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Digitalisierung: Plattformbasierte Lösungen zur Prozessüberwachung

Digitalisierung
Mittelstand 4.0: Plattformbasierte Lösungen zur Prozessüberwachung

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Gerade auch der Mittelstand kann von plattformbasierten Systemen profitieren. Mit ihnen lassen sich Fertigungsprozesse flexibel überwachen, dokumentieren und optimieren.

Christian Teige
IFW der Leibniz Universität Hannover
Dr.-Ing. Michael Rehe
Geschäftsführer des Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Hannover

Die Digitalisierung bietet in nahezu allen Bereichen der Industrie die Möglichkeit, Abläufe und Prozesse zu optimieren und zu automatisieren. Die Basis dafür beruht auf dem Dreisatz aus Erfassung, Analyse und Auswertung von Daten. Dank immer besserer Sensoren ist das Erfassen von Daten mittlerweile fast überall und zu jeder Zeit möglich. Analyse und Auswertung der so gewonnenen Informationen können entweder über Insellösungen erfolgen oder über Plattformen. Welche Vorteile Plattformen gegenüber Insellösungen auszeichnen und welche Herausforderungen bei ihrer Implementierung zu beachten sind, zeigt ein Projekt von Ecoroll, das vom Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Hannover unterstützt wurde.

Bei Insellösungen werden jeweils nur die Datenquellen miteinander verknüpft, die für die jeweilige Anwendung gebraucht werden. Aufgrund ihrer Individualität erfordern sie meist einen hohen Programmieraufwand. Ein weiterer Nachtteil isolierter Lösungen ist, dass sie nur wenig Flexibilität bieten. Eine nachträgliche Konfiguration oder Anpassung an veränderte Bedingungen erfordert weitere Ressourcen. Den Anforderungen der Industrie 4.0, in der sich die Szenarien häufig ändern und unterschiedlichste Datenquellen miteinander verknüpft werden, sind Insellösungen daher letztlich nicht oder nur unzureichend gewachsen.

Plattform-Lösungen sind flexibler

Plattformbasierte Lösungen sind hier klar im Vorteil. Sie können nicht nur unterschiedliche Datenquellen horizontal miteinander verknüpfen, sondern bieten auch die vertikale Vernetzungen mit anderen Daten-Systemen. Der Fertigungsprozess kann daher über die Plattform auch überwacht, dokumentiert und bedarfsgerecht optimiert werden. Wie eine solche Plattform für die Fertigung von Werkzeugen aufgesetzt werden kann, zeigt eine Plattform zur Prozessüberwachung von Walzwerkzeugen von Ecoroll. Das Projekt weist zudem einen Weg auf, mit dem auch kleine und mittlere Unternehmen Plattformsysteme kostengünstig implementieren können. Das Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Hannover, das die Einführung unterstützte, ist eines von 26 regionalen Kompetenzzentren, die im Rahmen des Förderschwerpunkts Mittelstand-Digital vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert werden.

Um eine Plattform zur Prozessüberwachung aufzusetzen, bedarf es zunächst auf der Maschinenebene Sensoren, die prozessrelevante Parameter erfassen. Im Projekt wurde diese Erfassung über ein von Ecoroll entwickeltes sensorische Walzwerkzeug gewährleistet. Dieses erfasst während des Walzvorgangs die am Werkstück anliegende Walzkraft sowie den Akkustand des Walzwerkzeugs. Beide Daten können via Bluetooth vom Walzwerkzeug an ein Empfangsgerät gesendet und verarbeitet werden. Das sensorische Walzwerkzeug schafft damit die Daten-Grundlage für das Plattformsystem, das zur Prozessüberwachung dann auch weitere Informationen der Werkzeugmaschine verarbeitet – etwa Steuerungsdaten wie die Spindeldrehzahl.

Aufbau des Plattformsystems

Die Herausforderungen beim Aufsetzen des Plattformsystems bestanden vor allem darin, dass es keine Vorbilder für die Prozessüberwachung eines Walzprozesses gab. Entsprechend fehlten Erfahrungswerte hinsichtlich der Prozess- und Störgrößensensitivität. Auch über die Zuverlässigkeit der Anbindung des sensorischen Walzwerkzeugs ans Plattformsystem war nichts bekannt. Nicht zuletzt war zu klären, ob sich durch die plattformbasierte Prozessüberwachung und den daraus abgeleiteten Auswertealgorithmen überhaupt Mehrwerte für die Fertigungsoptimierung generieren lassen.

Für die Umsetzung wurde mit Adamos ein Plattformsystem gewählt, das eine Zusammenführung der Werkzeug- mit den Maschinendaten ermöglicht. Die Übertragung der Daten erfolgt mithilfe eines einfachen und kostengünstigen Raspberry Pi, auf dem zugleich über das grafische Entwicklungswerkzeug Node-Red eine erste lokale Visualisierung sowie die Dokumentation und Auswertung der Daten vorgenommen wird. Für die Prozessüberwachung wird auf diese Weise ein Walzkraft-Zeit-Diagramm erstellt, das die gewalzte Strecke dokumentiert und zugleich durch das Auswerten der Daten bei Bedarf eine Optimierung des Walzprozesses ermöglicht.

Mithilfe des so konstruierten Plattformsystems wird der Walzprozess genau dokumentiert. Das Ergebnis ist eine hohe Produktionstransparenz und der Nachweis eines einwandfreien Herstellungsprozesses. Das ist gerade bei der Produktion sicherheitsrelevanter Bauteile von großer Bedeutung, stärkt aber generell auch die Beziehung zwischen Kunden und Werkzeughersteller, da nun alle Daten des Herstellungsprozesses einsehbar sind und nachvollzogen werden können.

Einstieg in die Predictive Maintenance

Zugleich bietet das Plattformsystem die Möglichkeit, Wartung und Reparatur der Walzwerkzeuge am jeweiligen Bedarf anstatt an starren Terminen auszurichten. Ermöglicht wird damit der Einstieg in die vorausschauende Wartung. Für einen Hersteller, dessen Werkzeuge meist auf kundenseitig vorhandenen Werkzeugmaschinen eingesetzt werden, ergibt sich daraus ein klarer Wettbewerbsvorteil.

Der Aufwand dieses Plattformsystems ist im Vergleich zu Insellösungen gering. Es kann auch von kleinen und mittleren Unternehmen gut umgesetzt werden.

Kontakt:

Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Hannover
Produktionstechnisches Zentrum Hannover
An der Universität 2
30823 Garbsen

Tel.: 0511 762–18065
info@mitunsdigital.de

www.mitunsdigital.de


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