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Digitale Transformation als Enabler für Industrie 4.0

Durchgängige Datenintegration
Digitale Transformation als Enabler für Industrie 4.0

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Werden relevante Prozessdaten und Kennzahlen sowie wesentliche Auftragsdaten entlang der gesamten Automatisierungspyramide den relevanten Systemen bereitgestellt, entsteht ein durchgängig konsistentes Zustandsbild der Fertigung in Echtzeit. Die Digitalisierung erleichtert hier die Durchgängigkeit von der Sensor- beziehungsweise Edge-Ebene bis in das ERP-System. Möglich werden auf diese Weise präzisere Kapazitätsplanungen, eine verbindliche Kundenkommunikation, die Steigerung der Qualität, die Reduzierung fehlerhafter Teile, vorausschauende Wartung und Energiemonitoring sowie -optimierung.

Inhaltsverzeichnis

1. OT- und IT-Ebene nahtlos verbinden
2. Qualitätssicherung und -optimierung im Fokus
3. Smart Maintenance per einfacher Nachrüstung
4. Umgebungswerte verbessern Datengrundlage
5. Energiemonitoring und -optimierung als Zusatz

Im Rahmen des Automatisierungstreff 2021 in Böblingen zeigen die Unternehmen SQL Projekt, Pickert & Partner und SYS TEC Electronic die konkrete Umsetzung der digitalen Transformation innerhalb eines Gemeinschaftsprojektes des Marktplatz I4.0 e.V. mit Sitz in Ilsfeld-Auenstein. Erkennbar wird auf diese Weise, wie die Potenziale des Industrial IoT (IIoT, Industrial Internet of Things) vollständig ausgeschöpft werden können.

Distributoren befinden sich zunehmend in der Rolle des Lösungsanbieters

Der Use Case fokussiert eine Industrie-4.0-Lösung für Bestandsmaschinen. Die digitale Transformation in Unternehmen beinhaltet dabei zunächst die Digitalisierung der Schnittstellen zwischen Auftragsverwaltung und Produktion. So kann ein durchgängig konsistentes Zustandsbild der Fertigung bis in das ERP-System in Echtzeit entstehen. Im Ergebnis werden präzisiere Kapazitätsplanungen und eine verbindliche Kundenkommunikation möglich. Doch der Use Case geht noch einen Schritt weiter: Mit zusätzlicher Sensorik und einer MES-Lösung für die Erkennung abweichender Prozesswerte (Anomalien) lassen sich die Qualität der gefertigten Produkte steigern, die Produktion fehlerhafter Teile drastisch reduzieren sowie Ausfälle von Maschinen- und Anlagenteilen verhindern.

Für den konkreten Retrofit-Use-Case haben die drei beteiligten Unternehmen ihre Kernkompetenzen gebündelt:

  • Eine Bestandsmaschine wurde mit zusätzlicher Sensorik nachgerüstet, um mittels Körperschallanalyse und entsprechender Datenvorverarbeitung in der Edge-Ebene (SYS TEC Electronic AG, Heinsdorfergrund) Anomalien frühzeitig zu erkennen.
  • Eine MES/CAQ-Lösung mit Fokus auf der Null-Fehler-Produktion (Pickert & Partner GmbH, Pfinztal) deckt Optimierungspotenziale auf.
  • Der Schnittstellen-Server Transconnect (SQL Projekt AG, Dresden) übernimmt die übergreifende Datenintegration, aggregiert alle relevanten Daten und stellt sie den relevanten Systemen zur richtigen Zeit im richtigen Format zur Verfügung.

OT- und IT-Ebene nahtlos verbinden

Der nächste Arbeitsauftrag sowie aktuelle Prozess- und Umgebungsdaten können auf diese Weise in der Produktion papierlos auf einem Tablet angezeigt werden. Der nächste Auftrag lässt sich jeweils aus dem vorhandenen Auftragsvorrat, den jeweiligen Lieferfristen, den aktuell verwendeten Werkzeugen zur Minimierung der Rüstzeiten sowie den in den Materialpuffern vorhandenen Materialien errechnen.

