Retrofit: Industrie 4.0 für Bestandsanlagen

Ein Beitrag von Patrick Probst, VISAM GmbH
Wie integrieren wir bestehende Anlagen in diese digitale Zukunftswelt? Denn die Modernisierung von Anlagen mit geringem Automatisierungsgrad scheint auf den ersten Blick unmöglich oder teuer und wird durch gewachsene, heterogene Strukturen erschwert.

Produktivität steigern, Qualität verbessern und Kosten senken

Die Digitalisierung und Vernetzung macht vor keinem Bereich mehr halt. Begriffe wie Industrie 4.0, IoT, Smart Factory oder auch Smart Building gehören aktuell zu den meist beachteten Themen bei produzierenden Unternehmen. Die zunehmende Vernetzung von Wirtschaft und Gesellschaft verändert nachhaltig die Art und Weise, wie zukünftig gearbeitet und produziert wird.

Reale und virtuelle Welten verschmelzen mehr und mehr zu einem Internet der Dinge. Chancen und Nutzen der neuen Technologien sind scheinbar unbegrenzt und Neuinvestitionen ohne digitale Technik nicht mehr vorstellbar. Durch lückenloses Monitoring werden zuverlässige Kennzahlen für die wichtigen Entscheidungsprozesse gebildet. Intelligentes Controlling steuert Anlagen flexibel, bedarfsgerecht und reduziert den Ressourceneinsatz. Alle Produktionsdaten stehen jederzeit und überall zur Verfügung. Auf Basis inzwischen verfügbarer Technologien lässt sich die durchgängige Digitalisierung von Prozessen bei Neuanlagen bereits weitgehend realisieren.

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Intelligente Automatisierungssoftware, integriert in ein Bedienpanel, macht Bestandsanlagen „industrie-4.0-fähig“.

Was passiert mit den vielen Bestandsanlagen?

Viele Produktionsbetriebe stehen aber oft vor einer weiteren Herausforderung: Wie integrieren wir bestehende Anlagen in diese digitale Zukunftswelt? Denn die Modernisierung von Anlagen mit geringem Automatisierungsgrad scheint auf den ersten Blick unmöglich oder teuer und wird durch gewachsene, heterogene Strukturen erschwert. Mit einer vielseitigen und neutralen Automatisierungsplattform, wie beispielsweise Vbase von der Visam GmbH aus Neuwied, lässt sich durch ein gezieltes Retrofit eine schnelle und kostengünstige Modernisierung für jede Maschine realisieren. Beim Retrofit werden alte Maschinen und Anlagen durch das Nachrüsten von modernen Komponenten auf den aktuellen Stand der Technik gebracht. Eine deutliche Steigerung von Produktivität und Qualität führt dabei in vielen Fällen schon zu einer relativ kurzfristigen Amortisation der Investitionskosten.

Flexibilität und Schnittstellen sind beim Retrofit gefragt.

In der Praxis hat sich eine Kombination aus modularer Automatisierungssoftware integriert als Maschinenbedienoberfläche und spezifischer Sensorik bewährt. Um mit allen Komponenten in heterogenen Produktionsumgebungen zu kommunizieren, ist eine Vielzahl von Schnittstellen in alle Richtungen der Prozesskette eine Grundvoraussetzung. So können die Daten aller gängigen Systeme und Komponenten unterschiedlicher Hersteller zusammengeführt und übergeordnete IT-Systeme angebunden werden. Durch integrierte MES-Funktionen lassen sich auch „in die Jahre gekommene“ Maschinen und Anlagen mit geringem Zeit- und Kostenaufwand modernisieren und fit für die digitale Produktion machen.

Wichtige produktions- und qualitätsrelevante Daten werden direkt an der Maschine ermittelt, dem Bediener angezeigt und an übergeordnete Systeme (ERP, PPS, QMS usw.) gemeldet bzw. in Datenbanken fortgeschrieben. Ebenso werden Produktionspläne, Stücklisten oder Rezepturen aus der Arbeitsvorbereitung direkt an die Maschine übergeben.

Welche Möglichkeiten und Vorteile bietet ein Retrofit?

Effektivität von Prozessen ermitteln, steigern und permanent überwachen

Die Effektivität eines Prozesses kann anhand der allgemein gültigen OEE-Kennzahl abgelesen werden. Sie ist das Maß für die Wertschöpfung einer Produktionsanlage und lässt sich für beinahe jeden Prozess anwenden. Effektivitätsverluste werden separiert nach Verfügbarkeit, Leistung und Qualität ausgewertet, um eine qualifizierte Basis für stetige Verbesserung zu erhalten.

Praxis-Beispiel: Wechselt das Statussignal einer Maschine von aktiv in den Stopp-Zustand, wird der Bediener interaktiv über das HMI-Panel nach dem Stillstandgrund gefragt. Hierfür steht jeweils eine maschinenspezifische, individuelle Auswahlliste für die schnelle Bedienung zur Verfügung. Die Software erstellt aus diesen und weiteren Informationen schichtbezogene Auswertungen u.a. der Stillstandsgründe sowie der Stillstandszeiten und berechnet mit Hilfe zusätzlicher Parameter die OEE-Kennzahl für die Maschine. Diese Informationen werden im Hintergrund automatisch aufgezeichnet und dynamisch an der Maschine angezeigt.

