Bereits heute sind Maschinen- und Anlagenbetreiber durch Fähigkeiten künstlicher Intelligenz (KI) sowie entsprechender Sensorik in der Lage, Betriebsdaten zu erhalten und nützlich auszuwerten. Daten können direkt, also in Echtzeit ausgewertet werden, um mehr über Abhängigkeiten und Wechselwirkungen im Herstellprozess zu erfahren. Digitalisierung und KI unterstützen Anlagenbetreiber dabei, komplexe Produktionsprozesse transparenter zu erleben und besser steuern zu können.
Als Automatisierer fokussiert sich Festo aktuell darauf, seine Kernkompetenz der Fabrikautomation in die KI-gestützte, digitalisierte Produktion von morgen zu überführen. Heute analysieren Algorithmen die Daten aus Maschinen und ermöglichen Vorhersagen über Ausfälle oder verhindern diese. Künftig sollen Algorithmen komplex-vernetzte Wertströme beobachten, steuern, navigieren, kontrollieren und regeln. Sie werden Entscheidungen des Menschen wohl nicht ersetzen, ihn bei der Entscheidungsfindung allerdings enorm unterstützen.
Die klassische Automatisierungspyramide mit linearer Verbindung zwischen Fertigungsebene und Unternehmensebene löst sich auf. Ihre Struktur verändert sich in Richtung einer vernetzten, synchronisierten Produktion. Gleichzeitig entstehen mit der Digitalisierung virtuelle Abbilder von Maschinen, Anlagen und Wertströmen. Der entscheidende Vorteil dabei: In der computergenerierten Simulation lassen sich Prozesse, Parametrierungen und Konfigurationen durchspielen, ohne in bestehende und laufende Produktionen eingreifen zu müssen. Rüst- und Stillstandszeiten verringern sich, was Kosten und Zeit spart. Und es stellt ein unverzichtbares Vorgehen für Länder mit hohem Lohnanteil in den Herstellkosten dar, um im globalen Wettbewerb konkurrenzfähig zu bleiben.
„Die hohe Produktivität durch Vollautomatisierung erfordert zum Beispiel die Bevorratung vieler Ersatzteile und einen hohen Personalaufwand in der vorbeugenden Instandhaltung. KI, hier im Speziellen maschinelles Lernen mit Anomalie-Erkennung, wird dazu beitragen, diese Kosten in Zukunft zu senken“, meint Dr. Oliver Jung, Vorstandsvorsitzender von Festo.
Produktionsoptimierung mit künstlicher Intelligenz
Um durch eingesetzte Algorithmen einen Mehrwert zu erreichen und die Effizienz zu steigern, sei es unerlässlich, Anwendungen genau zu bestimmen. Nur wenn die Daten zielgerichtet vorstrukturiert und in ausreichender Menge verfügbar seien, würde man befriedigende Ergebnisse erhalten: „Wir haben in unseren eigenen Werken in einem Produktionsprozess die Qualitätssicherung mit KI unter die Lupe genommen und festgestellt, dass der Big-Data-Ansatz aus dem Consumer-Markt in der Industrie nicht zum Erfolg führt. Also erst als wir das Expertenwissen der Maschinenbediener mit den passenden statistischen Methoden einer KI zusammengebracht haben, ist es uns gelungen, die Effizienz signifikant zu steigern“, erklärt Jung.
Momentan konzentriert sich Festo vor allem auf KI-Auswertungen on-edge, also direkt an der Komponente, oder on-premise innerhalb eines Produktionsnetzwerkes. Das spare Kosten, garantiere Echtzeitauswertungen und vermeide Latenzen. Nur aufwändige Auswertungen über weltweit verteilte Werke hinweg würden die großen Rechenleistungen einer angebundenen Cloud-Infrastruktur benötigen.
Digitale Komponenten sollen neuen Geschäftsmodellen den Weg ebnen und dabei immer auch einen erkennbaren Mehrwert bieten. Ein gängiger Ansatz auf dem Weg dorthin besteht aktuell darin, technische Unregelmäßigkeiten frühzeitig zu erkennen, um notwendige Maßnahmen vor einem Anlagenausfall zu starten. Dashboards und das IoT-Gateway CPX-IOT von Festo sollen dies als smarte Komponenten ermöglichen.
