Smarte Komponenten sollen die Maschine intelligent überwachen Kluge Apps für die smarte Produktion

Smarte Komponenten sollen die Maschine intelligent überwachen

Kluge Apps für die smarte Produktion

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Industrie 4.0 | Maschinenbauer MAG arbeitet an cleveren Lösungen, um die Wartung gezielter planen und Stillstände reduzieren zu können. Die Komponenten sollen selbst melden, wann ihre Lebenszeit endet.
In zwei Forschungsprojekten zur intelligenten Fertigungsunterstützung engagiert sich der Werkzeugmaschinenbauer MAG noch bis Ende 2016. Einerseits soll die Maschinenüberwachung intelligenter, andererseits auch die Komponenten in den Maschinen schlauer werden. Mit Secure Plug-and-Work wollen die Eislinger künftig eine Art Ausfallprognose für die Maschinen bei den Kunden liefern und mit eApps4Production Maschinen- und Anlagen in Echtzeit überwachen können.
Im Idealfall könnte MAG anhand sämtlicher Informationen über einen Maschinentyp ermitteln, ob etwa die Spindeln zu robust oder zu schwach ausgelegt sind oder ob ein bestimmtes Hydraulikaggregat häufiger ausfällt. Daran ließen sich Schwachpunkte erkennen und die Maschinen entsprechend optimieren. „Wenn wir alle Daten verfügbar hätten, wäre eine predictive Wartung möglich“, erklärt Dr.-Ing. Jan Kotschenreuther, Leiter Neue Technologien bei MAG. Genau dorthin will der Maschinenbauer kommen. Das Ziel ist, bei den Kunden die Maschinen-Stillstandszeiten zu reduzieren. Die übertragenen Maschinendaten beispielsweise zum Energieverbrauch, zur Nutzung oder zum Komponentenzustand bringen beiden Seiten einen Mehrwert.
Der erste Schritt zu einer kontinuierlichen Überwachung heißt bei den Eislingern künftig „Secure Plug-and-Work“. Hierzu werden derzeit im Rahmen eines vom BMBF bezuschussten Industrie-4.0-Forschungsprojektes Lösungen entwickelt. Das Prinzip ist so einfach wie effizient: Wie Druckerpatronen mit Chips versehen sind, um Informationen mit dem Drucker auszutauschen, wollen die Ingenieure künftig die Komponenten einer Werkzeugmaschine mit einer „Intelligenz“ ausstatten. Getestet werden je nach Bauteil unterschiedliche Speichermöglichkeiten, von der simplen SD-Karte bis zum Mikro-PC. Die Daten werden regelmäßig gespeichert und mit der Maschine ausgetauscht. Muss eine Komponente gewechselt werden, greift das Druckerprinzip: die Maschine liest den Datenspeicher beispielsweise der Spindel aus, erkennt dass es sich um ein Originalbauteil von MAG Corcom handelt, akzeptiert die Spindel und ist mit ihr verbunden.
Vorerst ist geplant, vorhandene Komponenten, die bei einem Ausfall hohe Kosten oder lange Reparaturzeiten nach sich ziehen, mit einer solchen Intelligenz zu versehen. Als smarte Pilotkomponenten wurden deshalb die Spindel, inklusive der Lager, und der Kugelgewindetrieb ausgewählt. Auf die Spindel wird ein Zigarettenschachtel-großer Mikro-PC aufgebracht, weil sie zusätzliche Schnittstellen und Ethernet-Anbindung zur Erfassung auch anderer Maschinendaten gleich mit bereithalten soll. Der Kugelgewindetrieb bekommt einen RFID-Chip.
Heute wird die Spindelwartung noch aufgrund der optimalen Mindestlaufzeit eingeplant. Die vom Hersteller mit gegebenen mittleren Laufzeiten sind jedoch recht theoretisch auf den Idealfall bezogen. In der Praxis beeinflussen unterschiedliche Aspekte die Lebensdauer der Spindel, so wirken sich beispielsweise der Zusammenbau eines Lagers auf die Haltbarkeit aus oder auch die tatsächlichen Einsatzbedingungen der Maschine. Der Mikro-PC hält diese Informationen fest.
