»Daten sind das neue Öl«, schwor Professor Dr.-Ing. Robert Schmitt, Direktor des Werkzeugmaschinenlabors (WZL) der RWTH Aachen, seine Zuhörer auf die Bedeutung der Sensorik und der mit ihr gewonnenen Daten in der künftigen Industrie ein. Für den Wissenschaftler wandelt sich die industrielle Welt zum Labor und ihre Messtechnik zum virtuellen Messraum. Eine typische Aufgabenstellung erklärte er anhand einer Werkzeugmaschine, bei der die volumetrische Kompensation beispielsweise mit einem Lasertracker ansteht. »Doch lassen sich die dabei ermittelten Daten nicht als Steuergrößen im Fertigungsprozess verwenden?«, fragte Schmitt. »Anwender könnten die Ergebnisse in eine Tabelle laden, um die Maschine in einen besseren Arbeitspunkt zu bringen.« Das WZL ging noch einen Schritt weiter: Es nutzt die Tabelle mit den Messergebnissen für Simulationsläufe des Fertigungsprozesses, um mit einer Vorsteuerung die Prozessparameter zu ändern. Das Beispiel weist auf die wachsende Bedeutung von Mathematik und Software hin. Es sei daher künftig wichtig, die Hardware zusammen mit einem virtuellen Modell zu liefern. Schmitt dazu: »Das Unternehmen kann damit seine Produktion vorplanen und auf eventuelle Abweichungen rechtzeitig reagieren.«

Wege zur Digitalisierung der Produktion

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In der Elektronikindustrie funktioniere das schon: Der Anwender erhalte zum Beispiel vor dem Kauf einer Schaltung auf Nachfrage bereits ein virtuelles Abbild, mit dem er das spätere Verhalten in seiner Elektronik überprüft – lange vor dem Einlöten des ersten Bauteiles.

Gefahrlos lassen sich die ersten neuen digitalen Wege im Mittelstand 4.0 Kompetenzzentrum Darmstadt gehen, deren Prozesslernfabrik (CiP) und Energieeffizienzfabrik (ETA) reale Produktionsprozesse nachstellen. Die Darmstädter helfen Mittelständlern, ihre Produktion zu digitalisieren. Erfolgreich geschah das bei der Munsch Chemie-Pumpen GmbH aus Ransbach-Baumbach, denen die Digitalisierung und Automatisierung hilft, den Trend zu individuelleren Pumpen und kleineren Losgrößen wirtschaftlich nachzukommen. Das ist ein typisches Beispiel für eine sogenannte Brownfield-Fabrik, bei der im Gegensatz zu einer neuen Produktionsstätte (Greenfield) das Digitalisieren meist schwer fällt. Brownfield-Fabrikanten sollten daher im ersten Schritt – so Wissenschaftler Andreas Wank – genau überlegen, welche Kennzahlen sie im ersten Schritt konkret verbessern wollen. »Es lohnt sich oft nicht, direkt in die Digitalisierung einzusteigen, wenn man nicht weiß, wie die Prozesse aussehen«, erklärte Wank, der als Geschäftsführer das Mittelstand 4.0 Kompetenzzentrum Darmstadt leitet. »Meistens geht es schief, wenn jemand versucht, Chaos mit Digitalisierung zu beseitigen.«

Mehr Effizienz

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Die konkrete Umsetzung variiert von Branche zu Branche und von Unternehmen zu Unternehmen, doch es gibt stets eine wichtige Frage: Wie verknüpfe ich die Vielzahl an Systemen? Die Antwort ist für Hans-Günter Heil, Referent des VDMA-Fachverbandes Mess- und Prüftechnik, Frankfurt, mit Blick auf den Maschinenbau klar: Datenströme und Steuersignale sollten über OPC UA (Open Platform Communications - Unified Architecture) transportiert werden, dem voraussichtlich künftigem Standard zur herstellerunabhängigen Kommunikation in der Automatisierungstechnik. Es ist ein Kommunikationsprotokoll der OPC Foundation aus Scottsdale (USA), welche die Teilnehmer eines Netzwerkes wie eine Maschine oder einen Roboter exakt semantisch beschreibt.

»Für OPC UA spricht die Steigerung der Effizienz, weil die Steuerung über die Schnittstelle unabhängig vom jeweiligen Feldbus geschieht«, meinte Heil. »OPC UA fügt sich nahtlos in das Konzept Industrie 4.0 ein.« Etliche Branchen des Maschinenbaus sind bereits innerhalb des VDMA in Sachen Schnittstellendefinitionen aktiv. So hat sich zum Beispiel die Robotik-Branche auf eine sogenannte vertikale Integration geeinigt, bei der mit Hilfe von OPC UA die Kommunikation zwischen Robotern und übergeordnetem Manufacturing Execution System (MES) verwirklicht wird. Der VDMA möchte aber auch die Entwicklung weiterer Schnittstellen koordinieren, um so sicherzustellen, dass sich die Maschinen untereinander verstehen.

Die Rolle der Sensorik bei der Umsetzung von Industrie 4.0 brachte Matthias Kinzel, technischer Manager bei Diatest, ins Spiel.

Praxisbeispiel Fertigung

Als wichtiges Element der Automatisierung bezeichnete er die eindeutige Kennzeichnung, dank der das System stets die jeweilige Position eines Werkstücks in der Fabrik kennt. Wie reibungslos Produktion und Industrie 4.0 zusammen arbeiten, sahen die Teilnehmer am Tagungstag an neun Stationen von Diatest und Partnerfirmen: Die Teilnehmer ließen ein Werkstück mit einem 2D-Code beschriften, das anschließend bearbeitet wurde. Dabei kam es nach jedem Schritt zu einer Überprüfung der Qualität und abschließend zu einem kompletten Scans des finalen Werkstücks.

Als i-Tüpfelchen der Entwicklung bezeichnete er die automatisierte Messzelle, bei der ein Handhabungsroboter die Arbeit des Werkers übernimmt. Aus der Zelle werden die Produktionsdaten per Funk an einen Rechner übertragen, der sie in eine Datei nach dem vor allem in der Automobilindustrie gängigen Q-Das-ASCII-Transferformat wandelt und zur Weiterverarbeitung an einen Leitrechner weiterleitet.

Nach der Prozessdatenerfassung schließt sich die Weiterverarbeitung und Analyse der dabei entstehenden Datenströme, kurz Big Data, an. Mit dem Thema beschäftigt sich seit vielen Jahren Stephan Conrad als Referent und Senior Consultant des Weiterbildungsbereichs TEQ Training der Weinheimer Q-Das. Er machte den Zuhörern Mut, denn das Verarbeiten von Big Data sei in der IT-Branche schon lange gelebte Praxis.

Wichtig sei es, zu überprüfen, ob die Daten wirklich valide sind. Der Datensatz müsse vollständig und repräsentativ sein. Mit den in der Cloud strukturiert aufbereiteten Informationen soll ein System in der Lage sein, richtige Entscheidungen zu treffen. Diese Automatisierung der Entscheidungs- und Ablaufstruktur, so Conrad, sei für Industrie 4.0 wichtig. Und hier schließt sich der Kreis zu Professor Schmitt und seinen Vergleich: Es reicht nicht aus, Rohöl zu fördern, man muss es auch weiter verarbeiten und veredeln.

SPS IPC Drives: Halle 3, Stand 669