Digitale Vernetzung von Produkten, Prozessen und Dienstleistungen

Aktuell wachsen Maschinen und Anlagen ebenso wie das gesamte industrielle Produktionssystem immer stärker mit der Informationstechnologie (IT) zusammen. Die kommunikativen Grenzen zwischen dem Büro- und Fertigungsumfeld werden sukzessive aufgehoben. Zu diesem Zweck findet eine Digitalisierung von Produkten, Prozessen und Dienstleistungen statt. Als wichtiges Stichwort sei die digitale Vernetzung genannt, welche die Zusammenarbeit, Koordination und Transparenz über die Wertschöpfungskette sowie über Unternehmensgrenzen hinweg verbessert. Neue Technologien, eine schnelle Kommunikation sowie die kostengünstige Datenhaltung bilden die Basis für diesen Ansatz. Die folgenden Beispiele bei der Firma Phoenix Contact zeigen, welche Möglichkeiten sich dadurch schon jetzt in verschiedenen Unternehmensbereichen bieten.

Das Portfolio dieses Unternehmens ist durch eine hohe Fertigungstiefe gekennzeichnet. Das bedeutet, dass aufgrund der baulich erheblich variierenden Produkte eine große Menge an Kunststoffteilen in stetig kleinerer Losgröße sowie immer kürzerer Zeit zur Verfügung stehen muss. Die teils filigranen Komponenten setzen eine hohe Präzision der oftmals komplexen Spritzgießwerkzeuge voraus. So beträgt die Welligkeit unter Umständen lediglich fünf Mikrometer auf dreidimensionalen Konturen. Augmented Reality (AR) hilft bei der Festlegung der Koordinaten zur Positionierung von Auswerfern.

Pro Werkzeug müssen bis zu 200 Positionen exakt definiert werden. Dazu wird die ursprünglich erstellte Zeichnung mit einer 3D-Brille oder auf dem Rechnerbildschirm über das reale Werkzeug gelegt. Damit dies möglich ist, muss das Werkzeug zunächst als digitaler Zwilling in der Software generiert werden. Aus diesen Daten leitet sich dann das 3D-Modell ab. Eine fest installierte Kamera nimmt anschließend ein Bild des gefertigten Werkzeugs auf. Indem das Modell nun dem Foto des realen Produkts überlagert wird, erhält der Mitarbeiter genaue Handlungsanweisungen, was den Zeitaufwand für die Auswerfer-Positionierung im Vergleich zur bisherigen Vorgehensweise deutlich reduziert.

Auch bei der Werkzeugprüfung tragen die digitalen Daten zur Verbesserung des Arbeitsablaufs bei. Bislang wurden hier die Prüfmaße für die abschließende Messung des Werkzeugs manuell erfasst. Doch bei komplexen Produkten gibt es bis zu 2500 Prüfmaße, die bis dato mehrfach mit Messschiebern bestimmt werden mussten. Das kostet viel Zeit. Deshalb setzt der Werkzeugbau jetzt einen Computertomographen (CT) ein. Im CT wird ein Foto des Werkzeugs gemacht, das die Mitarbeiter dann über seinen digitalen Zwilling legen. In dem Falschfarbenbild sind eventuelle Abweichungen sofort zu erkennen. Heute werden also kleinste Details im entstandenen Foto gemessen und nicht mehr am realen Produkt. Statt wie früher Freigaben erst nach mehreren Messzyklen zu erteilen, veranschlagen die Mitarbeiter des Werkzeugbaus nun lediglich rund 90 Sekunden pro Prüfmaß.

Die Digitalisierung hat ebenfalls beim Transport der Spritzgießwerkzeuge vom Lager an die entsprechende Maschine Einzug gehalten. Sensoren, die an den Toren der Werkshallen angebracht sind, stellen über einen am Werkzeug befindlichen RFID-Tag fest, welches Werkzeug in welche Richtung befördert wird. Die aufgenommenen Daten dienen dann der Prozessverfolgung. Die Maschine identifiziert das Werkzeug über den RFID-Tag und lädt das passende Programm selbständig aus dem Leitrechner. Das übergeordnete Leitsystem greift ferner auf die Materialverwaltungsdaten zu. Aufgrund der dort hinterlegten Wartungsintervalle erhält der zuständige Mitarbeiter beispielsweise eine Nachricht, wenn ein Service ansteht. Er muss die Termine somit nicht in einem Kalender pflegen oder regelmäßig händisch prüfen. Der Maschinen- und Anlagenbau des Unternehmens überführt Daten der verschiedenen Applikationen im ersten Schritt in eine sichere Cloud-Lösung. Hier werden sie mit Geschäftsprozessen verbunden und den jeweiligen Zielgruppen zugänglich gemacht. Steht momentan noch die Anlagenüberwachung im Vordergrund, wird sich der Schwerpunkt in Richtung Remote Support, Maintenance Management und Big-Data-Analysen verschieben. Dabei nimmt die Integration von Drittanbietern per Cloud-to-Cloud-Kommunikation an Bedeutung zu, denn oftmals kann ein einzelnes Unternehmen das jeweils benötigte Know-how nicht zur Verfügung stellen, sondern muss Spezialisten zu Rate ziehen.

