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02/11/2018

Digitale Integration eines Maschinenparks

Die praktische Umsetzung

Wie gelingt die Digitalisierung des Maschinenbestands bei HARTING? Welche Herausforderungen sind auf diesem Weg zu meistern und welche Ziele sind es, die sich die Technologiegruppe für die digitale Integration gesetzt hat? tec.news sprach mit Markus Obermeier, Team Manager Industrie 4.0, Dr. Stefan Berlik, Teamleiter Kognitive Systeme, und Thomas Kämper, Specialist Condition Monitoring & Maintenance Services, die sich das Projekt auf die Fahne geschrieben haben.

Digitale Integration eines Maschinenparks
Setzen die Digitalisierung im HARTING MAschinenpark um: Thomas Kämper, Markus Obermeier und Dr. Stefan Berlik (v.l.n.r.)

tec.news: Wie sieht die praktische Umsetzung der Digitalisierung von Maschinen bei HARTING aus? Kommen Edge Devices und/oder die Cloud zum Einsatz?

T. Kämper:

Bei der digitalen Integration unseres Maschinenparks setzen wir auf beides – sowohl auf die MICA® als Edge Device als auch auf die Cloud. Das Ziel der Datenerfassung und Sensorik ist dabei, das Verbesserungspotenzial der Maschine komplett auszuschöpfen und zu versuchen, ungeplante Ereignisse vorherzusagen. Die weiteren Ableitungen daraus sind dann Prognosefähigkeit, Adaptierbarkeit und Selbstoptimierung.

M. Obermeier:

In einem ersten Schritt gilt es, große Datenmengen zu erfassen und aufzuzeichnen. Ergeben sich daraus Muster, können Modelle abgeleitet werden, die wir dann einem Edge Device übermitteln. Letztlich ist die Frage nach einer Datenspeicherung in Cloud, Data Center oder Edge anwendungsspezifisch. Es hängt ab von der Menge an Daten, die am Messpunkt bzw. Sensor entstehen. Bei einer großen Datenmenge ist die Cloud aus Kostenaspekten sicherlich attraktiv; bei geringen Mengen können wir im Edge-Bereich bleiben. Wenn dem Edge-Devices ein Analytics-Modell bekannt gemacht werden kann, ist eine Durchführung von Edge Analytics möglich.

Dr. S. Berlik:

Auch die Zusammenführung verschiedener Datenquellen spielt eine bedeutende Rolle: Häufig sind nicht nur Messdaten einer einzigen Maschine nötig, sondern auch andere Datenquellen müssen für das Gesamtbild herangezogen werden. Dann ist es sinnvoll, die Daten von der MICA® in die Cloud zu transferieren, um dort die Aggregation & Korrelation durchzuführen und das Modell schließlich wieder herunterzuführen.   

tec.news: Welche kurz- und langfristigen Ziele gibt es für den Digitalisierungsprozess?

M. Obermeier:

Bei der digitalen Integration unseres Maschinenparks verfolgen wir kurz- und langfristige Ziele. Einerseits erzielen wir Quick-Wins, andererseits nehmen wir uns aber auch strukturiert den gesamten Maschinenbestand vor, analysieren ihn hinsichtlich unserer Projektziele und erstellen ein Konzept für die Prozesse dieses Bereichs. Auf diese Weise wollen wir eine robuste Architektur schaffen, die an vielen Stellen verwendet werden kann. Immens wichtig ist hier natürlich, anhand von Schulungen und Dokumentationen den Prozess und die IT-Architektur zu übergeben und die Qualifizierung des Bedien- und Technikpersonals sicherzustellen. Dann sind sie schließlich selbst in der Lage, den Roll-Out auf alle weiteren relevanten Arbeitsplätze selbst vorzunehmen.

T. Kämper:

Früher haben wir ausschließlich in strukturierten Formaten gespeichert, um klassische Business Analytics durchzuführen. Damit kommen wir nun an unsere Grenzen, denn neben den strukturierten Daten haben wir beispielsweise auch Zeitreihen eines Sensors, JPEGs, lokal auf Festplatte gespeicherte Textdateien usw. – Diese müssen wir alle zuordnen und bedienen uns dazu entsprechend ausgereifter Technologien.

tec.news: Welche Rolle spielt die MICA® bei diesem Vorhaben?