Mit vorausschauender Instandhaltung die Verfügbarkeit erhöhen und Kosten senken.

Mit dem Softwaremodul „Wartungsmanagement“ wird z.B. aus der Produktionszeit und der Anzahl der Statuswechsel der nächste Servicezeitpunkt im Verhältnis zu den vorgegebenen MTBF-Zeiten ermittelt. Die Dauer bis zum nächsten Service wird dynamisch angezeigt. Bei komplexeren Maschinen kann diese Funktion auch selektiv für bestimmte Anlagenteile eingesetzt werden. Durch die Zuhilfenahme zusätzlicher, spezifischer Sensorik lässt sich diese Funktionalität noch weiter verfeinern.

Energie- und Ressourcenverbrauch ermitteln, darstellen und reduzieren

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Die OEE-Kennzahl gibt Auskunft über die aktuelle Effektivität der Anlage und der Effektivitätsverluste (Verfügbarkeit, Leistung und Qualität).

Durch die Integration von Signalen zur Erfassung von Energie- und Materialmengen ermittelt das Softwaremodul „Smart Meter“ die verbrauchten Mengen und berechnet daraus statistische Werte. Zu diesem Zweck kommuniziert die Automatisierungssoftware direkt mit den Verbrauchszählern der Maschine, beispielsweise einfach zu installierende elektronische Stromzähler.

Auslastung optimieren und Durchsatz erhöhen

Mit Hilfe von grafischen Zeitplänen lassen sich Maschinen- und Personalauslastung optimieren. Schichtzeiten und Produktionspläne können von übergeordneten Einheiten bzw. der Produktionsplanung übergeben oder auch direkt an der Maschine einge¬stellt werden.

Lückenlose Rückverfolgbarkeit und produktspezifische Qualitätsnachweise

Alle produktions- und qualitätsrelevanten Daten werden auf Basis eindeutiger Seriennummern automatisch zu jedem produzierten Produkt bzw. chargenbezogen aufgezeichnet und stehen jederzeit und schnell zur Verfügung.

Hochflexible und papierlose Produktionsabläufe

Über standardisierte Schnittstellen zu IT-Systemen (z.B. Auftragsvorbereitung, ERP, QMS) und über eine leistungsfähige Datenbankschnittstelle wird die Integration der Maschinen in eine vernetzte Produktionsumgebung ermöglicht. Auftragsdaten werden direkt an die Maschine übermittelt, dem Bediener angezeigt und auf Wunsch auto¬matisiert abgearbeitet. Alle ermittelten Produktionsdaten (Verbrauch, Mengen, Produktionszeiten usw.) werden automatisch und un¬mittelbar zurück gemeldet.

Mit dem Maschinen-Cockpit immer alle relevanten Daten im Blick

Durch Kombination aller relevanten Daten und Kennzahlen zu einer intuitiven Gesamtanzeige („Dashboard“) direkt an der Maschine, versetzt man jeden Bediener in die Lage, die von ihm verantworteten  Prozesse mit maximaler Produktivität bei gleichbleibender Qualität zu betreiben und den „Gesundheitszustand“ der Anlagen stets im Blick zu behalten.

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Das Maschinencockpit gibt dem Bediener einen kompakten Gesamtüberblick der relevanten Produktionsdaten.

Web-Remote macht Ihre Produktionsdaten mobil

Über eine integrierte HTML5 basierende Web-Schnittstelle lassen sich alle Maschinen- und Produktionsdaten auch auf beliebigen mobilen Geräten (Smartphones, Tablets usw.) anzeigen und nach Freigabe auch Bedienen. Die Produktionsdaten stehen so in Echtzeit auf Wunsch auch weltweit zur Verfügung. Im Störfall oder beim Erreichen von Grenzwerten können zuständige Mitarbeiter per SMS oder Email informiert werden.

Fazit

Durch Retrofit und den Einsatz einer flexiblen, maschinennahen Automatisierungssoftware und vorgeschalteter Sensorik werden auch einfache Maschinen und Anlagen mit geringem Automatisierungsgrad „smart“. Die vergleichsweise überschaubare Investition wird in kurzer Zeit durch eine gesteigerte Produktivität und verlängerte Lebenszeiten von Anlagen amortisiert.
Integrierte Zeitpläne und die Anbindung an ERP und Produktionsplanung sorgen für neue Möglichkeiten im Umgang mit den Produktionsdaten.

 

Zum Autor

patrick-probstDer Autor Patrick Probst arbeitet im Marketing der VISAM GmbH. Die VISAM GmbH, mit Sitz in Neuwied, entwickelt seit mehr als 30 Jahren Lösungen für die Automatisierung von industriellen Anlagen, Maschinen und Gebäuden. Weitere Informationen zum Thema finden Sie unter www.vbase.net


 


 


 

 

 

Beitragsbilder und Autorenbild: Copyright VISAM GmbH

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