Die Auftragsdaten, sowie die relevanten Prozessdaten und Kennzahlen werden allen Systemen entlang der gesamten Automatisierungspyramide bereitgestellt. Somit können zum Beispiel eine optimale Auftragsreihenfolge auf der ERP-Ebene berechnet oder bereits in der Edge und während der Fertigung Validierungen vorgenommen werden, die die Qualität erhöhen und Fehlproduktionen reduzieren.

Qualitätssicherung und -optimierung im Fokus

Barcode-Scanner an der Maschine helfen den Werkern, die richtigen Materialien für einen Auftrag zu kommissionieren. Diese Informationen fließen in der MES/CAQ-Lösung zusammen, welche auf dieser Datengrundlage die Auftragsdaten validiert und Qualitäts- sowie Güteparameter ableitet.

Die Einbeziehung von Auftragsdaten bis in die Edge-Ebene und nachgelagerte Auswertungen ermöglichen es zum Beispiel, die Angebotslegung mit dem tatsächlichen Aufwand abzugleichen und auf dieser Basis weitere Optimierungen vorzunehmen.

Smart Maintenance per einfacher Nachrüstung

Der Use Case sieht vor, die Maschinen mit verschiedenen Sensoren nachzurüsten. Diese überwachen zum Beispiel die Temperaturen und die Schwingungen der Motoren sowie die Energieaufnahme der Antriebe. Basierend auf der langfristigen Aufzeichnung dieser Messwerte lassen sich Anomalien ermitteln, die auf Verschleiß hindeuten und entsprechende Wartungsprozesse auslösen. Dazu werden die Messdaten über einen relevanten Zeitraum aufgezeichnet und ausgewertet. Treten Ausreißer aus einem definierten Spektrum auf, stellt dies eine Indikation für eine nötige Wartungsmaßnahme dar. Möglich ist es sogar, gleich automatisch entsprechende Wartungs- oder Lageraufträge auszulösen und mittels Push-Notification direkt an die Smart Devices relevanter Mitarbeiter zuzustellen.

Umgebungswerte verbessern Datengrundlage

Insbesondere bei der Fertigung von Präzisionsteilen haben Temperaturschwankungen einen signifikanten Einfluss auf die Qualität. Umweltsensoren werden daher in der Fertigungshalle nicht-invasiv an den relevanten Stellen auf Basis von Mesh-Netzen installiert, um zum Beispiel die Lufttemperaturen zu überwachen. Diese Messdaten fließen direkt in die Prozesssteuerung ein und werden für die Parametrierung der Maschinen, insbesondere aber zur Überwachung während der Fertigung, herangezogen. Schwanken die Temperaturen zu stark, können aufgrund von Materialausdehnung vorgegebene Toleranzen möglicherweise nicht mehr sichergestellt werden. Ein entsprechendes Ereignis löst in diesem Fall eine Alarmmeldung aus.

Energiemonitoring und -optimierung als Zusatz

Auf Basis der verfügbaren Datenlage können weitere Nutzeneffekte erzielt werden – vor allem das Energiemonitoring und die Energieoptimierung – denn ein bedeutender Hebel für die Kostenoptimierung ist der Energieverbrauch. Mit der intelligenten Verteilung von Lastspitzen zum Beispiel beim Anfahren von Maschinen können Tarife optimiert und somit Kosten gespart werden. (co)

Weitere Informationen zum Marktplatz I4.0 auf dem Automatisierungstreff


Kontakt:

Marktplatz I4.0 e.V.
Eisenbahnstraße 18
74360 Ilsfeld-Auenstein
Tel.: +49 (0) 7062/6760213
E-Mail: info@marktplatzi40.de
Website: www.marktplatzi40.de

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