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Wie OPC UA bei den Herausforderungen der Implementierung von Brownfield Industrie 4.0 helfen kann

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Wie OPC UA bei den Herausforderungen der Implementierung von Brownfield Industrie 4.0 helfen kann

10 Dec, 2019

Die aktuellen Diskussionen zum Thema Industrie 4.0 und intelligenten Fabriken drehen sich normalerweise um Maschinen der neuen Generation, zeitgemäße Geschäftsmodelle und das industrielle Internet of Things (IIoT). Bei diesen Diskussionen werden die Frage, wo die Branche aktuell steht und die Integration in die Industriebranche in der Regel vergessen. Dies zeigt, dass zu viel Nachdruck darauf gelegt wird, wo wir hin möchten, ohne darüber nachzudenken, Altfabriken und -geräte mit auf die Reise zu nehmen.

Beim Smart Industry Summit 2017 hat Nestlés technischer Direktor zusammengefasst, dass er von der Zukunft besessen ist und die Vergangenheit übersieht. Rauf Hagen sagte, dass es „für jede ein oder zwei Neuansiedlungen pro Jahr ... auch 430 Altfabriken gibt, für die eine Lösung gefunden werden muss“. Er ergänzte dies mit der Aussage, dass mache der Maschinen in Nestlés Altfabriken seit über 50 Jahren in Betrieb sind. Darum werden Daten aus diesen Fabriken noch stets durch manuelle Prozesse erfasst und die Aufgabe, die Produktivität in Altfabriken zu erhöhen, ist noch immer eine Herausforderung.

Nestlés Beispiel ist nur eines von vielen, das die Anzahl der Altfabriken aufzeigt, die die Herausforderungen im Zusammenhang mit der Implementierung von Industrie 4.0-Konzepten meistern müssen. Zu den wichtigsten Herausforderungen gehören:

  • Die Erfassung von Daten - Diese konzentriert sich auf die Erfassung der Daten, die erforderlich sind, um die Gesamteffizienz der Anlagen (OEE) in Echtzeit zu bewerten.
  • Vorverarbeitung und Speicherung von Daten - Zu den Herausforderungen gehört es, die Maschinen in die Lage zu versetzen, die erfassten Daten zu organisieren und vorübergehend zu speichern, bevor sie mit einer zentralen Datenbank kommunizieren.
  • Der Umgang mit statischen Auslegungen
  • Die Integration der erfassten Daten in industrielle Cloud-Plattformen

Dieser Artikel umfasst folgende Themen:

  • Die Herausforderungen der Implementierung von Industrie 4.0 in Altfabriken
  • Die Rolle der industriellen Edge-Geräte und Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) im Umgang mit diesen Herausforderungen
  • Wie Edge-Hardware und industrielle Software eingesetzt werden können, um Industrie 4.0 in Altfabriken zu implementieren

 

Die Herausforderungen bei der Implementierung in Altfabriken verstehen

Auch wenn Nestlés Beispiel einige der Herausforderungen hervorhebt, beschreibt es sie nicht im Detail. In Bezug auf die Integration einer datengesteuerten Leistungsoptimierung von Anlagen für Altfabriken, ist die am besten zur Überwachung geeignete Metrik die Gesamteffizienz der Anlagen. Während diese Datenfür intelligente Anlagen problemlos zur Verfügung stehen, konzentrieren die von Altmaschinen erfassten Daten sich in der Regel auf die Maschinenkapazität und ihr Endergebnis. Diese Daten werden manuell erfasst und zusätzliche Informationen - wie die Produktionszeit pro Stück, die Geschwindigkeit individueller Maschinenbereiche oder der Zusammenhang zwischen der Materiallieferung und den Produktionszeiten - können nur schwer erfasst werden.

Die Fähigkeit, Daten in Echtzeit zu erfassen und Ausfallzeiten der Anlagen einzuplanen unterstützt eine Reduktion der Ressourcenverschwendung und verbessert das Zeitmanagement. In Altfabriken ist es schwierig, Daten von Montagelinien in Echtzeit zu erfassen und diese an ein zentrales Datenbank-Ökosystem zu schicken. Dies liegt daran, dass der vernetzte Prozess normalerweise mit Kontrollsystemen und Prozessen unterschiedlicher Generationen arbeitet. Dadurch entsteht eine Kommunikationslücke, welche die in intelligenten Fabriken genutzten durchschnittlichen Protokolle aufgrund der obsoleten - XP, NT - Systeme bei Altmaschinen nicht überbrücken kann.

Die statische Auslegung von Arbeitsplätzen in Altfabriken ist ebenfalls eine Herausforderung, die berücksichtigt werden muss, wenn man plant, Industrie 4.0-Konzepte zu implementieren. Dies liegt daran, dass der Umzug von Altmaschinen und Produktionslinien in diesen Anlagen letztendlich mehr schadet als nutzt und zu viel kostet. Zu den weiteren Herausforderungen gehört die Sicherung der in diesen Anlagen erfassten Daten und der Umgang mit der Integration von Altmaschinen in digitale Ökosysteme aufgrund eines Mangels an Netzwerkports.

