29 May 2017

Digital Retrofit: Wie alte Maschinen in die IT-Welt kommen

Retrofitting ist in der Industrie seit jeher ein probates Mittel, um die Nutzungsdauer von Bestandsanlagen zu verlängern. Bisher wurde Retrofit oder Aktionierung eher mit mechanischer Ertüchtigung in Verbindung gebracht. Mit Industrie 4.0 jedoch gewinnt die Nachrüstung von Maschinen und Anlagen einen neuen Schwerpunkt auf Digitalisierung.

 

Moderne Anforderungen mit Industrie 4.0 Bezug stellen Betriebsleiter häufig vor ein Dilemma: OEE Kennzahlenermittlung, Zustandsüberwachung, vorausschauende Wartung oder Fertigungsoptimierung machen nur wirklich unter Einbeziehung des gesamten Maschinenparks Sinn. Gleichzeitig lassen sich auf den ersten Blick nicht alle Maschinen und Anlagen ohne weiteres an IT-Systeme anbinden. Dabei muss es sich nicht nur um autarke Anlagen handeln, die wenig bis gar nicht automatisiert sind. Proprietäre oder veraltete Feldbus-Protokolle können eine weitere Hürde für Digitalisierungsprojekte sein. Wie das schwächste Glied einer (digitalen) Kette können solche Maschinen und Anlagen Wünsche nach einer annähernd „smarten Factory“ schon im Ansatz zunichte machen.

Ersatzbeschaffung oder Retrofit?

Nahe liegend wäre eine Ersatzbeschaffung. Selbst wenn das betroffene Anlagevermögen im betriebswirtschaftlichen Sinne bereits abgeschrieben ist, spielen bei der Entscheidung für eine Ersatzbeschaffung natürlich viele Faktoren eine Rolle, wie

  • Allgemeinzustand der Anlage,
  • voraussichtliche/gewünschte Restnutzungsdauer,
  • Systemrelevanz,
  • Anteil am Wertschöpfungsprozess sowie
  • Produktionskapazität und –Qualität.

Wie so oft sind Investitionskosten einer der entscheidenden Faktoren für oder wider eine Ersatzbeschaffung. Was bei einzelnen Maschinen noch vertretbar wäre, macht bei der Hälfte des Gesamt-Anlagenbestand keinen Sinn.

Ist nur ein Industrie 4.0 Konzept der Hintergrund, ist ein Digital-Retrofit in jedem Fall kostengünstiger und mit weniger Risiko verbunden.

Digital-Retrofitting geht immer

Die wichtigste Erkenntnis zuerst: Ein digitaler Retrofit ist immer möglich, ob es sich nun um eine 100 Jahre alte Dampfmaschine oder eine zehn Jahre alte Fräsmaschine handelt. Der Aufwand und die Herangehensweise sind natürlich unterschiedlich, z.B. inwieweit neue Sensorik an die Maschine installiert werden muss oder ob bestehende Datenquellen genutzt werden können. Wichtig ist, dass neue Digital-Technik nichtinvasiv für die bestehende Steuerungstechnik ist. Dadurch bleiben programmierte Abläufe unangetastet und Risiko sowie Aufwand sind deutlich geringer. „Never change a running system“ ist ein gängiges Credo auch bei SPS-Programmierern, die nicht selten Herzrasen bekommen, werden „Cloud“ und „SPS“ in einem Satz genannt.

 

Die Vorteile von OPC UA als Austauschformat

Die Steuerung wird also nicht mit neuen Funktionen umgeschrieben, sondern wird als Datenquelle „angezapft“. Über Schnittstellen können die Daten mit ergänzender Hardware, die idealerweise verschiedenste Protokolle interpretieren können, abgegriffen werden. Denn selbst innerhalb eines Betriebes sind verschiedene Automatisierungs-Protokolle keine Seltenheit. Protokoll-Gateways wie die MICA von HARTING bieten hierfür geeignete Konnektivität und können gesammelte Daten nahezu jeglicher Herkunft in intermediäre Formate wie JSON oder OPC UA übersetzen. Insbesondere das offene Austauschformat OPC UA bietet viele Vorteile; das M2M-Kommunikationsprotokoll hat sich mittlerweile als Standard etabliert und erfährt breite Unterstützung durch Branchenverbände wie dem VDMA und Cloud-Diensten wie Microsoft Azure.

Condition Monitoring von der Dampfmaschine bis zum 3D Drucker

Von Industrie 1.0 zu Industrie 4.0 mit MICA als IoT Gateway
Der Zustand einer Dampfmaschine wird mittels Sensoren, MICA und mobilem Dashboard überwacht.

Ist keine Steuerungstechnik verfügbar, können Messwerte mittels neu installierter Sensoren Auskunft über den Zustand der Maschine geben. Bei dem Beispiel der Dampfmaschine könnten das z.B. Kesseldruck und Temperatur sein. Mutmaßlich gibt es diese Messwerte schon so lange wie es Dampfmaschinen gibt, anhand Thermometer und Manometer. Und auch eine Zustandsüberwachung gab es seit den ersten Tagen: Wenn die ersten Nieten aus dem Kessel fliegen, ist der Druck zu hoch, wusste der erfahrende Maschinenführer.

Und genau hier liegt der Vorteil des digitalen Retrofits: Die Performance des gesamten Maschinenparks, unabhängig von Alter, Herkunft und Protokollsprache, wenn überhaupt vorhanden, lässt sich einheitlich visualisieren, analysieren und bewerten. Das heißt, Betriebsleiter können praktisch von überall alle Maschinen und Anlagen in einer Produktionseinheit mit ein und denselben Dashboards und Kennzahlen überwachen und analysieren. Eine eindrucksvoller Show Case gelang Timo Seggelmann von SALT AND PEPPER Software auf der Hannover Messe 2017. Das unter anderem auf digitalen Retrofit spezialisierte Unternehmen präsentierte, wie ein 3D-Drucker und eben jene Dampfmaschine im gleichen Dashboard überwacht werden können. In beiden Fällen diente MICA als lokaler Datensammler und Gateway zum zentralen IT-System.

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