Von Getrieben mit Cynapse-Funktionalität – also mit integrierter Sensorik und Intelligenz – fühlen sich zum einen innovationsorientierte Unternehmen angesprochen. So erkennen Hersteller vielfältige Möglichkeiten, die Daten der Getriebe in eigene, maschinennahe Digitalisierungsprodukte zu integrieren, die für ihre Kunden zusätzliche Mehrwerte schaffen. Zum anderen aber wird auch die Zahl derer immer größer, die im ersten Schritt „nur“ technologisch darauf vorbereitet sein wollen, Industrie 4.0 im Antriebsstrang zu einem späteren Zeitpunkt umsetzen zu können. Wittenstein alpha ist auf dieses Szenario unterschiedlicher Integrationstiefen und Umsetzungsgeschwindigkeiten vorbereitet – Kunden werden Schritt für Schritt auf dem Weg in das IIoT begleitet.
Ausgangspunkt für die Digitalisierung
Basis jeder Digitalisierung sind Daten. Bei Getrieben sind es beispielsweise Vibrationen und Temperaturen, die auf die Wirkmechanismen in einem Antriebsstrang schließen lassen. Um diese Parameter zu erfassen und noch im Getriebe vorzuverarbeiten, hat Wittenstein alpha Cynapse entwickelt – eine bauraumintegrierte Lösung aus Temperatur- und 3-Achs-Beschleunigungssensor, Recheneinheit zur Datenvorverarbeitung, Speicherbaustein für etwa 20.000 Betriebsstunden und IO-Link-Schnittstelle für die Datenkommunikation. Verpackt ist all dies in einem kompakten Modul, das ohne Störkonturen vollständig in der Adapterplatte des Getriebes untergebracht ist. Ohne jegliche weitere Integration in die OT-Infrastruktur einer Maschine oder überlagerte IT-Systeme liefern Getriebe mit Cynapse schon jetzt vier wichtige Mehrwerte. Diese
dienen als Lieferant von Sensordaten,
ermöglichen über das elektronische Typenschild die Identifikation der Komponente als weltweit eindeutiges Unikat,
fungieren als Datenlogger, der über den gesamten Lebenszyklus der Komponente hinweg Rohwerte glättet und speichert und
ermöglichen eine einfache Überwachung der Sensordaten anhand vordefinierter oder individuell gesetzter Schwellwerte.
Darüber hinaus bieten Getriebe mit Cynapse-Funktionalität auf effiziente Weise Zukunftssicherheit: Ohne sich sofort tiefer mit der Thematik beschäftigen oder gar Programmierungen oder andere Vorarbeiten vornehmen zu müssen, halten sie dem Maschinenbauer wie auch dem Maschinenbetreiber die Tür offen für eine schrittweise Integration in digitalisierte Steuerungs- und Maschinenstrukturen. Dabei gewährleistet der Schnittstellenstandard IO-Link an Bord der Cynapse-Module, dass die Getriebe über einen entsprechenden IO-Link-Master sowohl über Feldbus-Schnittstellen mit Maschinensteuerungen kommunizieren als auch ihre Daten über OPC UA direkt in die Unternehmens-IT oder in Cloud-Applikationen übertragen können.
I4.0 ready: Schritt für Schritt in das IIoT
Industrie 4.0 in Antriebsstränge bringen und so deren Wirkmechanismen erkennen sowie Anomalien in Antrieben und Prozessen aufdecken – dies sind die Vorteile und Mehrwerte, die Wittenstein alpha mit den smarten Getrieben und den Smart Services für seine Kunden erschließen möchte. Auf diesem Weg bieten sich verschiedene Integrationsmöglichkeiten an, die sich flexibel an den jeweiligen Nutzungswünschen ausrichten. In der Basisfunktion kann die Cynapse-Funktionalität einfach nur als interner Speicher genutzt werden. Das Modul wird mit 24 VDC bestromt und sammelt als Betriebsschreiber wie eine „Black Box“ alle anfallenden Daten. Über die gespeicherte Historie können so unter anderem besondere Ereignisse rückverfolgt werden. So können die Sensordaten beispielsweise verwendet werden, um herauszufinden, ob es Crashs gegeben hat, die ursächlich für einen Getriebeausfall sind. Hierzu liest der Servicetechniker per Laptop die Daten aus und kann so mögliche Einwirkungen auf das Getriebe identifizieren.
Die nächste Integrationsstufe für Getriebe mit Cynapse-Funktionalität ist die Anbindung an eine SPS – in der Regel zur Prozessüberwachung. Dabei stellt ein IO-Link-Master über eine Feldbus-Schnittstelle die Kommunikation zum Automatisierungssystem der Maschine her, das die Getriebedaten auswertet. Ein typisches Einsatzbeispiel für dieses Integrationsszenario ist die Überwachung von Greif- und Handlingsystemen. So können mit den Bewegungsdaten, die der 3D-Beschleunigungssensor im Cynapse-Modul liefert, Drehungen von Greifern oder anderen Manipulatoren überwacht, Soll-Ist-Abgleiche durchgeführt und Abweichungen sofort erkannt und gemeldet werden. Dadurch eröffnet sich ein großes Potenzial für die Prozessoptimierung.