Phoenix Contact setzt in diesem Kontext auf den Industrial-Ethernet-Standard Profinet. Das unternehmenseigene Proficloud-System verknüpft die in der Produktion aufgebauten Profinet-Netzwerke mit dem Internet. Neben der Vernetzung von IO-Baugruppen lässt sich über die Proficloud jedes internetfähige Gerät ankoppeln, um beispielsweise Status- und Warnmeldungen direkt auf dem Smartphone oder der Smartwatch zu erhalten. Mit eigener Intelligenz ausgestattete Sensoren und Aktoren können direkt in die Lösung eingebunden werden, während für passive Teilnehmer eine Proficloud-Steuerung erforderlich ist.

Die gesammelten Maschinendaten liegen anschließend für weitere Auswertungen vor. Ihre Analyse übernehmen Apps, die speziell für die entsprechende Applikation angepasst wurden. Die Daten werden dazu von einem virtuellen Proficloud-Gerät über das Profinet-Protokoll erfasst und in der Cloud untersucht. Danach bekommen die Anlage und ihr Bediener Instruktionen oder Handlungsempfehlungen zur Störungsbeseitigung, Durchführung der Wartung oder Verbesserung des Fertigungsprozesses. Die Verwendung der digitalen Daten reduziert auch die durch Verschleißteile hervorgerufenen Stillstandzeiten deutlich oder verhindert sie sogar. Über die Proficloud-Plattform kann der Anwender das notwendige Spezialisten-Know-how oder Service-Leistungen als App zukaufen.

Am Unternehmensstandort in Bad Pyrmont sorgt ein datenbasiertes Energiemanagement für hohe Effizienz und niedrige Betriebskosten. Zu diesem Zweck sind die Energieversorgung, der Wärme- und Kältering sowie die Produktionsbereiche miteinander vernetzt. Die Auftragsdaten und Energiemesswerte in den Fertigungshallen werden beispielsweise mit der Energieversorgung verbunden. Auf diese Weise lassen sich Lastspitzen bei einer unterbrechungsfreien Produktion vermeiden. Einen großen Beitrag zur eigenen Energieerzeugung leistet das Gas-Blockheizkraftwerk (BHKW) mit einer Gesamtperformance von 720 Kilowatt. Im Normalbetrieb deckt das Kraftwerk rund die Hälfte des Strombedarfs ab. Darüber hinaus sind auf dem Dach eines Gebäudes Photovoltaikmodule mit einer Spitzenleistung von 160 Kilowatt installiert. Die Erfassung der Energiedaten stellt jederzeit den wirtschaftlich optimalen Mix der verschiedenen Stromquellen für Strom, Wärme und Kälte sicher. Um zu testen, wie sich die Stromspeicherung in das Energiemanagement integrieren lässt, hat das Unternehmen zehn-Kilowatt-Speicher und Ladesäulen für Elektroautos in die Lösung eingebunden.

Aus den Betriebsdaten des Kraftwerks lesen die Techniker ab, wann die Zündkerzen der Motoren erneuert werden müssen. Eine solche Überwachung senkt einerseits die Wartungskosten, denn der Wechsel einer Kerze kostet bis zu 300 Euro. Daher sollte einem verfrühten Austausch vorgebeugt werden. Andererseits darf das Kraftwerk nicht ausfallen, weil die Sicherungen zu spät ersetzt worden sind. Es gilt also den optimalen Zeitpunkt zu finden. Dann wird der zuständige Techniker direkt per Email oder Smartwatch informiert.

Die Aufnahme aller vorliegenden Daten hat den Vorteil, dass übergreifende Systeme stets auf aktuelle Informationen zurückgreifen und diese verarbeiten können. So lassen sich zum Beispiel Prozesse besser steuern und Wartungsarbeiten präventiv planen, was zu einer Kosten- und Zeitersparnis führt. Digitale Daten unterstützen ferner bei komplexen Servicetätigkeiten, indem sie Handlungsempfehlungen zur Verfügung stellen. Derzeit gibt es nur für wenige Anwendungen vorgefertigte Konzepte, die einfach übernommen werden können. Das wird sich in Zukunft ändern, da immer mehr Unternehmen aus den neuen Technologien eigene Idee und Geschäftsmodelle entwickeln. do     

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