemeinschaftsprojekt im Marktplatz Industrie 4.0 e.V.
 
Prozessoptimierung durch übergreifende Datenintegration

Für ein durchgängig konsistentes Zustandsbild der Fertigung bis in das ERP-System in Echtzeit,  präzisiere Kapazitätsplanungen, aber auch für eine verbindliche  Kundenkommunikation werden nicht nur die Schnittstellen zwischen Auftragsverwaltung und Produktion digitalisiert, sondern auch durch zusätzliche Sensorik und ein MES-System aufgrund der Erkennung abweichender Prozesswerte (Anomalien) die Qualität der gefertigten Produkte gesteigert und die Produktion fehlerhafter Teile drastisch reduziert sowie Ausfälle von Maschinen- und Anlagenteile verhindert.

Auf einem maschinennah verbrachtes Tablet werden in der Produktion papierlos der nächste Arbeitsauftrag sowie aktuelle Prozess- und Umgebungsdaten angezeigt. Der nächste Auftrag wird stets errechnet aus dem vorhandenen Auftragsvorrat, den jeweiligen Lieferfristen, den aktuell verwendeten Werkzeugen zur Minimierung der Rüstzeiten sowie der in den Materialpuffern vorhandenen Materialien.

Auftragsdaten, aber auch relevante Prozessdaten und Kennzahlen, werden allen Systemen entlang der gesamten Automatisierungspyramide bereitgestellt. Somit kann bspw. auf ERP-Ebene eine optimale Auftragsreihenfolge berechnet oder bereits in der Edge und während der Fertigung Validierungen vorgenommen werden, die die Qualität erhöhen und Fehlproduktionen reduzieren.
 
Qualitätssicherung und -optimierung

Barcode-Scanner an der Maschine helfen den Werkern, die richtigen Materialien für einen Auftrag zu kommissionieren. Diese Informationen fließen im MES-System zusammen, das auf dieser Datengrundlage die Auftragsdaten validiert und Qualitäts- bzw. Güteparameter ableitet.

Durch die Einbeziehung von Auftragsdaten bis in die Edge-Ebene und nachgelagerten Auswertungen kann bspw. die Angebotslegung mit dem tatsächlichen Aufwand abgeglichen und auf dieser Basis weitere Optimierungen vorgenommen werden.
 
Smart Maintenance durch Retrofit

Die Maschinen wurden mit verschiedenen Sensoren nachgerüstet. Diese überwachen ständig bspw. die Temperaturen der Antriebe und Motoren bzw. deren Energieaufnahme sowie deren Schwingungen. Durch langfristige Aufzeichnung dieser Messwerte können Anomalien ermittelt werden, die auf Verschleiß hindeuten und entsprechende Wartungsprozesse auslösen müssen — auch ohne KI.

Die Maschinen werden mittels einfacher Sensorik sowie den Methoden der Körperschallanalyse auf Anomalien überwacht. Dazu werden die Messdaten über einen relevanten Zeitraum betrachtet. Treten Ausreißer aus einem definierten Spektrum auf, ist dies eine Indikation für eine nötige Wartungsmaßnahme. Mitunter werden gleich automatisch entsprechende Wartungs- oder Lageraufträge ausgelöst und mittels Push-Notification direkt an die Smartdevices relevanter Mitarbeiter zugestellt.
 
Umgebungswerte für eine noch genauere Datengrundlage

Umweltsensoren werden in der Fertigungshalle nicht-invasiv auf Basis von Mesh-Netzen angebracht, um die Lufttemperaturen zu überwachen. Diese Messdaten werden u.a. herangezogen für die Parametrierung der Maschinen, insbesondere aber zur Überwachung während der Fertigung. Gibt es eine zu große Temperaturschwankung, dann können aufgrund von Materialausdehnung vorgegebene Toleranzen möglicherweise nicht mehr sichergestellt werden. Ein entsprechendes Ereignis wird in diesem Fall als Alarmmeldung ausgelöst.

Insbesondere bei der Fertigung von Präzisionsteilen haben Temperaturschwankungen einen signifikanten Einfluss auf die Qualität. Insofern sollen entsprechende Umweltsensoren an den relevanten Stellen ausgebracht werden. Die Daten fließen direkt in die Prozesssteuerung ein.
 