Die dritte Integrationsstufe ist die vollumfängliche Nutzung der Cynapse-Daten in digitalen Anwendungen, den sogenannten Smart Services. Kommunikationsseitig bedarf dies eines IO-Link-Masters mit integrierter IoT-Schnittstelle. Dieser stellt die Getriebedaten direkt in der IT bereit – also einem Smart Service auf einem IPC. Die Kommunikation per Feldbus in das Automatisierungssystem bleibt bestehen, wobei dieses je nach Leistungsfähigkeit des Smart Service weitere Daten bereitstellen kann.
Antriebsstränge maßgeschneidert digitalisieren
Mit Smart Services und dem Digitalisierungs-Know-how von Wittenstein alpha können Maschinenhersteller und Maschinenbetreiber ohne eigenen Programmieraufwand das große Potenzial erschließen, das ihnen Industrie 4.0 im Antriebsstrang bietet. Und auch hier besteht die Möglichkeit, die Performance der einzelnen Dienste sukzessive zu erschließen.
So ermöglicht der Smart Service Cynapse Connect die Integration und das Routing von Daten – eine Grundvoraussetzung beispielsweise für das Condition Monitoring. Dazu zählen die Daten, die Cynapse bereitstellt sowie zusätzlich Drehzahl und Drehmoment, die vom Antriebsregler beziehungsweise der SPS via OPC UA zur Verfügung gestellt werden können. Damit erleichtert Cynapse Connect die Integration von smarten Getrieben in die jeweilige Maschineninfrastruktur.
Darauf aufbauend ermöglicht der Smart Service Cynapse-Monitor die einfache Visualisierung und Auswertung der Daten des smarten Getriebes. Hersteller und Betreiber müssen keine eigenständigen Lösungen entwickeln und sparen sich erheblichen Entwicklungsaufwand. Der Cynapse-Monitor liefert Einblicke in das Betriebsverhalten der Antriebsachsen, um kritische Betriebszustände frühzeitig zu erkennen. Zudem werden Schwellwerte ausgewählter Parameter, die per Teach-in automatisch definiert wurden, überwacht und in der Historie gespeichert.
Bei Cynapse Analyze handelt es sich um ein stetig wachsendes Portfolio von smarten Analysetools, die Daten aus dem Antriebsstrang in Echtzeit analysieren. Hierbei ergeben sich aus der Verbindung intelligenter Algorithmen mit dem getriebetechnischen Kern-Know-how von Wittenstein alpha vielfältige Synergieeffekte. Analysierende Smart Services können zeitgleich verschiedene Stellen in der Maschine überwachen und bei unterschiedlichen Maschinenapplikationen eingesetzt werden. Sie ermöglichen es, schon frühzeitig auch komplexere Abweichungen im Maschinenprozess oder dem Komponentenverhalten zu erkennen. Maschinenstillstände können frühzeitig antizipiert und so hohe Ausfallkosten gezielt verhindert werden.
Zustandsüberwachung von Getrieben
Neu im Cynapse-Analyze-Portfolio von Wittenstein ist das smarte Analysetool Health Index. Seine Aufgabe ist es, an Schlüsselkomponenten des Getriebes frühzeitig Veränderungen zu erkennen, die die Funktion des Antriebsstrangs beeinträchtigen können. Hierzu wertet das Analysetool zum einen per Cynapse erfasste Daten und zum anderen Betriebsdaten aus dem Antriebsregler aus. Für den Maschinenbauer selbst fällt bei der Nutzung des Health Index kein Programmieraufwand an – auch nicht für die Interpretation der gesammelten Messwerte. Über eine digitale Ampel visualisiert der Health Index sofort den einfach verständlichen Befund: Grün – keinerlei Auffälligkeiten erkennbar, Gelb – Veränderungen erkannt, Service wird empfohlen und Rot – Risiko für ungeplanten Stillstand, Getriebe austauschen. Auf diese Weise können mögliche Ausfallrisiken frühzeitig erkannt, Wartungseinsätze und Services vom Umfang her und auch zeitlich optimal geplant, Ersatzteile oder Austauschgetriebe rechtzeitig beschafft sowie ungeplante Maschinenstillstände vermieden werden. Die Kunden können dadurch ihre Total Cost of Ownership (TCO) signifikant reduzieren. Interessant ist der Health Index für Maschinenbauer und OEMs, die eine Digitalisierungsstrategie für ihre Maschinen und Produkte verfolgen. Auch für Endkunden und Betreiber mit spezifischen Anforderungen hinsichtlich der Absicherung gegen ungeplante Stillstände, der Erhöhung der Verfügbarkeit, der Sicherung kritischer Achsen und Produktionskomponenten und der Gewährleistung, dass Bauteile entsprechend ihrer Spezifikation eingesetzt werden, bietet der Health Index mehr Spielraum zur Optimierung ihrer Maschinenlaufzeiten.
IIoT ohne Berührungsängste umsetzen
Antriebssysteme und Antriebsstränge in das IIoT zu integrieren und damit die Digitalisierung von Maschinen zu unterstützen, ist also in jeglicher Hinsicht Schritt für Schritt möglich. Um mögliche Berührungsängste gar nicht erst aufkommen zu lassen, unterstützt Wittenstein alpha interessierte Unternehmen auf vielfältige Weise. Mit dem Starter Kit kann Cynapse als Funktionalität wie auch im Zusammenspiel mit allen verfügbaren Smart Services intuitiv getestet werden. Darüber hinaus bietet das Unternehmen bei allen Fragen rund um die Integration seiner digitalen Lösungen einen umfassenden cybertronischen Support, zum Beispiel mit SPS-Integrationsbeispielen für einige der gängigen Automatisierungssysteme.
