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Bild: iStock, Predrag Vuckovic
Datenmanagement

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Abtauchen in die Datentiefe

Text: Martin Greif, Bachmann
Der Begriff Industrie 4.0 ist im deutschen Maschinenbau in aller Munde. Aber wie bekommt man ohne großen Mehraufwand aus den Daten der Sensoren und Aktoren nutzbares Wissen? Ein neues Software-Konzept hebt die Datentiefe in der vertikalen Ebene auf ein höheres Niveau an.

Die intelligente Fabrik hat mit dem horizontalen und vertikalen Informationsfluss aus Sicht der Automatisierung zwei wichtige Dimensionen. Während der horizontale Informationsfluss die Vernetzung über Anlagenteile und Hersteller hinweg beschreibt, betrifft der vertikale Datenfluss die intelligente Datennutzung innerhalb einer Anlage und über verschiedene Standorte hinweg. Bachmann fokussiert sich auf die Optimierung des vertikalen Datenflusses, mit dem Ziel, die Maschinenüberwachung und das Servicemanagement zu verbessern sowie ungeplante Stillstandzeiten zu vermeiden. Als Lösung setzt der Hersteller auf das Software-Modul Flotten-Management-System (FMS). Dabei handelt es sich um ein neuartiges Konzept, das Daten aus der Tiefe der Maschinen-Sensorik und -aktorik holt und zu nutzbarem Wissen veredelt. Auf globaler Ebene ermöglicht dies eine zustandsbasierte Wartung über Anlagen- und Eigentümergrenzen hinweg.

Insbesondere in der Schwerindustrie wie in der Hütten- und Walzwerktechnik sowie Umform- und Urformtechnik sind eine effiziente Maschinenüberwachung und -wartung von hoher Bedeutung. Denn hier laufen die Maschinen oft 20 bis 30 Jahre. Das bedeutet, dass Systemoptimierungen während der Laufzeit die Regel sind. Umso wichtiger ist es sowohl für den Maschinenbauer als auch für den Betreiber, möglichst viel über den Gesundheitszustand der Maschinen zu wissen.

Zustandsbasierte Wartung

Bisher wird in der Schwerindustrie vor allem präventive Wartung betrieben. Das heißt, Verschleißteile wie die Hauptzylinder einer Druckgussmaschine oder die Lager einer Walze werden nach bestimmten Zyklusvorgaben präventiv ausgetauscht, unabhängig von deren Verschleißzustand. Als Folge können stark beanspruchte Komponenten zu früh, zu spät oder zu einem ungünstigen Zeitpunkt ausgetauscht werden – es entstehen unnötige Kosten. Optimaler ist die zustandsbasierte Wartung, bei der nur dann Bauteile ausgetauscht werden, wenn es wirklich notwendig ist. So lassen sich auch die Wartungseinsätze deutlich besser planen.

Effizienz statt Mehraufwand

Viele Maschinenbauer wissen um diese Vorzüge, scheuen aber noch die Umstellung auf die zustandsbasierte Wartung. Der Grund ist die Sorge, die Erfassung beziehungsweise Aggregation großer Datenmengen sei zwangsläufig teuer und kompliziert. Zudem fragen sie sich, wie die gesammelten Daten sinnvoll genutzt, Informationen weltweit gesammelt und die unterschiedlichen Nutzergruppen innerhalb des Unternehmens zielgerichtet mit den richtigen Informationen versorgt werden können. Das Flotten-Management-System von Bachmann zeigt, wie zustandsbasierte Wartung einfach und ohne großen Mehraufwand funktionieren kann.

Mehr Wissen in 5 Schritten

Das neue Software-Konzept von Bachmann beruht auf fünf Schritten, mit denen sich die Nutzung des vertikalen Informationsflusses innerhalb einer Anlage sowie über verschiedene Standorte hinweg optimieren lässt. Dabei setzt es zunächst bei den Standards und den Daten an, die bereits verfügbar sind.

1. Datenerfassung

Am Anfang steht die Datenerfassung. Das Software-Modul FMS nutzt hierfür die ohnehin vorhandene Sensorik und Aktorik der Maschinen. Je nachdem, welche Daten genau erfasst werden sollen, ist höchstens eine selektive Nachrüstung neuer Messpunkte notwendig. Somit entstehen grundsätzlich keine Mehrkosten gegenüber dem standardmäßigen Betrieb einer Maschine.

