InnovationsForum Automation 2017: Eaton Industries Produktionsstandorte zu Smart Factories entwickeln

Redakteur: Anne Richter

Für Smart Factories ist nicht immer das Budget vorhanden oder unwirtschaftlich, den existierenden Maschinenpark komplett auszutauschen. Dann sind Konzepte gefragt, mit denen neue und existierende Maschinen Schritt für Schritt in eine digitale Wertschöpfungskette integriert werden.

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Smart Factories sind die ideale Antwort auf die Frage nach immer kürzeren Produktzyklen, wachsendem Kostendruck und der wachsenden Nachfrage nach zunehmend individueller gestalteten Produkten. Denn durch Maschine-zu-Maschine-Kommunikation (M2M) über standardisierte Schnittstellen, kontinuierliche Datenerfassung, Auswertung und Visualisierung sowie ihre Predictive-Maintenance-Mechanismen verfügen diese Smart Factories über die digitale Infrastruktur, um schneller, individueller und gleichzeitig kostengünstiger zu produzieren als andere.

Intelligente Komponenten bilden die Basis

Grundvoraussetzung dafür, dass eine Smart Factory all dies liefern kann, sind Maschinen, die möglichst umfassend Informationen über ihren allgemeinen Zustand, ihre Auslastung usw. bereitstellen können – und dies möglichst bis auf die Komponenten-Ebene. Diese Daten werden bei komplexeren Komponenten wie Steuerungen, Servoantrieben und Frequenzumrichtern über ihre Feldbusanbindung geliefert. Für einfache Sensoren, Schaltgeräte, Befehls- und Meldegeräte oder andere Feldgeräte bieten sich hierfür intelligente Verdrahtungssysteme auf Geräteebene wie SmartWire-DT von Eaton an. Maschinen neuerer Generation sind gegebenenfalls schon komplett modular aufgebaut. In ihnen arbeiten sogenannte Cyber Physical Systems (CPS): Module, die alle Funktionen zur Datenaufnahme, -verarbeitung und der Ausführung von Prozessschritten eigenständig erfüllen, sodass nicht mehr jede Information an eine übergeordnete Steuerung gesendet werden muss. Jedes CPS kann autonom agieren, sodass nicht mehr nur die Maschine als Ganzes angesprochen werden muss, sondern die Leitstelle der Smart Factory auch die Sub-Prozesse separat ansteuern kann.

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Zurück in die Antike

Man stelle sich vor, wie angenehm das Arbeiten vor dem Turmbau zu Babel gewesen sein muss. Selbst in internationalen Projekten konnten alle Beteiligten problemlos miteinander kommunizieren. Mit der Smart Factory kommen diese Zeiten wieder. Alle Maschinen und sogar die einzelnen CPS-Sub-Prozesse sprechen eine einheitliche Sprache. Dies gilt für alle Kommunikationspartner in gleicher Weise: die Maschinen untereinander (M2M), die Maschinen mit dem Factory Manager und mit der Cloud (M2Factory, M2Cloud). Dies verkürzt nicht nur die Zeiten für die Einrichtung und den Austausch von Maschinen, es vereinfacht – und vergünstigt somit – auch die notwendigen Kommunikationsschnittstellen aller beteiligten Hard- und Softwarekomponenten. Eaton setzt hier auf den OPC-Unified-Architecture (OPC-UA)-Standard der OPC Foundation, der sich heute als der Datenaustausch-Standard für eine sichere, zuverlässige Hersteller- und Plattform-unabhängige industrielle Kommunikation praktisch schon etabliert hat.

Predictive Maintenance starten

Ist auf diese Weise der übergangslose, freie Datenfluss zwischen allen Kommunikationsebenen hergestellt, geht es um die Analyse der Daten. So können für die intelligente Produktion eine Vielzahl weiterer Informationen genutzt werden, zum Beispiel von im Einsatz befindlichen Produkten, von anderen Fabriken, von Lieferketten oder vom Kundenverhalten. Die so entstehende Datenmenge – die Big Data – lässt sich mit neuen Technologien analysieren und als Basis für die Steuerung der Smart Factory wie auch für neue Geschäftsfelder nutzen. Sollen grosse Datenmengen über einen längeren Zeitraum gespeichert werden und andere Parteien, wie Servicepartner oder Datenanalysten, darauf Zugriff haben, bietet sich dafür die Cloud an.

