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Schrittmacher für Industrie 4.0

Plattform für Embedded-Entwicklungen im industriellen Umfeld
Schrittmacher für Industrie 4.0

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Mit der IIC Mica bietet Harting eine modulare Plattform aus offener Hard- und Software, die sich schnell und kostengünstig an alle industriellen Anwendungsbereiche anpassen lässt. Damit bietet der Hersteller eine Lösung für die schnelle Entwicklung industrieller Anwendungen in mittleren Stückzahlen. Nach einem großen Interesse auf der vergangenen Hannover Messe hat Harting nun erste Serienmodelle vorgestellt und mit der Auslieferung begonnen.

Lars Hohmuth ist Produktmanager Industrial Computing bei Harting in Espelkamp

Seit einigen Jahren gibt es gute und kostengünstige Plattformen für Embedded-Entwicklung im semiprofessionellen Bereich wie dem Raspberry Pi, der besonders für Ausbildungszwecke und in der Maker-Szene eine Revolution einläutete; aber auch Arduino, Beaglebone usw. haben ihre Fans. Mit geringen Hardwarekosten, offenen Entwicklungsumgebungen und frei erhältlichen Spezifikationen fanden diese Produkte auch weitere Verwendung zum Prototyping oder der Konzeptentwicklung. Nach dem Prototyping steht allerdings die Migration auf eine solide, industrietaugliche Hard- und Software-Basis an. Dies kostet Zeit, da diese Lösungen sowohl hardwareseitig nicht industrietauglich sind, als auch von Entwicklern verlangen, sich um viele Implementationsdetails zu kümmern, die nicht in ihrem eigentlichen Fachbereich liegen.
Für diese und viele andere interne und externe Projekte hat Harting eine modulare Plattform aus Hard- und Software entwickelt, die optimal für eine schnelle Entwicklung sowie die industrielle Anwendung in mittleren Stückzahlen ausgelegt ist. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf drei Aspekte gelegt:
    • auf eine industrietaugliche Hardware, die mit wenigen Handgriffen in neue und existierende Maschinen und Fahrzeuge eingebaut werden kann;
    • auf konfigurierbare Hardware, um kundenspezifische Fähigkeiten einfach und ohne Veränderung des Formfaktors und der Schutzklasse hinzufügen zu können; und
    • eine stabile und robuste offene Softwareumgebung, die es Entwicklern sowohl aus Produktionswelt als auch der IT-Welt erlaubt, schnell Projekte zu realisieren.
Modulare, industrietaugliche Hardware
  • Im Unterschied zu der oben erwähnten Hobby-Hardware ist die IIC Mica (Integrated Industry Computer Modular Industry Computing Architecture) von Harting robust, industrietauglich und in ein kompaktes Aluminiumgehäuse inklusive industrieüblicher Steckverbinder eingebaut. Dadurch muss Mica nicht in den Schaltschrank, sondern kann direkt an Maschinen oder Fahrzeugen montiert werden. Das Innenleben der Plattform besteht aus drei Platinen; eine davon kann frei bestückt werden. Zum Beispiel werden so RFID, WLAN, BLE, SSD-Speicher oder Feldbusanschlüsse integriert, ohne den Formfaktor oder die Schutzart zu verändern. Durch die USB-basierte Hardware-Architektur ist das Prototyping einfach möglich. Danach kann schnell ein eigenes Hardware-Modul entwickelt und integriert werden. Das spart Zeit und Kosten.
Virtual Industry Computing