2. Datenaggregation

Im zweiten Schritt erfolgt die Datenaggregation, bei der die gesammelten Daten in mehreren Stufen zu nutzbaren Informationen verdichtet und in einer Datenbank abgelegt werden. Dabei überprüft das FMS die gewonnenen Messwerte direkt auf Grenzwertüberschreitungen und gibt gegebenenfalls Alarm. Zudem lassen sich auf Basis der Daten integrale und differentiale Trends ableiten, indem das System die Messwerte über einen längeren Zeitraum beobachtet und vergleicht. Ausreißer und Messfehler lassen sich so schnell identifizieren, und der Bediener kann sowohl Einzelwerte als auch Kurvenverläufe gezielt anpassen. Alle gewonnenen Informationen werden sicher gespeichert.

Um die Lösung möglichst praxisnah und kosteneffizient zu gestalten, hat sich Bachmann bei der Entwicklung des Software-Konzepts an dem Einheitsblatt 24582 des Fachbereichs Werkzeugtechnik des VDMA orientiert. Das bedeutet, dass das FMS zunächst Maschinendaten abfragt, die in der Maschinensteuerung standardmäßig ohnehin vorhanden sind. Im Bereich der Hüttentechnik wären dies Werte wie die Anzahl der Pumpenanläufe oder Ventilschaltspiele, Anlauf-/Hochlaufzeiten von Pumpen und Laufleistung von Zylindern. Der Anwender kann die Verdichtung der Daten anhand vorgefertigter Funktionsbausteine wie Betriebsstundenzähler, Schaltspielzähler, Grenzwertüberwachung, Energieverbrauch oder Trend, aber auch mithilfe kundenspezifischer Module betreiben. Die Funktionsbausteine sind frei konfigurierbar und mehrfach instanzierbar. Derselbe Baustein kann somit parallel in mehrfacher Ausführung laufen. Zudem setzt die Software die aggregierten Daten in Korrelation mit Betriebsdaten wie Betriebszustand oder Zeitstempel.

3. Daten lokal nutzbar machen

Im dritten Schritt macht das Software-Modul die Daten lokal nutzbar. Das heißt, das System tauscht die lokal gesammelten Daten über ein sogenanntes Systemvariablen-Interface (SVI) innerhalb der Anlage aus. Dies geschieht mittels Kopplung des FMS über das SVI mit anderen Applikationen oder Modulen wie dem M1 webMI pro zur Anlagenvisualisierung oder via OPC UA mit der Betriebsführung beziehungsweise dem MES-System.

4. Datenmanagement

Neuartig ist vor allem das verteilte Datenmanagement des Software-Konzepts. So ermöglicht das FMS das Datenmanagement von vielen Maschinen gleichzeitig, und das erstmals über Unternehmensgrenzen hinweg und mit unterschiedlichen Berechtigungen. Das bedeutet, der Maschinenbauer kann die Daten der Druckgussmaschine X weltweit nicht nur beim Kunden A, sondern auch bei den Kunden B und C abfragen, sodass er verlässliche, vergleichbare Informationen über die unterschiedliche Nutzung der Maschine gewinnt.

Möglich macht dies das neue Prinzip der Private Cloud auf Basis der Atvise-Technologie. Dieses verbindet die Vorteile der weltweit verfügbaren Cloud zur Datenspeicherung und zum Datenaustausch mit der Möglichkeit der zielgruppenspezifischen Vergabe von Nutzungsrechten mithilfe eines Web-Portals. Das ist vor allem von Nutzen, wenn die Daten nicht nur beim Maschinenbauer angelegt werden, sondern auch Endkunden einen kontrollierten Zugriff erhalten sollen.

Der durchgängige und Grenzen überschreitende vertikale Informationsfluss legt nicht nur den Grundstein für eine effiziente zustandsbasierte Wartung, sondern liefert dem Maschinenbauer zusätzlich wertvolle Informationen zur tatsächlichen Maschinennutzung.

5. Datenauswertung

Im letzten Schritt erfolgt die Datenauswertung mithilfe flexibler, skalierbarer Nutzeroberflächen. Diese können zudem benutzerabhängig gestaltet werden, um die Sichtweisen unterschiedlicher Interessensgruppen innerhalb des Unternehmens wie Service oder Entwicklung abzubilden. Darüber hinaus sind die Ergebnisse übertragbar, was bedeutet, dass sie sich einfach exportieren und verteilen lassen.

Zukunft Wissensmanagement

Mittels Flotten-Management-System lassen sich die Menge der weltweit gesammelten Daten sowie die Qualität der daraus gewonnenen Informationen deutlich erhöhen. Auf diese Weise können Maschinenbauer und Endanwender unnötige Kosten für Wartung reduzieren sowie ungeplante Stillstandzeiten minimieren. Denn das Software-Modul erkennt Fehler und Verschleißerscheinungen frühzeitig und kommuniziert diese im Sinne eines proaktiven Schutzes direkt an die richtigen Stellen, sei es an die Betriebsführung, das Serviceteam des OEM oder die Warnleuchte einer Anlage.

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