Fertigungsnahe Datenverarbeitung
Analyse in der Edge
Sollen Betriebsprozesse verbessert werden, müssen häufig Daten an der Anlagenperipherie (Edge) erfasst und für Analysen verarbeitet werden. Edge-Controller und Industrie-PCs auf Maschinenebene vermitteln tiefreichende Einblicke in bestehende oder neue Produktionsanlagen.
![Edge-Controller und Industrie-PCs auf Maschinenebene vermitteln Einblicke in Produktionsanlagen. (Bild: www.freeimages.com [eur02.safelinks.protection.outlook.com] / Emerson Process Management GmbH & Co. OHG)](https://it-production.com/wp-content/uploads/sites/22/2023/07/web_280951_MicrosoftTeams-image-1-1024x535.jpg "Edge-Controller und Industrie-PCs auf Maschinenebene vermitteln Einblicke in Produktionsanlagen. (Bild: www.freeimages.com [eur02.safelinks.protection.outlook.com] / Emerson Process Management GmbH & Co. OHG)")
Mangelnde Transparenz bei den tatsächlichen Prozessen von Maschinen und Anlagen kann dazu führen, dass sich produzierende Unternehmen vornehmlich auf empirische Daten verlassen. Anwender zögern oft, selbst grundlegende Analyselösungen zu implementieren. Es bestehen häufig Bedenken hinsichtlich der Hardware, Software und Integration, die für aussagekräftige Analysen erforderlich sind, sowie ein mangelndes Verständnis für die potenzielle Amortisation. Eine geeignete Herangehensweise ist die Skalierung der Aufgaben in Teilbereiche, die Implementierung der Analyse am Entstehungsort der Informationen. Durch den Einsatz von Edge Devices und Edge Software lassen sich viele einzelne Datenquellen erfassen und zu einer gemeinsamen Informationsquelle zusammenführen, die zur Analyse und Verbesserung des Prozesses herangezogen werden kann.
Ressourcen und Zeitaufwand
Viele Hersteller haben den Eindruck, dass Analyseinitiativen unternehmensweite Vorhaben sind, angesiedelt im Bereich der Fertigungsmanagementsysteme. Das führt häufig zu Bedenken hinsichtlich der verfügbaren Ressourcen, des Zeitaufwands und der Kosten für ein größeres IT-Projekt, vor allem wenn die Kompetenzen des Unternehmens auf die Betriebstechnik (OT) ausgerichtet sind. Solche Bedenken können jedoch durch eine maschinennahe Datenanalyse ausgeräumt werden. Mit modernen Edge Controllern, IPCs und OT-fokussierter Software werden Anwender, Systemintegratoren und OEMs in die Lage versetzt, praktische Analysesysteme zu realisieren – von der Maschine aufwärts statt von Unternehmensebene abwärts. Dieser Ansatz kann sich unmittelbar auszahlen (z. B. durch die Bereitstellung von Metriken zur Gesamtanlageneffektivität) und bietet die Möglichkeit, tiefer gehende Analysen durchzuführen und auf das gesamte Unternehmen zu erweitern.
Datenverarbeitung an der Maschine
Die Verlagerung der Datenanalyse aus der IT in den OT-Bereich des Unternehmens hat Vorteile. Vor allem wenn man bedenkt, dass die meisten Daten an der Maschine selbst verfügbar sind. Intelligente Sensoren und andere externe Systeme können ebenfalls mit einbezogen werden. Diese Daten auf die IT-Ebene zur Analyse und Speicherung zu übertragen, ist meist sehr kostspielig und komplex. Bei der Verwendung klassischer Automatisierungssysteme muss jeder Messpunkt manuell konfiguriert sowie über mehrere Kommunikationsverbindungen und -systeme abgebildet und in die IT-Ebene übertragen werden. Kritische Daten können an Aktualität verlieren, während weniger wichtige Daten unnötig Bandbreite und Speicherplatz beanspruchen. Wichtige Metriken wie OEE (Verfügbarkeit, Leistung und Qualität), Laufzeitstunden, Durchsatz, Ausschuss, Energieverbrauch und Maschinenstatus können hingegen alle bereits am Entstehungsort der Daten – also in der Edge – verarbeitet werden. Ein direkter Zugriff ist sowohl auf die Rohdaten als auch auf die daraus resultierenden Berechnungen möglich, wobei die konsolidierten Ergebnisse für eine eventuelle Analyse auf höherer Ebene in die Cloud übertragen werden. Die Edge-Verarbeitung ist gut geeignet, um den Zustand und die Leistung der einzelnen Maschinen zu verstehen. Dieser erste wichtige Schritt kann erweitert werden, indem die Analyse für eine gesamte Produktionslinie bzw. mehrere Werke durchgeführt wird.
