Retrofit: Veraltete Maschinen digitalisieren

Die Anschaffungskosten von Maschinen sind in der Regel sehr hoch und deren Lebens- und Einsatzdauer deshalb sehr lang. Das führt automatisch zu veralteten Produktionsumgebungen mit niedrigem Automatisierungsgrad. Umso wichtiger ist es, diese Maschinenparks nachzurüsten, denn nur mit verwertbaren, digitalen Maschinendaten können die Betriebe den Sprung ins Industrie-4.0-Zeitalter schaffen.

Dieses Nachrüsten älterer Maschinen und Produktionsanlagen mit Sensoren und modernen Kommunikationskomponenten bezeichnen Fachleute als digitalen Retrofit. Auf diese Art und Weise gewährleisten sie, dass auch traditionelle Industriebetriebe mit überholten Anlagenparks eine Chance haben, von der Digitalisierung zu profitieren – ein Aspekt, der vor allem für den deutschen Mittelstand von übergeordneter Bedeutung ist. Wie unterschiedlich die Zielsetzung und Vorgehensweise bei Retrofit-Projekten ist, verdeutlichen zwei konkrete Praxisbeispiele:

Retrofit-Methode:

1. Bedarfsanalyse: Prüfung vorhandener Fähigkeiten analoger Maschinen
2. Sensoren-Auswahl: Auswahl der benötigten Sensoren
3. Strategieentwurf: Definition der Eckdaten und gewünschten Ziele
4. Nachrüstung: Installation der Sensoren sowie des Präprozessor-Agenten
5. Vernetzung: Zusammenführung der Maschinen- und Sensordaten zum Zwecke der Analyse

Fit für die Zukunft

Ein deutscher mittelständischer Anbieter von Elektroinstallationstechnik arbeitet in der Produktion mit speziellen Stanzmaschinen. Diese werden ihrerseits von besonderen Zahnrädern angetrieben, deren Anschaffung sehr teuer ist. Fällt ein solches Zahnrad aus, steht die Maschine und damit der Produktionsprozess still. Um einen solchen Stillstand zu vermeiden, ist es aber leider nicht sinnvoll ein Zahnrad als Reserve zu lagern, denn die Zahnräder sind sehr teuer und ihre Lagerung wäre totes Kapital. Es liegt also auf der Hand, dass es hilfreich wäre, rechtzeitig zu wissen, wann ein Zahnrad ausfallen könnte. Um aber eine solche Prognose abgeben zu können, sind Daten über den Zustand der Maschine erforderlich. Deshalb werden Maschinen mit verschiedenen Sensoren ausgestattet. Im Fall des Zahnrads, dass die Stanzmaschine antreibt, sind das ein Temperatursensor, drei Vibrationssensoren sowie ein Körperschallsensor. Diese Sensoren generieren analoge Signale, die mittels einer speziellen Technik in digitale Daten umgewandelt werden – der Hersteller der Elektroinstallationstechnik beispielweise nutzt dafür die vBox vom Fraunhofer Institut. Retrofit-Experten, beispielsweise von compacer, kommen im nächsten Schritt zum Einsatz, wenn es um eine Interpretationssoftware geht, die diese Daten erfasst und so aufbereitet, dass verschiedene Analysen durchgeführt werden können – im genannten Beispiel die Daten- und Prozessintegrationsplattform edbic. Dann können die digitalisierten Daten genutzt werden, etwa für ein Condition Monitoring, das stets in Echtzeit Auskunft über den aktuellen Zustand der Maschine gibt.

Doch das ist noch nicht alles: Nach einem längeren Beobachtungszeitraum und der Erhebung entsprechender Vergleichsdaten lassen sich aus den Monitoring-Daten sogar Zustandsprognosen ableiten – etwa über das Antriebszahnrad. So lässt sich sukzessiv ein Frühwarnsystem einrichten, das Abnutzungserscheinungen, Ausfälle oder andere Probleme rechtzeitig identifiziert. Sobald genügend Daten vorliegen, kann das Unternehmen einen Schritt weitergehen. Vergleicht es die Zahlen, die über einen längeren Zeitraum erhoben wurden, lassen sich sogar entsprechende Predictive-Maintenance-Maßnahmen daraus ableiten.

Maschinenpark 4.0

Aber es gibt noch eine weitere Retrofit-Facette. Diese setzt an einer anderen Stelle an – direkt beim Maschinenhersteller und nicht erst bei dessen Betreiber. Auch hier veranschaulicht ein konkretes Beispiel eines mittelständischen Unternehmens die Dimension des Möglichen. In diesem Fall handelt es sich um BURKHARDT+WEBER, Hersteller von hochpräzisen Bearbeitungszentren. Zusammen mit compacer möchte er seine Bearbeitungszentren langfristig mit einer IIoT Solution ausstattet und somit Condition Monitoring möglich machen. Ziel ist es, den Kunden und Betreibern der Maschinen die bestmöglichen Voraussetzungen für die Umsetzung von Digitalisierungsprojekten an die Hand zu geben.

Durch den Einbau des compacer IIoT Gateways sind die BURKHARDT+WEBER Maschinen zukünftig in der Lage, eine Vielzahl an Daten zu liefern, anhand derer sich eingehende Analysen über den Zustand der Maschinen und ihres Leistungsvermögens erstellen lassen. Mit dem IIoT Gateway werden Daten aus der Maschinensteuerung gesammelt und auf einem Dashboard zusammengeführt. Der IIoT Hub bereitet diese Daten anschließend auf, so dass verschiedene Auswertungen möglich sind und die Betreiber der Maschinen jederzeit den Überblick über den aktuellen Maschinenzustand haben. Zudem sollen auch bereits im Einsatz befindliche Maschinen von BURKHARDT+WEBER eine Art „Digitalisierungs-Facelift“ erhalten. Ähnlich wie im bereits beschriebenen Beispiel geht es um eine höhere Produktivität und bessere Planbarkeit der Wartungseinsätze mit dem Ziel zukünftig Predictive Maintenance betreiben zu können.

Fazit

Mit der Retrofit-Methode, sprich der Installation von Sensorentechnik in Kombination mit einer entsprechenden Umwandlungsbox sowie einer Integrationssoftware, lassen sich auch nicht-digitale Anlagenparks an digitale Strukturen anbinden und fit für die Zukunft machen. So lässt sich die Lebensdauer von Maschinen verlängern, Produktqualität und Produktionsvolumen steigern, Energie einsparen und die rechtzeitige Versorgung mit Ersatzteilen sicherstellen. In jedem Fall sorgt Retrofit für eine Vernetzung und Harmonisierung des Maschinenparks und schafft damit eine solide Basis für Industrie 4.0-Projekte.

Lumir Boureanu, CEO der compacer GmbH

compacer.com