Die Rolle der Pneumatik in der Industrie 4.0

Cyber-physikalische Systeme aus Sicht von Festo

Cyber-physikalische Systeme
Ein Cyber-physikalisches System ist das Festo Motion Terminal: Mit dem Zuschalten neuer Funktionen über Apps können Entwickler einen Basis-Maschinentyp erstellen und diesen je nach Kundenwunsch ausstatten Bild: Festo
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Condition Monitoring und Predictive Maintenance sind nur zwei Schlagworte, die dem Maschinen- und Anlagenbauer Kopfzerbrechen bereiten. Schickt man die Daten in die Cloud oder ist Edge-Computing besser? Was kann die klassische SPS? Und welche Schnittstelle ist überhaupt die richtige? Eberhard Klotz, Leiter der Industrie-4.0-Kampagne des Esslinger Familienunternehmens Festo, zu den Chancen und Möglichkeiten der Pneumatik als Teilbereich von Industrie 4.0.

Fragen: Michael Corban, Chefredakteur der elektro AUTOMATION

elektro AUTOMATION: Pneumatische Systeme sind nach wie vor ein wesentlicher Bestandteil der Automatisierung. Welche Chancen ergeben sich für die Pneumatik durch die Digitalisierung – konkreter Industrie 4.0?

Eberhard Klotz: Industrie 4.0 setzt auf eine voll vernetzte, adaptive Produktion durch intelligente Produkte mit sogenannten „embedded functions“, den Cyber-physikalischen Systemen, mit denen sich die größten Chancen ergeben. Das Festo Motion Terminal VTEM ist ein Sinnbild dafür. In punkto Flexibilität, Energieeffizienz und Beschleunigung von Produktionsprozessen revolutioniert es mit Hilfe von Zuschalten von Software-Apps die Pneumatik. Dazu gehören beispielsweise Formatwechsel auf Knopfdruck, die sanfte Endlagenfahrt oder energieeffiziente Bewegungen. Die Apps ermöglichen es, über 50 Einzelkomponenten zu ersetzen und ein perfektes Condition Monitoring bis in die Cloud aufzusetzen. Durch die Apps ist auch eine hundertprozentige Dokumentation erledigt – alle Produktionsdaten sind nachvollziehbar und manipulationssicher gespeichert. Wie das Smartphone vor zehn Jahren den Markt durcheinandergewirbelt hat, so wird das Festo Motion Terminal die Automatisierungstechnik auf den Kopf stellen.

elektro AUTOMATION: Stichwort Produktionsdaten – diese lassen sich natürlich vor allem für die vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) verwenden. Bieten Sie selbst entsprechende Lösungen an und welche Möglichkeiten bieten sich dadurch?

Klotz: Die neuen Festo-Dashboards haben genau diesen Mehrwert für die Daten der mechatronischen Systeme im Blick. Sie zeigen in der Festo Cloud zu hundert Prozent vordefiniert alle wesentlichen Kenngrößen und -daten der jeweiligen Produkte und Subsysteme an – ganz ohne Programmierung. Wir unterstützen von Anfang an Kenngrößen zur Optimierung von OEE, Energieverbrauch, Instandhaltung – aber auch Asset Management. Dazu sind die Daten weltweit überall und zu jederzeit verfügbar – auch auf mobilen Endgeräten. Und mit der Automatisierungsplattform CPX/MPA bietet Festo schon seit vielen Jahren Möglichkeiten der vorausschauenden Wartung: mit flexiblen Überwachungsmöglichkeiten für Druck, Durchfluss, Zylinderlaufzeit, Luftverbrauch. Mit Frühwarnungen kann man Stillstandzeiten um 35 Prozent vermindern. Mit dem Festo Motion Terminal VTEM wird vorausschauende Wartung einfacher – zum Beispiel mit der App ‚Diagnose-Leckage‘ wird antriebsbezogen die mögliche Leckage detektiert und – je nach Schwere der Leckage – eine Meldung zur Wartung gesendet oder der Anlagenteil abgeschaltet.

elektro AUTOMATION:Die in größerem Umfang erfassten Daten werden also in die Cloud geschickt. Gibt es auch die Möglichkeit, sie gleich vor Ort auszuwerten (Edge-Computing)? Und welche Rolle spielen dabei die Schnittstellen/Kommunikationsprotokolle, insbesondere beispielsweise IO-Link?