Edge-Controller und IPCs
Es ist möglich, manche Analysefunktionen mit herkömmlichen SPSen und HMIs durchzuführen, in der Regel sind diese Geräte jedoch nur für die Echtzeit-Steuerung von Maschinen und Anlagen konzipiert. Für Edge-Analyseaufgaben mit Unterstützung unterschiedlicher Kommunikationsprotokolle und individueller Software ist eine höhere Performance notwendig. Diese Features bieten spezielle Edge-Controller und IPCs, mit denen Anwender Maschinen und Anlagen um IIoT- und Edge-Analysefunktionen erweitern können. Dafür weisen Edge-Controller nicht nur SPS-Funktionalität auf, sondern auch ein unabhängiges und integriertes Onboard-Betriebssystem, mit dem erweiterte Visualisierungs-, Analyse- und Kommunikationsaufgaben erledigt werden können. IPCs, bei denen es sich um robuste Standalone-Computer handelt, können diese Aufgaben z.T. ebenfalls übernehmen. Beide Edge-Computing-Arten sind für Umgebungen mit extremen Temperaturen und starken Vibrationen ausgelegt, wie sie typischerweise an Maschinen und ggf. in maschinennahen Schaltschränken vorkommen. Was Edge-Controller und IPCs von Standard-SPSen und HMIs unterscheidet, ist ihre Fähigkeit, Software-Applikationen und -Pakete auszuführen, die Interoperabilität zu Steuerungen, intelligenten Sensoren und Zustandsüberwachungsgeräten, Kommunikations-Gateways zu anderen Peer- oder übergeordneten Systemen, Visualisierung und Dashboards mit Maschinenstatus und Analysen sowie analytische Berechnungen für OEE und energetische Nachhaltigkeit.
Anwendung von Edge-Analysesystemen
Mit der passenden Hard- und Software ist jede Maschine IIoT-fähig. Da produzierende Unternehmen normalerweise viele Maschinen betreiben, die oft über mehrere Standorte verteilt sind, muss ein IIoT-System auf Maschinenebene auf die Anlage und dann das Unternehmen skalierbar sein. Eine offene, modulare, skalierbare und flexible Software-Plattform ist gut geeignet für die Umsetzung von IIoT und sie bietet verschiedene Nutzungsszenarien. Ergänzende Software-Pakete mit erweiterten Funktionen können für Analysefunktionen auf Anlagenebene und die Bewertung der Energieeffizienz sorgen. Konnektivitäts-, Kommunikations-, Visualisierungs- und Analysesoftware stehen einzeln oder als Produkt-Pakete zur Verfügung und sind der Einfachheit halber teilweise auf Edge-Controllern und IPCs vorinstalliert. Konfigurationsassistenten ermöglichen die Umsetzung von Projekten in Minuten, um Leistungskennzahlen (KPI), OEE und Ausfallzeiten zu berechnen. Assistenten sind Tools mit Schritt-für-Schritt-Anweisungen, die den Anwender durch den Import bestimmter Informationen und Parameter leiten, um eine umfassende OEE-Anwendung anzulegen. Dashboards werden verwendet, um Maschinen- und Produktionsinformationen einschließlich Gesamtlaufzeit und Ausfallzeit, Vergleich von geschätzter und tatsächlicher Durchlaufzeit und die Anzahl der produzierten Einheiten zu visualisieren. Diese Informationen werden auch in einer Datenbank gespeichert und bilden die Grundlage detaillierter Berichte. Mit Analysefunktionen auf lokaler Ebene können Entscheidungen auf Anlagenebene getroffen werden, aber die Informationen können auch über die Cloud bereitgestellt werden, so dass sie in andere Datensätze eingebunden oder auf der Ebene des Maschinenparks oder Unternehmens analysiert werden können.
