Predictive Maintenance bei Drahtziehmaschinen

Niehoff steigert mit IIoT-Lösung Produktivität

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Nominiert für den Sonderpreis ‚Digitalisierung‘ im Rahmen des Automation Awards 2019: Mit einem ‚digitalen Assistenten‘ können Anwender der Drahtziehmaschinen der Maschinenfabrik Niehoff GmbH & Co. KG aus Schwabach mit wenig Aufwand die Status ihrer Maschinen einsehen. Auf diese Weise lasse sich eine 24/7-Produktivität erreichen und die Wartung könne nun bei geplanten Stillständen erfolgen, berichtet im Interview mit elektro AUTOMATION Ralf Johne, Head of After Sales bei Niehoff. Basis des digitalen Assistenten ist das IIoT-Angebot der Bad Homburger B&R Industrie-Elektronik GmbH – ein einfacher Edge-Computer an der Maschine genügt, um die Verbindung herzustellen.

Interview: Michael Corban, Chefredakteur elektro AUTOMATION

elektro AUTOMATION: Herr Johne, wollen Sie uns kurz die Zielsetzung Ihres digitalen Assistenten erläutern?

Ralf Johne (Niehoff): Wir wollen dem Kunden assistieren und ihm ermöglichen, leichter einen besseren Überblick über den Zustand seiner Maschine zu erhalten – sprich die Transparenz steigern. Hauptfokus ist dabei, die Produktivität der Maschine – fast alle unsere Maschinen laufen 24 Stunden an 7 Tagen – zu erhalten und Störungen von vornherein auszuschließen oder zumindest dafür zu sorgen, dass diese schnellstmöglich behoben werden können. Transparenz hilft, weg von ungeplanten Ausfällen hin zu geplanten Stillständen zu kommen, in denen sich Wartung und Service gezielt und geplant durchführen lassen. Anders formuliert: Mit dem digitalen Assistenten wollen wir die Gesamtanlageneffektivität oder im Englischen Overall Equipment Effectiveness (OEE) erhöhen.

elektro AUTOMATION: Messen Sie die OEE und setzen Sie dazu auf den Einbau zusätzlicher Sensorik?

Johne: Das ist nicht erforderlich – unser digitaler Assistent holt vor allem mehr Informationen aus der Maschine heraus und ermöglicht deren Nutzung. So lässt sich etwa leicht anhand eines Temperaturanstieges erkennen, dass die Reibung steigt und Verschleiß die Ursache ist. Über eine Reihe von maschinenspezifischen Kennwerten kann der Anwender also mit Hilfe des digitalen Assistenten schnell erkennen, wann und wo ein Austausch erforderlich ist. Das gibt ihm die Möglichkeit, per vorausschauender Wartung (Predictive Maintenance) weg von ungeplanten Ausfällen zu geplanten Stillständen zu kommen. Von unseren Kunden haben wir dazu das Feedback erhalten, dass sie nun nicht nur den Zustand der Maschinen klar erkennen können, sondern auch eine strukturierte Analyse möglich ist. Bleibt eine Maschine stehen, ist schnell klar, ob es sich um einen Produkt- oder Maschinenfehler handelt. Basierend auf diesen Erkenntnissen, insbesondere der Historie im Monitoring, lässt sich die Produktivität weiter steigern.

elektro AUTOMATION: Greifen Sie denn schon direkt in die Steuerung des Fertigungsprozesses ein?

Johne: Nein, mit dem digitalen Assistenten erhalten wir die Informationen, steuern aber ganz bewusst nicht die Maschine selbst. Der Regelkreis soll in der Maschine verbleiben, so dass auch die Problematik eines Fernzugriffs erst gar nicht auftritt. In gewisser Weise ist das auch der Clou des digitalen Assistenten: Allein dadurch, dass wir die bereits heute in der Maschine beziehungsweise der Steuerung verfügbaren Informationen leichter sammeln und auswerten können, lässt sich die Produktivität deutlich erhöhen. Dass verdeutlicht die enormen Chancen, die sich mittels Digitalisierung nutzen lassen. Wir erhalten über unser Monitoring schon im ersten Schritt deutlich mehr Transparenz – ohne Eingriff in die Maschinensteuerung.

elektro AUTOMATION: Wie sehen die weiteren Schritte aus und welche Chancen eröffnen sich Niehoff selbst?