Auf der Mica kommt die Virtualisierung mittels Linux-Containern zum Einsatz. Software-Apps laufen in virtuellen, Linux-basierten Containern, die alle notwendigen Bibliotheken und Treiber für die jeweilige Anwendung enthalten. Dadurch gehören Paketabhängigkeiten und Inkompatibilitäten der Vergangenheit an. Schon zum Launch gab es zahlreiche kostenlose Linux-Container für verschiedenste Entwicklungsumgebungen: Java, Python, C/C++. Darüber hinaus gibt es Container von Industrieanwendungen wie OPC-UA oder Datenbanken, zu hadoop oder R. Die Softwarebasis kümmert sich um Haushälteraufgaben wie Containerverwaltung, Netzwerkeinstellungen, Authentifizierung, Installation, Upgrades und vieles mehr, sodass sich Entwickler auf ihre Algorithmen konzentrieren können. Schon vor dem offiziellen Produkt-Launch auf der SPS IPC Drives im vergangenen November wurde Mica für eine Vielzahl von Projekten bei Harting, Partnern und Kunden verwendet, wie die nachfolgenden Beispiele zeigen.
Mica zur Langzeitdatenerfassung
In einem Fall in Österreich stellt ein mittelständischer Maschinenbauer zwischen 200 und 300 Anlagen pro Jahr her, deren Steuerungselektronik aber nur in der Lage ist, knapp 3 Tage an Fertigungsdaten zu speichern.
Speziell beim Einsatz im Ausland und im Fehlerfall reicht diese Zeit nicht aus, um genügend Daten für das Servicepersonals vorzuhalten. Als Lösung kann hier eine Mica mit integrierter SSD eingebaut werden, die als Datenspeicher dient. Im Fehlerfall kann der Kunde den Zugriff auf diesen Speicher freigeben, und der Hersteller mehrere Monate oder Jahre von Daten zum Troubleshooting verwenden. Auch können die Daten während normaler Servicebesuche ausgelesen und zur Produktverbesserung verwendet werden.
Optimierung von Prozessen
Ein anderer Kunde bestellt verschiedene Steckverbinder, die in einem oder mehreren Kartons verpackt und versandt werden. Im bisherigen Aufbau muss der Mitarbeitende eine Waage, eine SPS, die die Verpackungsmaschine steuert, das ERP und einen Etiketten-Drucker bedienen sowie Arbeitsanweisungen manuell nachschlagen. Durch die interne IT-Beratung wurde eine Mica am Verpackungsplatz montiert, die diese Informationen zusammenfast und die Zwischenschritte automatisch ausführt. So werden die Waagedaten über OPC UA an SAP MII weitergebeben, die Arbeitsanweisung über JSON aus dem ERP geladen, in Step 7 übersetzt und in die SPS geladen. Der Mitarbeiter wird entlastet und der Verpackungsprozess deutlich beschleunigt. In weiteren Schritten können weitere KPIs erfasst und Prozesse optimiert werden.
Nachrüsten bei Predictive Maintenance
Das rechtzeitige Erkennen von Wartungsbedarf ist einer der schnellsten Wege, Produktionsanlagen und Maschinen effektiv und kostengünstig zu betreiben. Da viele Maschinen eine Lebensdauer von 15 bis über 30 Jahren haben, hat ein großer Teil des existierenden Maschinenparks aber weder die Rechenleistung noch die Speicherkapazität, um relevante Daten zu erfassen, zu speichern und zu kommunizieren.
In einer Anwendung für Spritzgussanlagen wurden die Werkzeuge mit RFID gekennzeichnet, der Strom während der Schüsse durch einen induktiven Stromsensor gemessen und die Ergebnisse in der Mica zusammengeführt, gespeichert und weiterverarbeitet. Im ersten Schritt wird nur eine Warnung ausgelöst, wenn sich der Stromverbrauch ändert, was auf Probleme mit den Ventilen oder dem Drucksystem hinweist. Schon hierdurch werden die Austauschintervalle verlängert und Kosten gespart. Nach einigen Monaten wird ein neuronales Netzwerk mit den erfassten Daten trainiert und auf dem Computer installiert, dass bessere Vorhersagen über die Lebensdauer erlaubt. Im letzten Schritt könnten die Micas an das ERP angebunden werden, um die Bestellung und Vorhaltung der Ersatzteile zu optimieren.

Kontakt

info

Harting KGaA
Espelkamp
Tel. 05772-470
www.harting.com
embedded world: Halle 4a, Stand 341
Weitere Informationen:
www.harting-mica.com
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