COPA-DATA GmbH

Mit einem standortübergreifenden Datenmanagement lassen sich genau die Informationen herausfiltern, die für die Optimierung bestimmter Prozesse relevant sind.

Bild: iStock, Svetlana Mokrova

Smart Factory mit modularer Steuerungsplattform Schrittweise zur intelligenten Fabrik

08.07.2020

Die Verheißungen der „intelligenten Fabrik“ klingen verlockend: Kürzere Produktionszeiten, effizientere Prozesse, sinkende Kosten und eine kundenindividuelle Fertigung. Modular aufgebaute Steuerungsplattformen machen sie leichter realisierbar. Denn damit können sich Unternehmen aller Größen und Branchen nach und nach an die smarte Produktion herantasten.

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Das Schlagwort Smart Factory ist in aller Munde. Doch wo wird die intelligente Produktion bereits umgesetzt? Und wie weit ist der Weg, bis wirklich alles miteinander verbunden ist? Die smarte Vernetzung ist die Grundvoraussetzung für die Kommunikation von Maschinen, Produkten und Prozessen. Ist das erfüllt, kann beispielsweise die Steuerung der Fertigung direkt von dem entsprechenden Bauteil oder Werkstück übernommen werden. Wichtige Informationen, wie etwa auf welcher Produktionsstufe sich das betreffende Produkt aktuell befindet und wie es weiterverarbeitet werden soll, können so ausgetauscht werden.

Vielfältige Möglichkeiten dank Datenerfassung

Mit moderner Automatisierungssoftware wie beispielsweise Zenon von Copa-Data kann der gesamte Betrieb über eine integrierte Gesamtlösung verbunden werden – vom Sensor bis zur kompletten Produktionsanlage. Die Daten, die dabei erfasst werden, bieten eine Vielzahl an Möglichkeiten: von der Visualisierung von Prozessen über die automatisierte, sichere Bedienung von Maschinen via HMI bis hin zur Steuerung und Überwachung von Produktionsabläufen (SCADA).

Mithilfe einer systematischen Datenakquise und einem standortübergreifenden Datenmanagement lassen sich genau die Informationen herausfiltern, die für die Optimierung bestimmter Prozesse relevant sind. Um beispielsweise das Produktionsergebnis einer Maschine zu verbessern, gilt es zunächst zu identifizieren, wie sich einzelne Parameter jeweils auf den Fertigungsprozess auswirken. Mit Industriesoftware wie Zenon lassen sich die Korrelationen zwischen einzelnen Werten und Datenpunkten ermitteln und der Prozess auf deren Basis enorm beschleunigen. Auch die Analyse und das effektivere Reporting der Betriebsdaten wird über Zenon optimiert. Dabei kann der Anwender je nach Bedarf einfache Kennzahlenkalkulationen oder komplexe Analysen für die statistische Prozesslenkung erstellen, in Echtzeit oder auf der Grundlage gespeicherter Daten.

Automatisierte Bedienung

Daten können nicht nur erfasst und für die Vernetzung genutzt werden. Mit Softwareplattformen wie Zenon dienen sie auch der Datenvisualisierung und Steuerung. Das verringert die Komplexität und vereinfacht die Bedienung der Anlagen und Maschinen. Mit der Verknüpfung von Prozessdaten werden Zusammenhänge in Echtzeit über Maschinen und Anlagen hinweg aufgezeigt. Auf diese Weise lassen sich selbst komplette Produktionsstandorte gezielt steuern und überwachen, ohne dass ein menschliches Eingreifen erforderlich ist. Über welche Dauer werden bestimmte Maschinen tatsächlich genutzt? Wie viel Energie verbrauchen sie? Und wie wirkt sich all das auf die Kosten der gesamten Anlage aus? Solche Fragen lassen sich schnell und einfach anhand der analysierten Daten beantworten.

Smarte Checklisten sind ein weiteres Anwendungsbeispiel. Gegenüber Papierlisten bieten sie handfeste Vorteile: Beim Abarbeiten seiner Aufgaben wird der Anwender erst zum nächsten Schritt zugelassen, wenn er den vorherigen abgeschlossen hat. Schaltpläne, Dokumente, Normen oder 3D-Modelle erläutern die Liste je nach Bedarf und beschleunigen die Bearbeitung. Zudem passieren weniger Fehler, die gesamte Ablage und Datenverwaltung wird transparenter und einfacher.