Energie-Monitoring und -optimierung als positiver Nebeneffekt

Als positiven Nebeneffekt dieser Digitalisierungsinitiative können auf Grundlage der jetzt verfügbaren Datenlage einige weitere Nutzeneffekte erzielt werden, z.B. Energie-Monitoring und -optimierung. Denn ein bedeutender Hebel für die Kostenoptimierung ist der Energieverbrauch. Mit der intelligenten Verteilung von Lastspitzen bspw. beim Anfahren von Maschinen können Tarife optimiert und somit Kosten gespart werden.
 
Ein Gemeinschaftsprojekt im Marktplatz Industrie 4.0 e.V.

Das Digitalisierungsprojekt wurde als Gemeinschaftsleistung der folgenden Firmen mit ihren jeweiligen Kernkompetenzen und innovativen Produkten innerhalb des Kompetenznetzwerks Marktplatz Industrie 4.0 e.V. realisiert:
 

SYS TEC electronic AG

Körperschallanalyse und Sensornetzwerk in der Edge mit dem CTR-700

Die industrielle Kommunikation wird in Zukunft stärker denn je auf Funktionalitäten wie Condition Monitoring und Predictive Maintenance angewiesen sein. Die stetige Überwachung sowie vorausschauende Wartung sorgen für Prozessoptimierungen und Ausfallsicherheit durch Datenerfassung und daraus resultierende Kostenersparnis.

SYS TEC electronic entwickelt und fertigt kundenspezifische Elektroniklösungen für eingebettete Systeme und verteilte Automation. Die von Sensoren erfassten physikalischen Messgrößen werden im  Edge Controller sysWORXX CTR-700 vorverarbeitet, harmonisiert und in semantisch strukturierte Daten überführt. Die lokale Performance ermöglicht dabei auch komplexe Datenerfassungen, wie beispielsweise die Körperschallanalyse mittels FFT zur Auswertung von Schwingungsdaten mechanisch bewegter Maschinen- und Anlagenteile.

Der Edge Controller sysWORXX CTR-700 wurde für industrielle Anwendungsfälle wie diese entwickelt. Neben zahlreichen Schnittstellen wie industrielle Ein- und Ausgänge, TCP/IP, MQTT, OPC UA, Modbus, CANopen, USB, SD enthält dieser zwei Ethernet-Schnittstellen.

Im Rahmen des Gemeinschaftsdemonstrators wurde realisiert:

  • Generierung von Daten mittels Körperschallanalyse,
  • Datenaufnahme, Vorverarbeitung und Speicherung für die Tasks:
    • Energiemonitoring
    • Anbindung industrieller Sensorik und Aktuatorik
    • Anbindung batteriebetriebener Mesh- Sensoren
  • Bereitstellung von Informationen zu Prozesswerten und Betriebsmodi
  • Bereitstellung signifikanter Informationen für nachgelagerte Systeme

 

Pickert & Partner GmbH

Qualitätssicherung und -Visualisierung durch ZEROdefects

Mit Pickerts Softwarelösung “ZERO defects” erhalten Sie plattformgestützte und cloudbasierte Apps die Ihnen essenzielle Funktionen für Qualität, Produktion und Prozesse bieten. Sie ermöglichen Ihnen:

  • eine Predictive Quality durch Prozessabsicherung & Fehlerverhinderung,
  • eine deutliche Kostenreduktion durch eine frühere Fehlererkennung / Fehlerentdeckung,
  • die vollständige Digitalisierung aller Produktions-, Prozess- und Qualitätsdaten und schafft so einen digitalen Zwilling jedes einzelnen individuellen Produkts,
  • Förderung von Kollaboration und Kommunikation sowie
  • ein iteratives Vorgehensmodell zur schrittweisen Erarbeitung einer Null-Fehler-Produktio

 
SQL Projekt AG

Integrationsplattform TRANSCONNECT®

Der TRANSCONNECT®, als zentrale Integrationsplattform, schafft mit seiner innovativen Architektur die Basis für die Realisierung unternehmensweiter Integrationsszenarien. Genormte XML-Datenformate und das universelle Adapterkonzept reduzieren die Anzahl der Schnittstellen, sorgen für eine Standardisierung der Gesamtarchitektur und die Beherrschung des vorhandenen Technologie-Mixes. TRANSCONNECT® unterstützt die Integration von Datenbeständen, Anwendungen und Geschäftsprozessen. Mit TRANSCONNECT® setzen Sie Integrationsszenarien schnell, kostengünstig und ohne negative Auswirkungen auf die Systemstabilität um — mit TRANSCONNECT® vom Patchwork zur homogenen Systemarchitektur.

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