Intelligente Fertigung: Auf die Daten kommt es an

Hersteller stehen heute unter ständigem Druck. Die Kosten steigen, Lieferketten verlagern sich, die Erwartungen der Kunden wachsen und die Produktionsumgebungen werden immer komplexer. Gleichzeitig sind die Ressourcen – Personal, Zeit und Ausrüstung – knapper denn je.

Wie können Hersteller also mit weniger mehr erreichen? Die Antwort lautet zunehmend „Smart Manufacturing“ – und im Kern geht es dabei um die effektivere Erfassung und Nutzung von Daten. Für viele Hersteller besteht die Herausforderung nicht in einem Mangel an Daten, sondern darin, zu wissen, wie man auf diese Daten zugreift, ihnen vertraut und sie effektiv nutzt.

Eine der gängigsten Methoden, wie Hersteller diese Daten nutzen, ist die Leistungsmessung anhand der Gesamtanlageneffektivität (OEE), die drei Schlüsselbereiche betrachtet:

• Verfügbarkeit: Verbesserung der Anlagenauslastung und Maschinenverfügbarkeit

• Leistung: Reduzierung ungeplanter Ausfallzeiten und kleinerer Stillstände

• Qualität: Ausschussquoten senken und die Qualität verbessern

Die Überwachung, Steuerung und Verbesserung dieser Komponenten wird durch die intelligente Fertigung ermöglicht, die Daten nutzt, die von Technologien wie Robotik/Automatisierung, intelligenten Geräten, Vernetzung/IIoT sowie Software/KI/Cloud generiert, erfasst und verarbeitet werden. Diese Technologien verschaffen Herstellern die für die Steigerung der OEE erforderliche Prozesstransparenz, Flexibilität und Effizienz.

Transparenz: die Fähigkeit, sicher zu erkennen, was an einer Maschine, in einem Prozess und in einer Anlage geschieht – an Standorten vom Fertigungsbereich bis zum Remote-Büro.

Flexibilität: die Fähigkeit, die Produktion schnell an sich ändernde Kundennachfrage, Prozessengpässe und eine Produktion mit hoher Produktvielfalt bei geringen Stückzahlen anzupassen.

Effizienz: die Fähigkeit, ungeplante Ausfallzeiten zu reduzieren, indem Anlagenausfälle vorweggenommen und eine schnellere Diagnose sowie Fehlerbehebung ermöglicht werden.

Daten sind hierfür das entscheidende Element, und moderne Sensoren liefern mehr als nur einfache Ein-/Aus- oder analoge Signale. Beispielsweise können intelligente Sensoren mit dem IO-Link-Protokoll Folgendes bereitstellen:

• Prozessdaten: den Zustand eines Geräts oder Messwerte

• Service-/Parameter-/Gerätedaten: Parameterwerte und Konfigurationseinstellungen sowie nicht zeitkritische Werte wie Betriebszyklen oder Betriebsstunden

• Ereignisdaten: selten auftretende Ereignisse wie Alarme oder Informationsmeldungen

Dieser zusätzliche Kontext hilft Herstellern nicht nur beim Betrieb der Maschinen, sondern auch dabei, deren Zustand, Leistung und potenzielle Probleme zu verstehen.

In einer intelligenten Fabrik werden die Daten direkt an den Anlagen in der Fertigung durch eine Vielzahl von Sensoren generiert. Die Daten werden dann mithilfe von Protokollen auf Geräteebene wie IO-Link an Netzwerkblöcke weitergeleitet. Diese Netzwerkblöcke bündeln die Daten, um sie anschließend über industrielle Ethernet-Protokolle an Steuerungssysteme weiterzuleiten; von dort können die Daten über Standard-Ethernet-Protokolle an Systeme auf Unternehmensebene oder in die Cloud übertragen werden.

Für die Datenübertragung zwischen verschiedenen Ebenen werden aus verschiedenen Gründen unterschiedliche Protokolle verwendet:

• Protokolle auf Geräteebene eignen sich hervorragend, um die relativ geringen Datenmengen, die von Sensoren erzeugt werden, schnell und kostengünstig auf die Steuerungsebene zu übertragen. Die Hardware ist robust und klein genug, um in kleine Geräte zu passen, und vermeidet die Nutzung knapper IP-Adressen; einige Protokolle liefern erweiterte Daten (Beispiel: IO-Link liefert Prozess-, Service- und Ereignisdaten).

• Industrial-Ethernet-Protokolle eignen sich hervorragend für die Übertragung größerer Datenmengen mit hohen Geschwindigkeiten zwischen Geräten auf der Steuerungsebene und zu Fabrikmanagementsystemen. Sie bieten die für die rauen Umgebungsbedingungen in der Fabrik erforderliche Robustheit. Bei Bedarf stehen sehr schnelle Protokolle für die Echtzeitsteuerung zur Verfügung (Beispiel: EtherCAT für die Bewegungssteuerung).

• Standard-Ethernet-Protokolle werden häufig für die Verbindung zwischen der Steuerungsebene und der Unternehmensebene oder der Cloud genutzt, wo eine komplexere, weniger zeitkritische Datenverarbeitung von „Big Data“ stattfinden kann.

Entscheidend ist, dass die an den Anlagen in der Fertigung erzeugten Daten schnell, effizient und kostengünstig dorthin übertragen werden können, wo sie benötigt werden – oft lassen sich dieselben Daten für mehrere Zwecke nutzen. Beispielsweise können Daten von einem Sensor an einem Förderband den Maschinenbetrieb in Echtzeit steuern, den Bedienern eine Visualisierung bieten und Daten in ein System einspeisen, das die Betriebszeit und Leistung erfasst.

Das Bindeglied, das die Elemente der intelligenten Fertigung miteinander verbindet, sind Daten. Intelligente Geräte ermöglichen es Herstellern in Verbindung mit Vernetzung/IIoT, Robotik/Automatisierung sowie Software/KI/der Cloud, diese Daten effektiv zu erfassen, zu übertragen und zu nutzen, um die Gesamtanlageneffektivität (OEE) zu verbessern, Ausfallzeiten zu reduzieren und bessere Entscheidungen zu treffen. Da sich die Fertigung ständig weiterentwickelt, sind diejenigen am besten aufgestellt, um wettbewerbsfähig zu bleiben, die Maschinendaten in umsetzbare Erkenntnisse umwandeln können.