Exakte Prognosen

Auf Basis der Daten von Maschinen und Anlagen, die im laufenden Betrieb kontinuierlich gesammelt und analysiert werden, lässt sich relativ verlässlich vorhersagen, wann eine Maschine gewartet oder ein Bauteil getauscht werden muss (Predictive Maintenance). Dabei lernt das System ständig dazu, um die Live-Daten interpretieren zu können. Maschinen müssen nicht mehr nach starren Zyklen gewartet werden. Vielmehr werden Komponenten dann ersetzt, wenn es notwendig ist – und nicht wenn der Wartungsplan es vorschreibt. Das vermeidet Ausfälle und senkt die Instandhaltungskosten.

Eine weiteres Einsatzgebiet von Predictive Analytics ist die Erstellung von Digital Twins – etwa in der Fahrzeugproduktion: Leistungsmerkmale und eventuelle Fehlkonstruktionen des physischen Pendants lassen sich anhand eines virtuellen Zwillings vorhersagen. In der Produktion können so entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, bevor das Produkt in die Massenfertigung geht.

Auch Neu- und Umbauten für die Smart Factory lassen sich anhand von Daten simulieren. Diese Idee verbirgt sich hinter der so genannten Digitalen Fabrik. Auch moderne Steuerungsplattformen können in die Planungssoftware integriert werden, wie das Beispiel der „Digital Factory Vorarlberg“ zeigt. Regionale Unternehmen und Studenten entwickeln bei diesem Projekt auf Basis von Daten belastbare Modelle für die automatisierte und standortübergreifende Produktion. Die Softwareplattform Zenon bildet das Rückgrat der virtuellen Lernfabrik. Sie vernetzt und integriert die Steuerungen der Maschinen sowie die gesamte Infrastruktur und visualisiert sie. Später soll die Software auch die Datenübertragung von und zu einem ERP-System übernehmen, um zwei Produktionsstandorte via Cloud zu verbinden und die Fertigungsaufträge je nach Auslastung der Anlagen automatisch verteilen zu können.

Offene, skalierbare Steuerungsplattformen

Die beschriebenen Beispiele bieten für die Fertigung zahlreiche Vorteile: Prozesse lassen sich optimieren und Produktionszeiten verkürzen, die Fertigungs- und Lagerhaltungskosten sinken, Engpässe werden vermieden und freie Ressourcen effizienter genutzt. Ein weiterer Vorteil: In der smarten Produktion lassen sich Anpassungen direkt in der Produktion umsetzen, um individuelle Kundenwünsche zu berücksichtigen. Wichtige Voraussetzung dafür ist jedoch eine einheitliche Sprache (Kompatibilität) von Maschinen und Anlagen. Das ist nicht selbstverständlich, denn in der Produktion sind in der Regel Maschinen und Anlagen von verschiedenen Herstellern im Einsatz, die sich in Automatisierungsgrad, Technologie und Kommunikationsstandard unterscheiden. Ob horizontal zwischen den Maschinen auf Produktionsebene oder vertikal vom Sensor bis in die Cloud: Herstellerunabhängige Konnektivität und Flexibilität sind bei der Vernetzung und Automatisierung heterogener Produktionslandschaften erfolgsentscheidend.

Zenon ist als moderne und offene Automatisierungsplattform in der Lage, mit verschiedenen Schnittstellen-Standards zurecht zu kommen. Die Plattform ist flexibel skalierbar, um rasch auf Veränderungen reagieren zu können. Die Systeme lassen sich nach Bedarf erweitern und smarte Komponenten Schritt für Schritt in das Netzwerk einbinden. Es muss nicht gleich die Gesamtlösung aufwändig implementiert werden. Die jeweiligen Einsatzszenarien werden nach dem Baukastensystem eingerichtet - von der einfachen Anwendung in der Produktion bis zur Predictive Maintenance.

Bildergalerie

  • Smarte Checklisten lassen beim Abarbeiten von Aufgaben erst den nächsten Schritt zu, wenn der vorherige abgeschlossen ist.

    Bild: Copa-Data

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