Johne: Wir haben mit dem digitalen Assistenten die Grundlage gelegt, eine neue Kommunikationsplattform geschaffen, um die Chancen der Digitalisierung zu nutzen – wir stehen hier erst am Anfang einer Entwicklung, die zahlreiche Anwendungen erschließen wird. Über diese Plattform können wir nun unsere Kunden und vor allem die Bediener der Maschinen deutlich zielgerichteter erreichen. So gibt es etwa eine Wissensbibliothek mit maschinenspezifischen Hinweisen, die stetig wächst – und der User bekommt Informationen über neue Upgrades. Das mit dem digitalen Assistenten realisierte Monitoring ist damit ein fester Baustein unserer Zukunftsstrategie. Wir wollen aktiv den Wandel mitgestalten – denn in Verbindung mit dem Internet of Things (IoT) ändern sich ja Wettbewerber und Geschäftsmodelle; hier sind wir nun für die Zukunft gut aufgestellt.

elektro AUTOMATION: Sie sprachen davon, dass für den digitalen Assistenten nicht in die Maschinensteuerung eingegriffen werden muss. Welcher Aufwand ist denn erforderlich, um den Assistenten zu nutzen?

Johne: Hier haben wir bewusst nach einer Lösung gesucht, die uns eine hohe Flexibilität und viele Möglichkeiten bietet. Dabei sind wir auf das Angebot von B&R gestoßen (Anm. d. Red.: siehe Kasten ‚Das Basissystem‘). Einer der Vorteile ist, dass wir maschinenseitig im Prinzip keine Änderungen an den Steuerungen vornehmen müssen, zum Einsatz kommen Steuerungen von B&R und Siemens. Entscheidend ist die Einbindung in ein Maschinendatennetz, was sich aber mit minimalem Aufwand über Standardkomponenen wie einen Edge-Computer erreichen lässt, der die Daten dann weiter in unsere Cloud schickt. Damit eignet sich dieses Vorgehen insbesondere auch für Brownfield-Anwendungen. Interessanterweise hatten wir zudem im Vorfeld herausgefunden, dass rund 54 Prozent unserer Kunden bereits Niehoff-Maschinen in ein Datennetz eingebunden haben. Selbst bei global verteilten Anlagen lässt sich also auf diese Weise schnell Transparenz erreichen. Der Mehrwert steckt in den mehrfachen Verwendungsmöglichkeiten der Daten. Durch den digitalen Assistenten werden sie visualisiert und können gleichzeitig über eine OPC-UA-Schnittstelle für andere Systeme zur Verfügung gestellt werden.

elektro AUTOMATION: Das Aufkommen von IoT-Lösungen hat also die Realisierung des digitalen Assistenten vereinfacht?

Johne: Definitiv, da damit eine neue Art der Kommunikation über Plattformen Einzug gehalten hat, die eben wesentlich zielgerichteter erfolgt. Letztlich ist Industrie 4.0 die Verknüpfung des Datenaustauschs von Maschinen. Konnektivität und Vernetzung sind mit IoT-Lösungen deutlich einfacher geworden, so dass wir als Maschinenhersteller unsere Stärke über das Maschinen- und Prozessmonitoring ausspielen können. Und die Erfahrungen geben uns recht: Wir sind mit ersten Kunden Ende 2018 online gegangen – und durch die Bank führen wir nun wesentlich bessere Gespräche auf einer aussagekräftigeren Datenbasis.

elektro AUTOMATION: Wie groß war denn für Niehoff der Aufwand für die Programmierung dieser Kommunikationsplattform, die hinter dem digitalen Assistenten steht?

