Praxistest 4.0

Ohne Smart Connectivity keine Smart Factory

Es ist 2:00 Uhr morgens und eine Maschine in Europa fällt aus. Der Planer greift auf das System zu und stellt fest, dass der Versand der Produkte bereits am nächsten Morgen erfolgen muss. Gleichzeitig sieht er freie Kapazitäten und Vorräte an Rohmaterial an seinem Fertigungsstandort in den USA. Deshalb veranlasst er dort den Beginn der Produktion.
In Europa wird der Wartungstechniker informiert. Dieser sichtet daraufhin in seinem Büro sofort die Prozessdaten der Maschine und kann das Problem auf eine Arbeitsstation zurückführen. Im Fertigungsbereich greift er über sein Tablet auf die Daten der Arbeitsstation zu und beginnt mit der Modifizierung der Prozessdatenerfassung, um das Problem zu identifizieren. Innerhalb von Minuten hat er es dann analysiert und behoben. Die Maschine ist nun wieder voll einsatzbereit. Für die meisten Unternehmen ist diese Geschwindigkeit ein angestrebtes Ziel, aber noch keine Realität. Am Wichtigsten an diesem Fall ist vielleicht, dass er nur einen kleinen Teil der Möglichkeiten einer Smart Factory beschreibt. Denn in den intelligenten Fabriken von morgen umfasst der tägliche Betrieb die vorausschauende Wartung, den flexiblen Einsatz und die Erweiterung von Maschinen, die Optimierung von Produktions- und Rohmaterialkapazitäten, die Nachverfolgung von Gütern, die kundenspezifische Massenproduktion sowie die Optimierung der Energieeffizienz. Indem Prozess- und Metadaten von Maschinen verfügbar – und transparent – gemacht werden, und zwar bis auf die Komponentenebene, gibt es viele Möglichkeiten, die Produktivität zu steigern. Betrachtet man die derzeitige Infrastruktur an Maschinen und Anlagen, so erzeugen Sensoren zwar große Datenmengen, die man zur Optimierung nutzen kann, diese sind jedoch nicht auf den entsprechenden Systemen verfügbar. Die Herausforderung besteht in der hierarchischen Steuerungsstruktur der Maschinen, die auf Geschwindigkeit und Effizienz optimiert ist. Die relevanten Daten werden mit sehr geringer Latenz übermittelt, wobei die Steuerung Zykluszeiten im Bereich von Millisekunden erfordert. Werden nun dort auch zusätzliche Daten, die nicht zur unmittelbaren Steuerung der Maschine erforderlich sind, verarbeitet, steigt die Beanspruchung und Auslastung dieser Automatisierungskomponenten immens an.

Drei Herausforderungen

Um diese Art von Herausforderung zu meistern, nähert man sich den wichtigen Fragen aus drei Perspektiven:

1. Smarte Komponenten: Bauteile müssen Funktionen bekommen, damit sie in ein Netzwerk eingebunden werden können – angefangen von intelligenten Relais über zusätzliche Sensoren, die in Steckverbinder eingebaut werden, bis hin zu smarten Kabelsätzen die sich selbst überwachen.

2. Physikalische Konnektivität: Das Verbauen zusätzlicher smarter Komponenten in einer Maschine schafft weitere Verbindungen. Gleichzeitig müssen die Größe und die Kosten der Netzknoten reduziert werden, um diese in noch mehr Komponenten einbauen zu können. Dadurch werden alternative Konnektivitätslösungen erforderlich wie etwa Datentransfer über Wellenleiter und drahtlose Lösungen.

3. Verknüpfung der Inhalte: Die Konnektivitätslösung muss die Verwaltung, Aggregierung, Pufferung und Verarbeitung von Daten ermöglichen. Zudem muss sie für eine sichere Verbindung zur Übertragung der Daten an das IT-System sorgen. Um die Vision der Smart Factory Realität werden zu lassen, entwickelt TE z.B. intelligente Relais, die sich im Verschleißfall selbst reparieren, werden Steckverbinder gefertigt, die den Energieverbrauch überwachen und neue Lösungen für die Übertragung von 1Gbit/s über nur ein Adernpaar gefunden. Zudem wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem mithilfe von Mikrowellen in Kunststoffleitern eine Highspeed-Datenverbindung miniaturisiert und kostengünstig herstellbar ist. Außerdem arbeitet man an drahtloser Datenkommunikation die vor allem in Sensoren Verwendung findet. Bevor man mit den Produkten an die Kunden herantritt, werden diese zuerst in den eigenen Fabriken eingesetzt. Somit wird sichergestellt, dass die Lösungen auch tatsächlich einfach sind und die erwartete Produktivitätssteigerung erzielen. Im Zuge dieser Initiative konnte in einem Modellversuch gezeigt werden, wie man mit Hilfe von smarter Konnektivität Produktionsdaten hinsichtlich des Produktionswertstroms automatisiert visualisieren kann. Damit war das Fertigungsteam in der Lage, nicht nur deutliche Reduzierung vom Ausschuss und Prozesszeit zu realisieren, sondern auch die Gesamteffizienz von Prozessen erheblich zu erhöhen. Die nächsten Schritte dieses Ansatzes umfassen die Synchronisierung des Materialmanagements und die Einführung des Systems an weiteren Fertigungsstandorten.

Fazit

Momentan erlebt die Industrie einen Wandel von den traditionellen Produktionsstätten hin zu digitalisierten Fabriken. In dieser Übergangsphase ist es wichtig, Lösungen zu finden, die zur Nachrüstung bestehender Fabriken geeignet sind, anstatt sich lediglich auf Anwendungen in neuen Produktionseinrichtungen zu konzentrieren. In dieser Phase kommt es vor allem darauf an, schnellen Nutzen zu realisieren, damit der Investitionsbedarf für eine Erweiterung der Fabrik gerechtfertigt ist, ohne dabei den Aspekt zu vernachlässigen, eine Architektur zu schaffen, die auch in Zukunft noch weitere Produktivitätsverbesserung ermöglicht. Dies bedeutet die Gewährleistung einer Kompatibilität neuer Lösungen mit heutigen Steuerungslösungen bei gleichzeitiger Ermöglichung von Optimierungen. Durch Smart Connectivity lässt sich dieser Spagat leicht bewältigen, weshalb sie bei der Smart Factory eine zentrale Rolle spielt.