Industrie-4.0-Case-Study: Nachrüstung eines bestehenden Maschinenparks mit IoT-fähigen Kontrolleinheiten
von Dr. Marcus Dill
Planmäßige Ausfallzeiten sind kostspielig, ungeplante Stillstände verheerend – dessen ist sich der Hersteller für Sicherheitskleidung aus Metallgewebe bewusst. Die rund 60 Maschinen des Unternehmens sind größtenteils seit mehr als fünf Jahrzehnten im Betrieb und bergen ein enormes Ausfallrisiko: Zwar funktionieren sie noch immer reibungslos und liefern erstklassige Produktqualität, doch die elektronischen Komponenten sind längst veraltet und Ersatzteile nicht mehr so leicht zu beschaffen. Zudem müssen bei jeder Umrüstung der Produktionsanlage für eine neue Charge die Prozessanweisungen auf eine Speicherkarte gebracht und diese von Hand in ein aufmontiertes Steuergerät eingeführt werden. Diese Prozedur wiederholt sich teilweise mehrmals täglich.
Der aus dem Prozess resultierende Verschleiß der Steckkontakte und Elektroden in Kombination mit Staub und Fett, Vibrationen und Reibung in der Produktion machen die Kontrolleinheiten anfällig für Ausfälle. Hinzu kommt das Risiko gewöhnlicher Betriebsfehler, wie des Vertauschens von Speicherkarten. Auch sind die Informationsinhalte auf den winzigen Ausgabebildschirmen nicht ausreichend: Es gibt zu wenig Daten über die aktuelle Situation, um strategische Maßnahmen zu ergreifen, wie beispielsweise im Falle einer Überhitzung oder der Überschreitung von Toleranzgrenzen. Prozessoptimierungen sind so gut wie unmöglich.
| Ausgangssituation |
| Ein etablierter Hersteller von Sicherheitskleidung aus Metallgewebe betreibt Produktionsanlagen, die aufgrund ihres Alters deutliche Schwächen zeigen: Die elektronischen Komponenten sind längst veraltet, Ersatzteile teilweise nicht mehr erhältlich. Das Risiko: Störungen führen zu Stillständen von unvorhersehbarer Dauer. Prozessoptimierungen sind aufgrund fehlender Daten ebenso unmöglich wie Predictive Maintenance. |
Beseitigung des Single Point of Failure
Die zukunftsorientierte Forschungs- und Entwicklungsabteilung des Kunden wandte sich an die Positive Thinking Company, um eine Lösung zu finden. Die Anforderungen umfassten neben einer dezimierten Anzahl an Ausfällen und einem besseren Wartungsmanagement auch eine Prognosesoftware für Predictive Maintenance, ein zentrales Data-Management-System und die Möglichkeit, den Produktionsprozess zu optimieren. Zudem waren Informationen bezüglich Nutzung, Verfügbarkeit und Betriebseffizienz der Anlagen gefragt. Eine kabellose Verbindung der Maschinen zu einem zentralisierten Kontrollsystem mit intuitiver Mensch-Maschine-Schnittstelle, größere Output-Bildschirme, die Visualisierung der Sensordaten und eine größere Anzahl an Interfaces für Sensoren wurden ebenfalls angestrebt. Alles in allem galt es, eine nachhaltige, erweiterbare Lösung zu realisieren, die IoT-fähig ist, die Nutzung des Datenpotenzials erlaubt und zudem in Schritten implementierbar ist.
Schäden reparieren, ohne die Funktionsfähigkeit zu beeinträchtigen
Zunächst wurden die Daten der Produktionsmaschinen im laufenden Betrieb überwacht, um eine Ausgangsbasis für die darauf folgenden Schritte zu schaffen. Anschließend wurde ein Prototyp eines „Programmable Logic Controllers“ (PLC) entworfen, realisiert und auf der Maschine getestet. Dieser ersetzte daraufhin die alten Kontrolleinheiten, um neue Rechenleistung und integrierte Logik zu gewährleisten.
| Ergebnisse |
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Der Kunde sicherte sich damit die Gewissheit, seine Anlagen auch in den nächsten 10 bis 15 Jahren noch verlässlich betreiben zu können. Parallel zum operativen Geschehen erarbeitete man gemeinsam mit der Positive Thinking Company eine umfassende IoT-Strategie. Da die PLCs in der Lage sind, weitaus mehr Sensoren zu berücksichtigen als die bisherige Lösung, stehen insgesamt mehr Sensordaten zur Verfügung.
Zudem werden über das größere Display deutlich mehr Produktinformationen visualisiert. Hierdurch kann ein Techniker die dynamischen Daten von Produkt und Maschinenleistung überwachen und gegebenenfalls manuell eingreifen. Zusätzlich bilden PLCs eine solide Basis für die Integration in ein „Supervisory Control and Data Acquisition System“ (SCADA), die in zukünftigen Modernisierungsschritten umgesetzt werden kann. Die Berater der Positive Thinking Company setzen zudem auf einen teamorientierten Ansatz bei der Lösungsentwicklung. Ein wesentlicher Aspekt ist es dabei, das Wissen und die Erfahrung der Maschinenführer zu erschließen und zu sichern.
Fazit: Die bestehende Anlage kann weiterhin genutzt werden, während gleichzeitig zukünftige Verbesserungen in Performanz und operativer Effizienz in Planung sind. Der Sprung ins 21. Jahrhundert mit dem existierenden Maschinenpark ist geglückt. //
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Fahad Faisal
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