 

Diese Herausforderungen mit industrieller Edge Computing Technologie und kundenspezifischer Software überwinden

Die Herausforderung der Datenerfassung von Altfabriken und den Altmaschinen darin kann durch die Verwendung von Technologien wie industriellen Edge-Computing-Geräten und Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) überwunden werden. Diese Geräte können an der Anlage befestigt werden, ohne alte Kontrollsystem in der Anlage zu verändern. Ein Beispiel für eine industrielle Edge-Computing-Technologie ist die EXORs JSmart Produktreihe der HMI-Feldgeräte.

Diese industrietauglichen Geräte sind in der Lage, Daten von externen Maschinen sowie die wichtigeren Daten im Kontrollsystem der Maschine zu erfassen. Zu den weiteren Eigenschaften, die ihre Resilienz in Altfabriken unter Beweis stellen, gehört ein integrierter IP67-Schutz vor Staub, Wasser und eindringender Feuchtigkeit.

Intelligente Edge-HMI-Lösungen können auch erfolgreich die Herausforderungen meistern, die in Altfabriken entstehen, wenn Industrie 4.0-Konzepte implementiert werden. Mit Eigenschaften wie Bewegungs- und Umgebungssensoren können Edge-Lösungen eingesetzt werden, um die Auslegung von Anlage zu kartieren und diese in verschiedene Anwendungen zu integrieren. Ein Beispiel ist der Versuch, einen digitalen Zwilling einer Altfabrik zu erstellen. Das Edge-Gerät kann Sie unterstützen, indem es die erforderlichen Daten zur Verfügung stellt, um eine digitale Darstellung zu entwickeln, die aus allen Anlagen in der Fabrik besteht. Wenn diese erstellt wurde, ist es möglich, Produktionsprozesse zu simulieren und Vorhersageanalysen durchzuführen.

Die digitale Transformation oder der Einsatz eines digitalen Zwillings, um Industrie 4.0 zu implementieren, hebt auch die Rolle von intelligenten Edge-Geräten und Software-Lösungen hervor, um an Geschäftsinformationen aus Altfabriken zu gelangen. Bei richtiger Durchführung kann die digitale Umgebung verwendet werden, um den Effekt der Implementierung von IIoT und intelligenten Geräten in diesen Umgebungen zu testen, bevor der tatsächliche Implementierungsprozess gestartet wird.

 

Wie OPC UA Pub/Sub über TSN Datenströme und die Kommunikation in Altfabriken vereinigen kann

OPC UA Pub/Sub bietet ein Framework für die Integration von Industrie 4.0 in Altfabriken sowie die Konnektivität und Kommunikation über verschiedene Produktionsstätten mit unterschiedlichen technologischen Fähigkeiten hinweg. Die Integration von OPC UA und Time Sensitive Networking (TSN) ermöglicht auch, dass Daten sicher erfasst und mit garantierter Latenz zwischen Produktionseinrichtungen mit moderner Technologie und (obsoleten oder veralteten) Altanlagen oder -technologien versendet werden können. Ein Beispiel hierfür ist die Verwendung von OPC-konformer Technologie, um LNG-Fabriken, Raffinerien und Versorgungseinrichtungen zu verbinden, zu verwalten und Daten sicher untereinander auszutauschen.

In diesem Szenario kann Industrie 4.0 in Altanlagen implementiert werden und OPC UA Pub/Sub über TSN bietet die Möglichkeit, über ihre Kontrollsysteme mit anderen Fabriken oder Servicestationen zu kommunizieren und Daten zu teilen. Dieser Prozess stellt sicher, dass Daten sicher geteilt werden und respektiert die Sicherheitsrichtlinien aller Beteiligter. Außerdem werden die Ressourcen deutlich reduziert, die erforderlich wären, wenn man dies auf einem anderen Weg versuchen würde. Zu den weiteren Vorteilen der Integration von OPC UA gehört der Ausschluss der Datenverlustmöglichkeit bei Ausfallzeiten und die Verwendung einer Verschlüsselung, die die übertragenen Daten vor Bedrohungen im Bereich der Cybersicherheit schützt.

 

Die Implementierung von Industrie 4.0-Konzepten in Ihren Fabriken

Wie bereits gesagt, gehören zu den Herausforderungen einer Implementierung von Industrie 4.0-Konzepten die Datenerfassung, Kommunikation und Sicherheit. Um diese Schwierigkeiten erfolgreich zu meistern, ist eine gründliche Untersuchung der Vorteile einer Implementierung von Industrie 4.0-Geschäftsmodellen und der damit verbundenen Technologien der Ansatz für eine erfolgreiche Implementierung. Hier spielen die industrielle Edge-Computing-Software und die damit korrespondierende Software in Verbindung mit der Integration von OPC UA-Standards eine Rolle. Auch wenn die Auswahl eines Weges zur Implementierung und dessen Durchführung in der Verantwortung des Systemintegrators liegt, können HMI-Geräte dabei helfen, den Prozess zu vereinfachen.

 

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