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antriebstechnik 1-2/2016

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PREDICTIVE MAINTENANCE I

PREDICTIVE MAINTENANCE I SPECIAL „Industrie 4.0 − Eine Frage der richtigen Architektur“ Anlagen und Maschinen müssen langfristig gesehen miteinander kommunizieren Ohne eine durchgängige IT-Infrastruktur und standardisierte Schnittstellen können Industrie-4.0- Projekte kaum erfolgreich realisiert werden. „Inter operabilität“ lautet das Stichwort. Denn der nahtlose Durchgriff auf Daten von den ERP-Systemen bis zur Fertigung ist eine Grundvoraussetzung für deren Umsetzung. Lesen Sie hier eine Einschätzung des Experten Plamen Kiradjiev, Industrie 4.0 Chief Architect bei IBM. E rst mit einer durchgängigen vertikalen Integration von Maschinendaten und einer horizontalen Integration von Planungs-, Produktions- und Logistikdaten sowie weiteren relevanten Einflussgrößen lassen sich die Potenziale von Industrie 4.0 voll ausschöpfen. Hinzu kommt, dass die Schnittstellen für ein reibungsloses „Plug & Play“ bzw. „Plug & Produce“ geschaffen werden müssen, damit Maschinen oder Fertigungsmodule miteinander kommunizieren und zu jedem Zeitpunkt an jeder Stelle im Produktionsprozess ausgetauscht oder modifiziert werden können. Darüber hinaus ist es notwendig, die Produkte mit einem „Produktgedächtnis“, z. B. einem RFID-Chip, auszustatten, der es ihnen ermöglicht, mit den Maschinen, den ERP- und anderen Systemen, zu kommunizieren. Ein weiterer Aspekt ist der durchgängige Modellierungsansatz: Denn liegt ein komplettes digitales Abbild eines Produktes bzw. einer Anlage vor, können damit Erkenntnisse über Probleme, die im Rahmen des Produktionsprozesses oder erst in späteren Phasen des Produktlebenszyklus festgestellt werden, frühzeitig erkannt und entsprechend entschärft werden. Unser Konzept für eine systematische Industrie 4.0-Infrastruktur entspricht im Wesentlichen dem Smart-Factory-Ansatz, der 2015 auf der Hannover Messe vorgestellt wurde und an dessen Entwicklung insgesamt 16 Unternehmen beteiligt waren. Er ist die weltweit erste herstellerübergreifende modulare Industrie 4.0-Anlage. Die wesentlichen Merkmale in Bezug auf das digitale Abbild der Anlage: n Vertikale und horizontale Integration, um Daten aus den Maschinen und anderen relevanten Systemen zu extrahieren n Kosteneffiziente Sammlung der Daten in einem „Data Historian“ n Mit intelligenten mathematischen und analytischen Modellen aus der Vergangenheit zu lernen und die dabei gewonnenen Muster und Regeln zur Optimierung und Prognose zukünftiger Ereignisse zu verwenden. Mit diesen drei Stufen arbeitet auch der Smart-Factory-KL Demonstrator (Bild 01). Beim Smart-Factory-Demonstrator werden mithilfe des von den unterschiedlichen Modulherstellern vereinbarte OPC UA Standard-Protokolls die Modul- und Produktdaten über die OPC UA Input-Knoten des IBM Integration Bus in einem Data Historian gespeichert. Die daraus entstehenden Echtzeit- und historischen Reports im Kontext des Produktionsprozesses liefern die Basis für Conditional Monitoring: Von Produkt und Anlage, Echtzeit-Darstellung der Topologieänderungen bis hin zu Predictive Maintenance, zum Beispiel die Vorhersage eines Modul ausfalls auf Basis konkreter Parameterwertkombination. Sie werden im konkreten Fall mithilfe der IBM-Software Cognos und SPSS analysiert. Bedingungen für eine durchgängige Integration Für die vertikale wie horizontale Integration ist die Verwendung offener bzw. etablierter Standards wie OPC UA, die den Austausch „Durchgängige IT-Infrastrukturen und standardisierte Schnittstellen sind Schlüsselelemente für den Erfolg von Industrie-4.0-Projekten.“ Plamen Kiradjiev ist Industrie 4.0 Chief Architect bei IBM der Daten zwischen Maschinen und Anlagen, -Shopfloor und Office-IT-, bzw. zwischen den IT-Systemen im Produktionsumfeld ermöglichen, die bestmögliche Option. Ebenfalls notwendig sind Softwarelösungen und Datenprotokolle, um Maschinen und 54 antriebstechnik 1-2/2016

SPECIAL I PREDICTIVE MAINTENANCE Smart-Factory-KL: Produktivität vorausschauend optimieren Teile auch nachträglich mit vernetzter Intelligenz auszurüsten. Denn in erster Linie wird es zunächst darum gehen, die existierenden Altsysteme, die heute eine deutliche Mehrheit der bestehenden Produktionssysteme ausmachen, so auszurüsten, dass sie Industrie-4.0-tauglich werden. Eine Option sind hier Service-Orientierte Architekturen (SOA). Diese gelten für die gängigen Unternehmens-IT-Systeme längst als „State-of-the-Art“ und können nun auch für den Shopfloor übernommen werden. Denn ein Integrations-Layer im Shopfloor, analog zum Enterprise Service Bus (ESB) Konzept bei SOA, ermöglicht eine hohe Flexibilität bei der Integration verschiedener Systeme, da er die Integrationslogik aus den Maschinen, ähnlich wie bei den Fachsystemen, herausnimmt und sie ihre eigenen Sprachen sprechen lässt. Diese Entkopplung ist eine der wichtigsten SOA-Eigenschaften. Sie reduziert die Komplexität bei der Verbindung unterschiedlicher Systeme, die miteinander kommunizieren sollen, auf ein Minimum. Darüber hinaus wird – wenn diesem Architektur-Ansatz gefolgt wird – über eine zentralisierte Integrationsschicht ein Security Gate geschaffen, das die Kommunikation der Maschinen untereinander steuert, kontrolliert und dadurch gleichzeitig zur Shopfloor-Sicherheit beiträgt. Doch betrachtet werden muss in jedem Fall das Gesamtkonzept. Denn die Effizienz gewinne von Industrie 4.0 liegen nicht mehr nur in der Automatisierung des Shopfloors. Vielmehr birgt der beidseitige Austausch mit den Maschinen in den digitalen Wertschöpfungsnetzwerken zwischen Entwicklung und Produktion, Herstellern und Kunden sowie zwischen den betriebswirtschaftlichen Prozessen und Fertigung das Potenzial innovativer Geschäfts prozesse. Dafür müssen letztendlich die Architekturen und Schnittstellen ausgelegt und richtig eingesetzt werden. www.ibm.com antriebstechnik 1-2/2016 55

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