Das größte Problem an einer Spindel sind die Lager. Wenn eine Spindel zum Beispiel mit 2000 min-1 gefahren wird, können über ein Datenblatt die Schadensfrequenzen für das Lager bei dieser Drehzahl ermittelt werden. Schließlich lässt sich darüber ermitteln, was genau defekt ist. Über diverse zusätzliche Aus- und Eingänge können auch weitere Daten, ganz gleich ob analog oder digital, mit auf der Spindel gespeichert werden. Dadurch fungiert sie als eine Art Fahrtenschreiber. Über ein vergleichbares Lastkollektiv weiß man schließlich, wie lange ein Spindeltyp noch hält.
Und tatsächlich könnte dieses Prinzip schon bald auch beim zweiten Pilotbauteil greifen – sobald die Kugelgewindetriebe mit einem RFID-Chip versehen sind. Die Komponente wird mit wichtigen Messwerten beschrieben und kann diese nach dem Einbau an die Maschinensteuerung übergeben, so dass eine Reduktion der Inbetriebnahmezeiten bei gleichzeitig geringerer Fehlerquote resultieren. Auf allen verfügbaren Informationen basierend wird ein Präventionsplan erstellt. Ist das Monitoring richtig eingerichtet, wird sichtbar, wann eine Spindel oder ein Kugelgewindetrieb kritisch sind. Im Sinne eines optimierten Services lassen sich dann die Wartung nach Prioritäten planen, mehrere Aufgaben sinnvoll zusammenfassen und so die Maschinenstillstandszeiten reduzieren. „Das ist noch Zukunftsmusik, soweit können wir Ausfälle bisher noch nicht konkret vorhersagen, wir arbeiten aber an einer ständigen Verbesserung der Vorhersagen“, sagt Kotschenreuther.
Noch einen Schritt weiter geht MAG mit „eApps4Production“. Darunter versteht der Maschinenbauer eine flexible Vernetzung intelligenter Engineering Apps, also e-Apps, zur Maximierung der Maschinen- und Anlagenperformance. Dazu soll Sensorik, die sich ohnehin schon auf der Maschine befindet, ausgelesen oder neue Sensorik hinzugenommen werden, etwa Stromzähler, Durchflussmessgerät für Druckluft, Temperatursensoren. Über die Maschinenschnittstelle greifen die Apps auf alle Daten zu, die in der Maschine vorhanden sind, aus der Steuerung ebenso wie aus zusätzlichen Sensoren, die über das Bus-System mitlaufen. Die Informationen sollen sich auf alle Geräte verteilen lassen, die man nutzen möchte, denn die eApps sind plattformunabhängig.
Die gesammelten Daten können natürlich unmittelbar am HMI-Monitor angezeigt werden. Die eApps werden über einen Dienstekatalog bereitgestellt. Darüber lassen sich komplette Workflows einfach per Drag-and-Drop generieren. Meldet eine CNC-Maschine beispielsweise, dass die Spindel in Kürze ausfallen könnte, dann verschickt die App automatisch eine SMS an die Instandhaltung. Die Dienste lassen sich miteinander verknüpfen. Die eApps sollen in Excel (Office 2013) verfügbar sein. Dort einmal aufgerufen, lässt sich eine Maschinendatenliste einrichten. Die Daten werden ab dann in Echtzeit fortgeschrieben, und der Anwender erhält so ein kosteneffizientes Tool für Maschinenauswertungen.
Ein erstes konkretes Ergebnis aus dem eApps-Projekt liegt bereits vor und wird mit den neuen MAG-Maschinen als Option angeboten – das Energie-Effizienz-Paket mit übersichtlichem Energiemonitor. Wenn beispielsweise längere Zeit kein Bauteil einläuft, schaltet die Maschine automatisch auf Leerlauf und die nicht benötigten Komponenten ab. (mw)
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