Johne: Das war schon eine Herausforderung für uns, wobei wir uns vor allem auf die Funktionen konzentrieren, die unseren Kunden einen Mehrwert liefern. Zwar programmieren wir die SPS-Steuerungen inklusive HMIs im Haus, für die Programmierung des digitalen Assistenten haben wir aber externe Partner hinzugezogen. Für die Realisierung des Maschinen- und Prozessmonitorings haben wir insbesondere bei der Infrastruktur für die Datenbank und Datenkommunikation auf die Expertise von B&R-Mitarbeitern zurückgegriffen.

elektro AUTOMATION: Wie sind Sie mit dem Thema Security umgegangen?

Johne: Hier haben wir natürlich alles unternommen, um unseren digitalen Assistenten sicher zu machen. Bewusst läuft deswegen unsere Cloud in einem externen Rechenzentrum eines deutschen Unternehmens, das ausschließlich den deutschen Gesetzen und Regularien unterliegt. Über komplett abgeschlossene Server können wir zudem sicherstellen, dass die Daten unserer Kunden und unsere eigenen Niehoff-Daten stets getrennt gehalten werden. Auch die Daten der Kunden werden stets separat voneinander gespeichert. Unser System arbeitet darüber hinaus mit Komponenten und Prozessen, die entsprechende TÜV- und ISO-Sicherheitszertifikate besitzen. Dass sich dieser Aufwand rechnet, zeigt die positive Reaktion unserer Kunden – am Security-Konzept ist bislang kein Auftrag gescheitert.

elektro AUTOMATION: Lassen Sie uns noch einen genaueren Blick auf den digitalen Assistenten werfen – welche Funktionen werden angesprochen?

Johne: Generell sprechen wir die vier Zielgruppen Management, Produktion, Einkauf sowie Maintenance an, denen wir über das Maschinen- und Prozessmonitoring abhängig von der jeweiligen Aufgabe Transparenz bieten. Ein entscheidender Vorteil ist dabei die digitale Durchgängigkeit. Ohne Medienbruch – Bedienungsanleitungen in Papierform werden in der täglichen Arbeit nicht mehr gebraucht – können Bau- und Schaltpläne sowie Stücklisten maschinenspezifisch geöffnet werden, was den Aufwand drastisch senkt. Über die Maschinennummer können so über die entsprechenden Positionsnummern in den Plänen schnell die Identnummern der gesuchten Bauteile identifiziert werden – und eine Ersatzteilbestellung kann dann über einen QR-Code und zwei Klicks direkt an uns gesendet werden. Möglich ist auch die Realisierung eines Ticketsystems, um Störungen direkt an uns zu melden – auch hier macht sich der Verzicht auf den Medienbruch positiv bemerkbar, da das nicht nur deutlich schneller erfolgen kann, sondern automatisch auch alle erforderlichen Informationen vorliegen. Das spart wiederum Zeit und die Maschine ist schneller wieder startklar und damit produktiver. Das ist gerade bei unseren individuell auf die Kundenanforderungen hin ausgelegten Maschinen ein enormer Vorteil. Letztlich sind wir damit auf einer spezifisch für die jeweilige Maschine gültigen Stückliste unterwegs. Nicht zuletzt haben es auch unsere Servicetechniker leichter – es genügt die Seriennummer der Maschine.

Weitere Infos zum Serviceangebot von Niehoff:

hier.pro/DJrjf

Maschinenfabrik Niehoff GmbH & Co.KG
Walter-Niehoff-Straße 2
91126 Schwabach
Tel.: +49 (0) 9122 977 0
info@niehoff.de
www.niehoff-gmbh.info

B&R Industrie-Elektronik GmbH
Norsk-Data-Straße 3
61352 Bad Homburg
Tel.: +49 6172 4019 0
office.de@br-automation.com
www.br-automation.com


Ralf Johne, Head of After Sales, Maschinenfabrik Niehoff GmbH & Co. KG, Schwabach
Bild: Niehoff

