In nur 4 Stunden zur vernetzten Maschine

Autor Philipp OsterwaldErstellt am Ein KommentarKategorien Connected Automation

Wie können Bestandsmaschinen schnell und einfach digitalisiert und vernetzt werden?

Wie gewinne ich wichtige Kennzahlen zur Optimierung meiner Anlagenverfügbarkeit und Prozessqualität, ohne in die bestehende Automatisierung einzugreifen? Ein Projektbeispiel aus unserem Werk in Homburg zeigt, wie einfach und schnell es sein kann, Daten für Industrie 4.0 Anwendungen zu sammeln und an übergeordnete Systeme weiterzugeben.

Bestandsmaschinen transparent machen

 

Maschinen ohne Konnektivität sind wie eine Black Box. Es gibt einen In- und Output, aber man hat keine Kenntnis von den Prozessen im Inneren.

Um solche Maschinen, die es in Deutschland zu Millionen gibt, transparent zu machen und damit die Basis für Industrie 4.0 zu schaffen, muss man aber nicht zwingend in die bestehende Automatisierung eingreifen. Das Werk von Bosch Rexroth in Homburg hat vorgemacht, wie es geht.

 

Beispiel aus der Fertigung

Im saarländischen Homburg entstehen unter anderem Ventile für die Arbeitshydraulik mobiler Arbeitsmaschinen wie zum Beispiel Traktoren. Nachdem die Gussrohlinge in Bearbeitungszentren mit hochpräzisen Kanälen und Bohrungen versehen worden sind, werden sie gereinigt. Fertig montiert, werden die Ventile am Prüfstand manuell auf die Elektronik abgestimmt und auf Dichtigkeit geprüft. Trotz vorhergehender Reinigung können dabei Metallpartikel, Späne oder Wasserreste ins Hydrauliköl gelangen und nachgelagert Schäden an den Prüfstanden oder Prüflingen hervorrufen. Wie also den drohenden Anlagenstillstand durch verunreinigtes Hydrauliköl vermeiden?

Von der geplanten Instandhaltung…

Der Handlungsbedarf war groß, denn die verunreinigungsbedingten Anlagenstillstände machten im langfristigen Mittel rund 25 Prozent der Ausfallkosten aus. Die bisherige Strategie: eine geplante Wartung. Alle Filtermedien wurden unabhängig vom Verschmutzungsgrad in festen Intervallen ausgetauscht und der Vorgang manuell dokumentiert. Dass so eine geplante Wartung zwar probat, aber unwirtschaftlich ist, liegt auf der Hand. Aber was ist die Alternative?

…zur zustandsbasierten Wartung

Gemeinsam mit einem Team von Spezialisten aus der gesamten Bosch-Gruppe vernetzte Bosch Rexroth testweise einen zehn Jahre alten Prüfstand nachträglich mit dem Rexroth IoT Gateway und installierte mithilfe verschiedener Bosch IT-Tools ein umfassendes Condition Monitoring Konzept zur kontinuierlichen Zustandsüberwachung der Filter sowie der Ölqualität. Im Fall von Unregelmäßigkeiten wird die Instandhaltung automatisch über ein integriertes Ticketing-System beauftragt.

IoT Gateway sammelt Sensordaten

Schlüsselkomponente für die Datensammlung und -weitergabe ist das von Bosch Rexroth entwickelte IoT Gateway, das die Daten der nachgerüsteten Sensoren erfasst, insbesondere die Differenz der Drücke vor und nach dem Ölfilter als Indikator für den Verschmutzungsgrad der Filterpatrone. Weitere Sensoren zählen Größe und Anzahl der Partikel, überwachen die Temperatur und erfassen den Gehalt an gelöstem Wasser im Hydraulikmedium.

Plug & Run: In nur vier Stunden am Netz

Der klassische Weg zur Modernisierung der Prüfanlage hätte die Spezialisten einschließlich Sensoranbindung, Schnittstellen und klassischer SPS-Programmierung eine Woche gekostet. Durch die vereinfachte Inbetriebnahme mit dem IoT Gateway reduziert sich diese Zeit auf einen halben Tag. Statt Programmierkenntnissen verlangt die webbasierte Konfigurationssoftware vom Anwender lediglich wenige Parameter und Häkchen. Unterm Strich reduzierte sich der Engineering-Aufwand zur gewünschten Modernisierung des Prüfstands um 90 Prozent.

IoT Gateway und Production Performance Manager (PPM)

Die IoT Gateway Hardware basiert auf einer industrietauglichen XM21 Steuerung von Bosch Rexroth. Diese bezüglich Zuverlässigkeit und Langlebigkeit zertifizierte Hardware unterstützt als offenes System eine große Zahl von Sensoren und Datenquellen beliebiger Hersteller, wie z.B. analoge und digitale Sensoren, Daten von Fremdsteuerungen oder OPC UA basierte Datenquellen. In Homburg sendet das Gateway die gesammelten und intern übersetzten Sensor-Daten an einen Server, auf dem unter anderem das Produktionsinformations- und Auswertesystem Production Performance Manager (PPM) von Bosch Software Innovations installiert ist. Dieses erfasst die Produktions- und Maschinendaten des vernetzten Prüfstands nahezu in Echtzeit, führt die Informationen in einer Visualisierung zusammen und leitet spezifizierte Ereignisse an definierte Personen weiter.

Skalierbares Paket: IoT Gateway und PPM

Ist der Production Performance Manager einmal installiert, lassen sich eine Vielzahl von IoT Gateways daran anschließen. Beide Komponenten sind inzwischen auch als Komplettpaket von Bosch Rexroth erhältlich. In Homburg nutzt die Instandhaltung das Bundle, um noch vor dem Entstehen ausfallkritischer Zustände einzugreifen.

Automatische Bestellung von Ersatzteilen

Der ergänzend eingesetzte Production Rules Configurator (PRC) von Bosch überwacht anhand grafisch modellierbarer Regeln die Einhaltung der festgelegten Parameter. So lässt sich ganz ohne IT- oder Programmierkenntnisse festlegen, wann jeweils eine Wartung, ein Filter- oder ein Ölwechsel notwendig ist. Als Bindeglied zwischen den Softwaremodulen für die vernetzte Maschine und dem ERP-System des Werks wurde zudem ein Maintenance Support System eingeführt, das etwa die Bestellung von Filtermedien und die Ersatzteil-Vorratshaltung digital abbildet.

OEE signifikant verbessert

Schon innerhalb der ersten Monate zeigte das Projekt signifikante Verbesserungen. Bezüglich der Prozessqualität liefert der nachgerüstete Prüfstand nun dokumentierte Daten zur Ölreinheit, die zuvor aufwändig in einem manuellen Prozess analysiert werden musste. Das regelbasierte Condition Monitoring mit vorausschauender Wartung reduziert die Ausfallzeiten und steigert die Overall Equipment Effectiveness (OEE)  des Pilot-Prüfstands um fünf Prozent. Die Ausfallkosten sanken um 25 Prozent. Der Return on Investment (ROI) wurde auf weniger als 1,5 Jahren berechnet. Hauptgründe dafür sind die Optimierung des OEE durch Reduzierung der unplanmäßigen Stillstände

Über den Autor:

ist Produktmanager IoT Gateway bei Bosch Rexroth. Er studierte Wirtschaftsingenieurwesen Maschinenbau an der RWTH Aachen sowie an der Tsinghua-University in China. 2014 stieg er mit einem Trainee-Programm bei der Bosch AG ein und ist seit 2016 bei Bosch Rexroth.

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