M. Obermeier:

Die MICA® bildet das Gateway zwischen Maschine und Cloud. Wie eingangs angedeutet, sammelt sie Daten, wertet sie aus und hilft dabei, Unregelmäßigkeiten zu erkennen. Um Daten der Maschine einzusehen, braucht man dabei keine lokale Anwendung: die Software-Container sind auf der MICA®, ihre Bedienoberfläche ist webbasiert zugänglich. Das ist eine ihrer Stärken gegenüber anderen Systemen, die beispielsweise nur an einer Stelle Daten sammeln und zur Datenablage einen Server benötigen. Bei der MICA® ist alles gebündelt: ein Gerät mit diversen Software Containern, die man untereinander verbinden kann, um dann komplett erste schnelle Ergebnisse zu erzielen, wie z.B. eine LIVE Visualisierung von Prozessdaten.

Dr. S. Berlik:

Sie bietet darüber hinaus die Möglichkeit, verschiedene Daten zusammenzuführen und durch die kinderleichte Integration beispielsweise externer Sensorik zu einem aussagekräftigen Gesamtbild zu kommen. Gerade im Hinblick auf eine Cloud-Datenerfassung über einen längeren Zeitraum kann es sehr interessant sein, einen genauen Einblick in die Produktionskonditionen verschiedener Maschinen zu erhalten. Wie kann ich etwa Kosten- und Energie-effizient produzieren? Und was kann dabei die eine Maschine von der anderen lernen? 

T. Kämper:

Momentan sind bei uns drei unterschiedliche MICA® Modelle im Einsatz: Das Basismodell verwenden wir im Kunststoffspritzguss und erhalten durch sie den Zugriff auf die Prozessdaten der Maschine. Zyklus- und Dosierzeiten, die Temperaturen der Zylinder – ja sogar durch verbaute Sensorik können wir beispielsweise auf die Druckluftdaten zugreifen. Weiterhin nutzen wir ebenfalls in Bezug auf die Kunststoffspritzgussmaschinen unsere RFID MICA®. Die Werkzeuge sind mit RFID Tags versehen, so dass wir auch die Daten des Werkzeugs einsehen können. Dementsprechend erfolgt demnächst eine Plausibilitätsprüfung: Passt das Werkzeug und z.B. der Greifer zu dem entsprechenden Auftrag. Wenn es um die Energieerfassung von Anlagen und Maschinen geht, nutzen wir unsere MICA® Energy, die durch die extra Schnittstelle mit den jeweiligen Stromzählern kommuniziert, Werte anzeigt und die gewünschten Daten sammelt und auswertet. Die Basis dafür bildet das Modbus-Protokoll. Hinsichtlich unserer weiteren Ausrichtung wollen wir künftig noch weitere MICA® Varianten in der Produktion einsetzen, beispielsweise, wenn es um das Thema Fernwartung geht.  Des Weiteren wird die MICA®  lokal zur Vorverarbeitung von Daten genutzt um den Datentransfer in unserem IT Netz gering zu halten und in der Datenanalyse die Latenz zu reduzieren. 

tec.news: Welche Vorteile bietet die MICA® im Gegensatz zu anderen Gateways?

T. Kämper:

Die von uns verwendeten MICA® Modelle haben entscheidende Stärken im Vergleich zu anderen Systemen. Zum einen sind das die Industrietauglichkeit mit Schutzgrad IP67 und die Kompaktheit, sie direkt in den Maschinen zu verbauen. Zum anderen verfügt sie über diverse Schnittstellen, die übliche Industrie-PCs nicht haben, wie z.B RFID Schnittstellen. Weiterhin punktet die MICA® mit seiner flexiblen Open-Source-Software auf Linux Basis. Durch die offene Plattform lässt sich die MICA® mit frei verfügbarer Software konfigurieren. Die dadurch gewährleistete Offenheit ermöglicht die Installation verschiedener Container auf nur einem System, so dass man nicht auf unterschiedliche Insellösungen ausweichen muss. Bei der Mica® gibt es zudem nur einmalige Investitionskosten, es gibt im Vergleich zu vollwertigen PCs keine Lizenz- oder Leasinggebühren.

MICA® Spritzgussanlage im HARTING Werk II
Die MICA® im Einsatz: Spritzgussanlage im HARTING Werk II
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