Ein bestimmender Faktor für effiziente Maschinen und Anlagen ist deren Verfügbarkeit. Jede Minute Stillstand kostet Betreiber bares Geld. „Daher müssen sie Umrüstzeiten und ungeplante Stillstände auf ein Minimum reduzieren“, erklärt Ralf Pühler, Product Manager Industrial IoT bei B&R. Mit intelligenten, vernetzten Maschinen, dem sogenannten Industrial Internet of Things (IIoT), lässt sich das heutzutage realisieren. Zudem ermöglicht es vorausschauende Methoden wie Condition Monitoring. Der Drang nach mehr Effizienz hat noch weitere Auswirkungen, wie Pühler erwähnt: „Unternehmen integrieren Maschinen zunehmend in Bearbeitungszentren oder Linien.“ Teilweise werden diese Maschinen sogar je nach Auftrag neu zusammengestellt oder umgebaut. Eine solche Flexibilität effizient hinzubekommen, ist nur dann möglich, wenn die im Verbund agierenden Maschinen à la Plug & Play miteinander kommunizieren und Daten austauschen können, wie Pühler unterstreicht: „Grundvoraussetzung vernetzter Maschinen und vorausschauender Methoden sind nun mal Kommunikation und Daten.“ Indem Betriebsdaten von elektrischen, mechanischen, hydraulischen oder sonstigen Maschinenkomponenten vor Ort gesammelt, aggregiert und analysiert werden, lassen sich schon ungeplante Stillstände vermeiden. „Es sollte aber auch die Kommunikation in die Cloud gewährleistet sein“, ergänzt Pühler. Dadurch eröffnen sich neue Möglichkeiten bis hin zu neuen Geschäftsfeldern: Über die Cloud kann ein Maschinenbauer die Daten seiner Maschinen im Feld z.B. auswerten und den Betreiber über aufkommende Probleme an der Maschine informieren. „Davon profitieren letztlich beide Seiten“, sagt Pühler: „Der Maschinenbauer hat eine zusätzliche Einnahmequelle und der Betreiber kann die Maschinenverfügbarkeit erhöhen.“
Verbindungsaufbau bei Bedarf
Um das zu ermöglichen, ist der Maschinenbauer gefordert: „Er muss seinem Kunden die Möglichkeit bieten, Maschinen- und Prozessdaten erfassen und analysieren zu können und dafür die IT-Infrastruktur in seiner Maschine bereitstellen“, hebt Pühler hervor. Dazu braucht der Maschinenbauer Hardware, die Daten in ausreichender Qualität sammeln und weitergeben kann – die sogenannten Edge-Geräte.
Der IIoT-Experte spricht in diesem Zusammenhang ein oft diskutiertes Thema an: „Eine Standleitung oder ständig offene Internetverbindung in die Cloud, ist nicht nötig.“ Es reiche aus, in gewissen Abständen einen Herzschlag mit Informationen zum Gesundheitszustand der Maschine weiterzuleiten, z.B. Betriebsstunden, Temperatur oder Geschwindigkeit. Es ist auch möglich, die Edge-Komponente so zu konfigurieren, dass sie nur dann Informationen sendet, wenn definierte Events vorliegen – bestimmte Alarme oder eine Fehlbedienung. Und so bieten sich auch für diesen Fall neue Geschäftsmöglichkeiten für Maschinenbauer an, wie Pühler erwähnt: „Häufen sich Auffälligkeiten, kann der Maschinenbauer dem Betreiber z.B. Schulungen anbieten.“ IIoT-Lösungen ermöglichen zudem eine effiziente Art der Fernwartung: Egal ob Service-Techniker des Maschinenbetreibers oder des Herstellers, beide können sich mit der Maschine verbinden und den Maschinenbediener vor Ort bei der Fehleranalyse und -behebung unterstützen. „Bei externen Maschinenzugriffen spielt allerdings das Thema Security eine große Rolle“, betont Pühler. Daher verwendet die B&R-Fernwartungs-Lösung Secure Remote Maintenance aktuellste Sicherheitsmechanismen wie VPN (Virtual Private Network) und Three-homed-Firewalls. Die B&R-Fernwartungslösung Secure Remote Maintenance verwendet aktuellste Sicherheitsmechanismen wie VPN und Three-homed-Firewalls. Damit lassen sich Fernwartungskonzepte einfach und sicher umsetzen.
Daten für verbesserten Service
Daten zu sammeln ist eine Grundvoraussetzung, um die Möglichkeiten des IIoT zu nutzen. „Die Daten allein stellen jedoch noch keinen Mehrwert dar“, erwähnt Pühler. Erst mit intelligenten Software-Algorithmen werden die Rohdaten zu Informationen. Diese Informationen helfen dabei die Maschinen- und Anlageneffizienz zu optimieren. Der Maschinenbauer muss diese Algorithmen aber nicht selbst entwickeln. Das hat B&R für ihn schon getan als vorkonfigurierte Softwarebausteine seiner mapp Technology. Mit den mapp-Bausteinen lässt sich ein Energiemonitoring oder ein Alarmsystem mit wenigen Klicks einrichten. Durch weitergehende Software-Lösungen wie Condition Monitoring lässt sich leicht erkennen, ob die Maschine in Ordnung ist. Durch Vibrationsanalyse können u.a. Rückschlüsse auf den Werkzeugverschleiß, Vorschubgeschwindigkeiten und Schnittgeschwindigkeiten gezogen werden. Diese Informationen kann entweder der Maschinenbetreiber direkt nutzen oder der Maschinenbauer wertet sie aus und informiert den Betreiber. Durch Vibrationsanalyse können u.a. Rückschlüsse auf den Werkzeugverschleiß, Vorschubgeschwindigkeiten und Schnittgeschwindigkeiten gezogen werden.
Neue Geschäftsmodelle
„Das ermöglicht völlig neue Ansätze in der Beziehung zwischen Maschinenbauer und -betreiber“, sagt Pühler. So ist es denkbar, dass gar nicht mehr die Maschine an sich verkauft wird, sondern ein Kontingent an Betriebsstunden oder eine Stückzahl. Der Maschinenbetreiber muss sich nicht mehr um Wartung und Komponententausch kümmern. Der Maschinenbauer hat den Zustand der Maschine aus der Ferne im Blick. Wird eine Wartung notwendig wird der Betreiber lediglich informiert und muss sich um nichts weiter kümmern – das erledigt der Maschinenbauer. „Es gibt jedoch noch eine wichtige Voraussetzung, dass solche Konzepte funktionieren“, betont Pühler: „die zugrundeliegenden Daten müssen qualitativ hochwertig sein.“ Ein Monitoring bringt nichts, wenn es auf falschen oder falsch ausgewerteten Daten aufbaut. So sind bei den Lösungen von B&R z.B. die Abtastraten für die digitale Antriebstechnik sehr hoch, die Reaktionszeiten extrem kurz und die Datenvorverarbeitung an der Quelle, also in den I/O-Modulen oder den Edge-Komponenten, ebenfalls sehr hoch. „Das sind alles Eigenschaften, die im IIoT wesentlich sind“, erläutert Pühler.