Die schlüsselfertigen, vorkonfigurierten Dashboards erfordern keine zusätzliche Programmierung oder Installation von Software. Die Daten verbessern die betriebliche Transparenz für Produktionsleiter und Bediener. Weiterverarbeitung und Langzeitauswertung von Daten finden in der Cloud statt. Dashboards visualisieren die gewonnenen Informationen. Damit werden Maschinenbauer wie Endanwender in mehreren Schritten über eine Visualisierung und Datenaufbereitung unterstützt. Im Ergebnis bedeutet das mehr Produktivität durch bessere Auslastung (OEE), geringere Kosten durch mehr Energieeffizienz und weniger Stillstand aufgrund umfassender Diagnose, Condition Monitoring und verbesserter Instandhaltung. Außerdem können Anlagenbetreiber die Prozessleistung ihrer Maschinen über verschiedene Standorte hinweg vergleichen und Potenziale zum Energiesparen identifizieren. Die Daten sind jederzeit abrufbar.
Mit KI wächst der Automatisierungsgrad
Ein IoT-Gateway, quasi als Hardware für unbegrenzte Kommunikation, verbindet Komponenten und Module aus der Feldebene wie etwa die Automatisierungsplattform – inklusive Ventilinsel und Energie-Monitoring-Modul – über ihre OPC-UA-Schnittstelle mit der Festo-Cloud. Das Gateway sammelt über eine ethernetbasierte Schnittstelle und ein standardisiertes Kommunikationsprotokoll Informationen und Daten über Festo-Geräte und deren aktuelle Zustände. Über den zweiten Ethernetanschluss sendet es diese Informationen mit IoT-Protokollen in die Cloud. Das vorkonfigurierte Dashboard visualisiert die passenden Informationen und erspart mühevolle Programmierarbeit. Geeignete IT-Sicherheitsmechanismen gewährleisten dabei die Datensicherheit.
Mit dem IoT-Gateway können bestehende Produktionsanlagen ohne größere Eingriffe KI-fähig gemacht werden. Algorithmen und Modelle lassen sich direkt auf dem Gerät und ohne Änderung der SPS aktualisieren – unabhängig von der Rechenleistung und den freien Ressourcen der SPS.
Festo nutzt sein Wissen aus industriellen Anwendungen und aktuellen Entwicklungen der Informationstechnik, um Online-Anwendungen für die industrielle Automation umzusetzen. Über ein App-basiertes Wartungsmanagement soll die papierlose Wartung vorangetrieben werden. Eine App namens Smartenance steht zum Download bereit, sodass Produktionsleiter ein Dashboard aufrufen können. Via App sollen Endkunden die Anlagenwartung terminieren, nachverfolgen und auswerten können. Ein digitaler Wartungskalender soll die Wartung einfacher, schneller und sicherer machen, wenn eine gegenseitige Prüfung von Anlagenbedienern und Produktionsleitern erfolgt und viele Wege und Abstimmungen entfallen.
Smartenance ist cloudbasiert und herstellerunspezifisch. Die Anwendung soll selbsterklärend und damit leicht und schnell einzurichten sein. Sie soll ein einfacher und kostengünstiger Einstieg in die Welt der Digitalisierung sein, der aus zwei Teilen besteht: einem mobilen Wartungskalender als App für Smartphones und Tablets und einem Dashboard als Webseite für Produktionsleiter, mit dem sie Wartungsaufgaben verwalten und dokumentieren können. Das Dashboard kann bequem im Web-Browser aufgerufen werden.
Nach dem Download über die App-Stores von Apple oder Google erwerben Anwender eine Lizenz für in der Festo-App-World. Mit dieser übertragen sie ihre Aufgaben und Wartungsintervalle aus der Dokumentation ihrer Anlage selbstständig, die sie vom Maschinenbauer bekommen haben. Danach ist das System sofort einsatzbereit. Jeder Anlagenbediener kann sämtliche Aufgaben sehen und bearbeiten. Produktionsleiter haben automatisch alle erledigten und offenen Aufgaben im Blick.
Auch für Maschinenbauer ist App-basierte Lösung interessant. Sie können die Wartungsaufgaben für jede Anlage direkt in eine digitale Lösung überführen und ihren Kunden als Mehrwert zur Anlage weitergeben. Wartungsanleitungen lassen sich digital mit Bildern, Videos und PDFs erweitern. Damit können Teammitglieder auf einfache Weise zusammenarbeiten. Softwarebasiert kommt die Wartungsaufgabe direkt zum Anwender, der alle Vorteile eines digitalen Wartungsmanagements nutzen kann, denn alle relevanten Aufgaben sind auf Knopfdruck verfügbar.
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Festo AG & Co. KG
Ruiter Straße 82
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