Klotz: Um ein umfassendes Bild über die Daten einer Maschine oder Anlage zu erhalten, kommt man um leistungsfähige Tools außerhalb der SPS nicht herum. Ob diese in der Anlage, lokalen Servern, im Rechenzentrum oder einer Cloud liegen, hängt von diversen Faktoren ab: Echtzeitanforderungen, Bandbreite, Verfügbarkeit, Kosten, Risiken und vieles andere. Festo bedient alle Optionen: IO-Link-fähige Feldgeräte als ideale Zubringer strukturierter Daten, dezentrale Steuerungen und Automatisierungslösungen mit OPC UA, bis hin zu schlüsselfertigen Lösung für eine IoT-Integration samt IoT-Gateway und Dashboards. Damit sind unsere Lösungen durchgängig – von der Mechanik bis zur Cloud.

elektro AUTOMATION: Welche Möglichkeiten der steuerungsseitigen Integration Ihres Pneumatik-Angebots in die Welt der elektrischen Automatisierung bieten Sie an beziehungsweise wie unterstützen Sie einen ganzheitlichen, disziplinübergreifenden Entwurf von Maschinen und Anlagen?

Klotz: Integration beginnt mit der Mechanik – alle Adapter sind für pneumatische und elektrische Antriebe/Achsen gleich. Das elektrische Terminal CPX integriert dank einer Vielzahl von Modulen und Knoten pneumatische und elektrische Antriebslösungen auf einer IP65-Automatisierungsplattform. Dies erleichtert die Integration aller Disziplinen im Steuerungssystem als ein Lösungspaket. Als nächstes sind individuelle pneumatische und elektrische Schaltpläne per App automatisiert für eine nahtlose Integration in Eplan verfügbar. Der Kommunikationsstandard OPC UA ist optional ebenso verfügbar wie eine dezentrale Steuerung. Damit gelingt die Integration auch in die Industrie-4.0-IoT- und Cloud-Umgebungen von Siemens (MindSphere), Rockwell (Factory Talk) und anderen.

elektro AUTOMATION: Welche Rolle spielt die Anbindung an übergeordnete Lösungen, wie ERP- und MES-Systeme, und welche Aspekte, wie zum Beispiel Energie- und Ressourceneffizienz, stehen dabei im Vordergrund?

Klotz: Wer eine Fertigung flexibel steuern, Prozesse und Auslastung der Maschinen optimieren und eine durchgängige digitale Wertschöpfungskette realisieren will, muss die MES und ERP-Ebene ganz einbeziehen. Dort wird die Planung gemacht und es werden die Logistik, Beschaffung, Vertriebs- und Kundenschnittstellen – etwa ein Online-Shop – angebunden. Ab wann die sich selbst steuernde Fabrik diese Systeme teilweise überflüssig macht, wird erst die Zukunft zeigen.

elektro AUTOMATION: Setzen Sie selbst künftig deutlich mehr Sensorik ein, um den Zustand des Pneumatiksystems in der Anwendung immer genauer erfassen zu können? Ist dafür zwingend mehr Sensorik erforderlich oder lassen sich viele Zustände auch errechnen, wie bei Sekundärsensorik?

Klotz: Die Industrie-4.0-Idee, mit Cyber-physikalischen Systemen die Lernfähigkeit und Anpassung an sich verändernde Anforderungen oder Umgebungsparameter zu realisieren, benötigt immer ein Mindestmaß an Sensorik. Daher ja – es wird mehr Sensorik geben für Basisdaten wie Druck, Durchfluss, Temperatur … und zur flexiblen und adaptiven Integration in die Intralogistik, aber auch für tiefergehende Analysen hinsichtlich Vibration, Schall, (Signal-)Laufzeit; unter anderem speziell für die präventive Wartung. Wer über das Know-how aus der Applikation beziehungsweise den Geräten verfügt, kann über Anomalien, Korrelation, Varianz und anderes weitere Schlüsse ziehen – dank künstlicher Intelligenz oder Machine Learning gelingt dies (teils) ohne zusätzliche Sensorik.

www.festo.de


„Um ein umfassendes Bild über die Daten einer Maschine oder Anlage zu erhalten, kommt man um leistungsfähige Tools außerhalb der SPS nicht herum.“

Eberhard Klotz, Leiter Industrie-4.0-Kampagne, Festo AG & Co. KG, Esslingen Bild: Festo
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