„Wir haben mit dem digitalen Assistenten die Grundlage gelegt, um die Chancen der Digitalisierung zu nutzen – wir stehen hier erst am Anfang einer Entwicklung, die zahlreiche Anwendungen erschließen wird.“


Im Überblick:

Das Basissystem

Über die Edge in die Cloud – so lässt sich das Prinzip von B&R beschreiben, mit dem Anwender wie die Maschinenfabrik Niehoff Serviceangebote wie ihren digitalen Assistenten basierend auf dem Industrial Internet of Things (IIoT) realisieren können. Die Verbindung in die Cloud ermöglichen Edge-Computer; softwareseitig erleichtern die modularen Softwarebausteine der Mapp Technology, Maschinendaten zu erfassen, auszuwerten und zu visualisieren. Welche der drei Edge-Varianten von B&R sinnvoll ist, bestimmt der konkrete Anwendungsfall:

  • Greift etwa ein Sensor stündlich ein Signal ab, kann es zweckmäßig sein, die Daten direkt in die Cloud zu schicken.
  • Ist das Volumen an Daten jedoch größer, lohnt es sich, diese schon an der Maschine zu aggregieren (Embedded Edge in den Steuerungen). Das hat zwei Vorteile: Zum einen sinken Bandbreitenbedarf und Kosten für die Cloud; zum anderen gehen keine Daten verloren, wenn die Verbindung unterbrochen wird.
  • Sollen ganze Produktionslinien überwacht und Daten von hunderten I/Os für die Cloud vorverarbeitet werden, reicht eine Steuerung nicht mehr aus. Dann kommt ein Edge Controller zum Einsatz, ein Automation-PC kombiniert mit einer Industrial-IoT-Plattform. Im Gegensatz zu den beiden anderen Edge-Geräten kann ein Edge Controller Daten zu einem wesentlichen Teil vorverarbeiten und analysieren.

Mit den unterschiedlichen Edge-Architekturen ist es einfach, neue Anlagen fit für das IIoT zu machen – zumal Edge-Architekturen auch für Bestandsanlagen interessant sind, die bisher unvernetzt in der Fabrikhalle stehen. Mit der Orange Box bietet B&R hier auch eine Lösung speziell für Brownfield-Anlagen. Die Box mit einer Kombination aus Soft- und Hardware wird an eine bestehende Maschine angeschlossen und kann problemlos in eine Edge-Architektur eingebunden werden.

Weitere Infos zu Industrial-IoT-Lösungen von B&R:

hier.pro/vTXHF

Drei grundlegende Edge-Architekturen bieten für jeden Anwendungsfall eine Lösung
Bild: B&R

Hintergrund

Zum Unternehmen

Komplettlösungen aus einer Hand lautet das Motto der Maschinenfabrik Niehoff, die mit einer mehr als 60-jährigen Erfahrung alle Maschinen entwickelt und baut, die für die Produktion von Drähten aus NE-Metallen und die Weiterverarbeitung zu Automobil-, Daten- und Spezialkabeln benötigt werden, einzige Ausnahme sind Extruder. Das Portfolio umfasst außerdem die technische Unterstützung von Kunden sowie die zuverlässige Versorgung mit original Niehoff Verschleiß- und Ersatzteilen, Maschinen-Inspektionen, Modernisierungs- und Wartungsmaßnahmen sowie Maschinenbediener- und Wartungskurse. Die Niehoff-Gruppe bietet damit auf Kundenbedürfnisse zugeschnittene Lösungen von der Planung und Einrichtung bis hin zur schlüsselfertigen Übergabe kompletter Kabelfabriken. Die Gruppe mit weltweit über 800 Mitarbeitern besteht aus dem Stammhaus, fünf produzierenden Tochtergesellschaften (in Brasilien, den USA, der Tschechischen Republik, Indien und China) sowie Verkaufs- und Service-Zentren in Japan, Singapur und Russland.

www.niehoff-gmbh.info



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