Wie IIoT-Plattformen Fabriken für Industrie 4.0 fit machen

In der modernen Fabrik nach Industrie 4.0-Maßstäben ist alles miteinander vernetzt, die Prozesse im Shopfloor sind durchgängig und transparent. Das bedeutet: die Infrastrukturen in der Produktion müssen IoT-fähig und für die Vernetzung ausgelegt sein. Wie kann eine IIoT-Plattform diese Anforderung lösen? Wie ermöglicht sie den bestmöglichen Überblick über Produktivität bzw. Störungen und trägt zu effizienteren Prozessen bei?

Ein hoher Grad an Transparenz stellt heute eine der wichtigsten Zielsetzungen für produzierende Unternehmen dar. Denn nur, wer auf dem Shopfloor einen genauen Überblick über den Status quo hat, kann Engpässe identifizieren, Fehlerquellen lokalisieren sowie Verbesserungspotenziale aufdecken und ausschöpfen. Um die erforderliche Transparenz in die Produktion zu bringen, muss eine Vielzahl an Daten erhoben, gespeichert und ausgewertet werden. Voraussetzung für den Datenaustausch und die -analyse ist jedoch eine hersteller- und generationenunabhängige Vernetzung zwischen Maschinen und übergeordneten Enterprise-Systemen.

Eine IIoT-Plattform kann bei dieser Auf­gabenstellung unter­stützen. Sie ist ein wichtiges technologisches Fundament zur Erfüllung der Industrie 4.0-Anforderungen. Eine in die Produktionslinie eingebundene IIoT-Plattform fungiert als Binde­glied zwischen den unterschiedlichen Systemen und Beteiligten in einer Produktion. Physische und virtuelle Systeme werden miteinander vernetzt, sodass sie miteinander kommunizieren und zusammenarbeiten können. Die Plattform befähigt Maschinen unterschiedlicher Hersteller und Generationen dazu, eine Sprache zu sprechen. Der Daten­austausch wird dabei in jede beliebige Richtung ermöglicht, sodass ein Zusammen­spiel der Maschinen, Softwaresysteme und Subsysteme gegeben ist. Die Vernetzung der Maschinen und Systeme kann über eine Vielzahl von Protokollen erfolgen.

Vernetzt werden zum einen Softwaresysteme, die zum Beispiel der Auftragsdaten­bereitstellung oder Produktions­güter­überwachung dienen, und zum anderen Mess­systeme sowie die am Herstel­lungsprozess beteiligte Hardware. Dazu kommt der Faktor Mensch, der nach wie vor einen wichtigen Bestandteil in der Produktion darstellt. Seine Arbeit wird durch den Einsatz einer IIoT-Plattform immens erleichtert. Denn Mitarbeitende in der Produktion sind dadurch immer genau darüber informiert, wie, wann und wo der nächste Produktionsschritt getan werden muss, wo Prozesse stocken und vieles mehr. Die Verantwortlichen können anhand der über die IIoT-Plattform gewonnenen beziehungsweise sichtbar gewordenen Informationen zum Beispiel frühzeitig eingreifen oder fundierte Entscheidungen treffen. Sie werden zu Entscheidern und Dirigenten.

Datengewinnung und -nutzung als Basis für automatisierte Prozesse

Eine IIoT-Plattform ist wesentlich, um Datenanalysen, spezielle Anwendungen und automatisierte Prozesse zu ermöglichen. Mit ihr lassen sich Produktionsdaten in Echtzeit erfassen und visualisieren. Schwachstellen im Gesamtsystem der Produktion können so aufgedeckt und durch die Früherkennung bestmöglich behoben werden. Das bildet die Basis für Effizienzsteigerung und mehr Wertschöpfung.

Eine IIoT-Plattform sammelt zunächst Maschinendaten und Zustandssignale aus den Anlagen im Betrieb und speichert sie in zentralen digitalen Datenbanken. Durch die Visualisierung der Daten wird Just-in-time ein Zustandsüberblick über die produzie­renden Anlagen und Systeme gewonnen – aber auch langfristige Auswertungen können so realisiert werden. Aus der transparenten und kumulierten Datenlage sowie den Auswertungen resultieren schließlich Effekte wie zum Beispiel schlankere Prozesse, höhere Produktivität und niedrigere Kosten.

Für die umfangreiche Datenerhebung mittels einer IIoT-Plattform müssen die tech­nischen Voraussetzungen vorhanden sein bzw. geschaffen werden. Über Ethernet-Interfaces wie OPC UA und MQTT lassen sich Daten einfach auslesen und verteilen. Sie zählen bei modernen Anlagen zum Standard und ermöglichen eine ergiebige Datenlage. Ältere Anlagen sind oftmals nicht mit Ethernet-Interfaces ausgestattet und können der IIoT-Plattform daher nur eingeschränkt Daten zur Verfügung stellen. Doch auch in solchen Fällen lassen sich mit der Plattform hilfreiche Informationen gewinnen.

Ein Beispiel: Eine 30 Jahre alte effiziente Säge bietet nur einen Ein- und Ausschalter und verfügt nicht einmal über eine speicherprogrammierbare Steuerung. Indem die IIoT-Plattform permanent ermittelt, ob die Anlage angeschaltet, ausge­schaltet, im Betrieb oder im Leerlauf ist, wie viele Schnitte sie macht und Ähnliches, lässt sich der Gesamtstromverbrauch der Anlage messen. So können auch aus einem bestehenden älteren System bestimmte Erkenntnisse gezogen werden, die dann beispielsweise über flexible Dashboard-Systeme visualisiert werden. Die Diagramme bei modernen Anlagen sind entsprechend umfangreicher und visualisieren auch Parameter wie Rüstzeiten, Störungen und Wartezeiten. So lassen sich wertvolle Erkenntnisse erzielen und Optimierungen ableiten.

IIoT-Plattform spezifisch auf die jeweiligen Bedarfe ausrichten

Eine IIoT-Plattform wie „toii“ von der thyssenkrupp Materials IoT GmbH ist mit einem Baukastensystem vergleichbar, das schrittweise dem jeweiligen Bedarf angepasst werden kann. Die IIoT-Plattform übernimmt zahlreiche Aufgaben in der digitalen Fabrik wie die Sammlung von Daten, die Maschinensteuerung und die Visualisierung. Ein Beispiel: liegen im ERP-System Auftragsdaten vor, die zu Umrüstungs­zwecken an die Maschinen übertragen werden sollen, können die Maschinen mit einem Messsystem die Qualität prüfen und diese über „toii“ an das QS-System liefern. Auch lässt sich die OEE-Kennzahl verlässlich aufnehmen, analysieren und verbessern.

Fertigungsbetriebe können mit der Einbindung einer IIoT-Plattform also wichtige Schritte in Richtung Digitalisierung und Automatisierung unternehmen. Durch den modularen Aufbau einer IIoT-Plattform wie „toii“ lassen sich bedarfsgerecht, schrittweise Prozesse digitalisieren und optimieren, sodass die Wirtschaftlichkeit signifikant erhöht werden kann. Etwaige Hemmschwellen oder Berührungsängste sind unbegründet, denn Digitalisierungs-Know-how ist für den Einsatz einer IIoT-Plattform nicht erforderlich.