Sichere Kommunikation in die Cloud

Eine konsistente Cybersecurity-Lösung von der Automatisierungskomponente hoch bis in die Cloud sowie höchste Ansprüche an die Sicherheit der Cloud-Rechenzentren minimieren mögliche Angriffs­punkte und sind die Basis einer vertrauenswürdigen Lösung.

Die Cloud-Lösung von Eaton und dem Partner T-Systems bietet eine vollständig durchgängige Lösung. Die Daten sämtlicher Maschinenkomponenten werden über verschiedenste Verbindungssysteme eingesammelt und von den Steuerungs- und Visualisierungskomponenten über OPC-UA ausgegeben. An diesem Ausgabepunkt werden die Daten über sichere lokale Netzwerke – bei verteilten Anlagen auch über Mobilfunk – direkt über T-Systems, T-Mobile oder Telekom-Netzwerke in die Cloud übertragen. Die Speicherung erfolgt in einem hochsicheren Rechenzentrum unter Aufsicht der Security Spezialisten von T-Systems. Nur wenige Grossfirmen gewährleisten eine ähnlich hohe Sicherheit ihrer Daten.

Mit Retrofit IoT-ready

Auch wenn eine Smart Factory modernste Technologien nutzt, bedeutet das nicht, dass sie von Grund auf neu gebaut werden muss. In vielen Fällen macht auch die Erweiterung einer vorhandenen Produktionsstätte um digitale Funktionen durchaus Sinn, selbst wenn dies in einzelnen Schritten stattfindet und anfangs nur neue Maschinen einfacher eingebunden werden. Doch auch vorhandene Anlagen lassen sich oftmals mit einem Retrofit «IoT-ready» machen. Der notwendige Business Case, um eine solche Massnahme zu rechtfertigen, wird normalerweise schnell unrentabel, wenn die komplette Steuerung der Maschine ausgetauscht werden muss. Eaton bietet jedoch eine Lösung, bei der es in vielen Fällen reicht, auf die vorhandene Maschinensteuerung nur eine Visualisierungseinheit aufzusetzen, die mit der bestehenden Steuerung kommunizieren kann und als Schnittstelle zur Cloud fungiert.

Die Bedien- und Steuerungsgeräte der XV-Serie von Eaton bieten hier eine kosteneffiziente Möglichkeit: Diverse Schnittstellen erlauben die einfache Anbindung innerhalb der Maschine. Standardmässig sind die Geräte mit Ethernet, USB (Host und Device), RS232, RS485 und CAN ausgerüstet. Optional lassen sie sich auch an SmartWire-DT anbinden. Die XV300 bietet darüber hinaus Multitouch-Technologie mit Gestensteuerung in hoher Präzision und damit eine intuitive Bedienung. Die Bediengewohnheiten von Smartphone und Tablets im Alltag werden direkt auf die Mensch-Maschine-Schnittstelle übertragen.

Die Visualisierungssoftware Galileo in der Version 10 ist aufgrund umfangreicher integrierter Kommunikationsprotokolle kompatibel zu den meisten marktüblichen Steuerungen. Die Programmierung der Steuerungen basiert auf Codesys und dem internationalen Standard IEC61131. Über die einfache Schnittstellenkonfiguration im Galileo und die integrierte OPC-UA-Schnittstelle können auch ältere Maschinen oder Anlagen schnell und kostengünstig Teil einer Smart Factory werden. Der Anlagenbetreiber kann so mit allen Maschinen seiner Produktionsstätte von den Vorteilen der Smart Factory profitieren, ohne direkt seinen kompletten Maschinenpark austauschen zu müssen. SMM

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