Die Güdel Group AG aus dem schweizerischen Langenthal ist ein weltweit tätiger Anbieter von Maschinenkomponenten und Automatisierungssystemen. Das Produktspektrum reicht von Linearachsen über Verfahrensachsen für Roboter bis hin zu Mehrachsportalen. Darüber hinaus umfasst es Komponenten wie Getriebe, Linearführungen, Zahnstangen und Ritzel. Das Schweizer Familienunternehmen ist u.a. für die sogenannte siebte Roboterachse bekannt. Dadurch lässt sich ein Roboterarm mithilfe einer Linearachse entlang einer Produktionslinie mobil einsetzen. Mit seinem Portfolio bedient Güdel eine Vielzahl von Branchen, allen voran die Automobilbranche. Speziell in der Pressenautomation – also der automatisierten Produktion von Karosserieteilen in Highspeed-Fertigungslinien – müssen die Achssysteme und Portale hohe Anforderungen erfüllen.
Steigende IIoT-Adaption
Nachdem IoT-Systeme im industriellen Umfeld zunächst nur zögerlich eingesetzt wurden, beobachtete Güdel in den letzten Jahren eine rasant steigende Nachfrage nach innovativen Produkten und Services. Vor allem in hochautomatisierten Bereichen wie der Automobilindustrie wurde die IIoT-Fähigkeit von Anlagen und Komponenten zunehmend zu einer Schlüsselkompetenz. Dies veranlasste das Unternehmen im Jahr 2019 dazu, den Startschuss für eigene Entwicklungen im IIoT-Bereich zu legen. Zunächst evaluierte Güdel dafür eine Reihe verschiedener Gateway-Produkte als Schnittstelle zwischen IT- und OT-Systemen, bis Hilscher mit dem NetField-Portfolio den Zuschlag erhielt.
Start mit Condition Monitoring
Als erstes IoT-Produkt entwickelte Güdel das Rollen-Condition Monitoring (RCM) für Verfahrachsen und Portale. Die Rollen eines Wagens, der über eine Achse fährt, tragen von allen Komponenten die größte Last und sind somit der höchsten Abnutzung unterworfen. Beim RCM erhalten Kunden von Güdel ein fertiges Gesamtpaket. Dieses besteht aus einer Evaluation Unit, die am Wagen sitzt und Vibrationsdaten in Relation zur Geschwindigkeit auswertet. Die Auswerteeinheit übermittelt die Daten schließlich an das IoT-Gateway, welches die weitere Verarbeitung, Speicherung und Darstellung der Daten übernimmt und im Schaltschrank montiert ist. Auf diesem lassen sich über das Cloudportal des IoT-Anbieters Software-Container ausrollen – etwa um die Messdaten im Cloudportal myGüdel zu visualisieren. Bei Grenzwertüberschreitungen diverser Parameter können zudem Interaktionen ausgelöst werden, wie das Versenden von Alarmen per E-Mail. Das RCM soll unerwartete Produktionsausfälle verhindern, die Produktionsqualität überwachen helfen und die Wartungsplanung unterstützen. „Bei der Entwicklung des Rollen Condition Monitoring hat uns Hilscher maßgeblich den Weg geebnet“, sagt Christoph Pfister, Senior SW Development Engineer – Digital Products bei Güdel: „Mit dem grundlegenden Ansatz für die Applikationsentwicklung, konnten wir sehr pragmatisch ein Minimal Viable Produkt (MVP) entwickeln. Dies half uns, zügig in die Themen IoT, Docker und Cloud reinzukommen, der Managementebene frühzeitig Ergebnisse zu liefern und somit unsere weitere Entwicklungsarbeit zu pushen.“ Vom Projektbeginn bis zum Einsatz des RCM vergingen etwa zwei Jahre. „Die rein auf Hilscher bezogene Entwicklungsdauer war allerdings wesentlich kürzer“, so Christoph Pfister. „Natürlich ist sowas immer schwer zu beziffern, da mit solch einer Produktneuentwicklung unzählige periphere Standardprozesse verbunden sind.“ Die reine Entwicklungszeit schätzt er auf sechs bis zwölf Monate.
Der Maintenance Manager folgt
Im Anschluss an das erste Projekt entwickelte Güdel den Maintenance Manager für die Smart Press Automation. Dieser Anwendungsfall in der Automobilindustrie besitzt einen sehr hohen Automatisierungs- und Integrationsgrad in der Industrieautomation. Eine Produktionslinie besteht dabei aus unzähligen Achsen und Komponenten unterschiedlicher Zulieferer, die durch die hohe Verfügbarkeit und Geschwindigkeit starken Belastungen ausgesetzt sind. Automobilhersteller stehen daher vor der Herausforderung, Maschinen- und Komponentendaten verschiedenster Hersteller zu sammeln und in ihrem digitalen Zwilling zusammenzuführen. Für Güdel bedeutete der Sprung vom RCM zum Maintenance Manager vor allem ein stark erhöhtes Datenaufkommen und die Herausforderung, die Daten je nach Kunden über verschiedene Kommunikationsprotokolle abzugreifen und über flexible Schnittstellen bereitzustellen. Aus diesem Grund griff Güdel für diesen Anwendungsfall auf das leistungsstärkere Gateway NetField OnPremise zurück. Mit diesem lassen sich die Daten von vielen Achsen über die Steuerung abrufen und für den Endkunden bereitstellen. Über standardisierte Schnittstellen lassen sich die Güdel-Module mit dem Maintenance Manager in beliebige Produktionsanlagen und bestehende IIoT-Systeme integrieren. Neben der Pressenautomation soll der Maintenance Manager in Zukunft auch bei weiteren Automationssystemen in der Logistik oder der Produktion eingesetzt werden.
UNS als Datenbackbone
Auf Basis des Maintenace Managers entwickelt der Automatisierer derzeit einen eigenen Unified Namespace. Über diesen sollen später alle Daten einer Produktionsanlage in einem Portal zusammenlaufen. Dieser Architekturansatz sorgt, anders als die Automatisierungspyramide, für eine Vernetzung aller Ebenen über einen einheitlichen Datenbackbone. Zu den konnektierten Systemen gehören die IIoT-Devices, Anwendungen für Enterprise Resource Planing, das Warehouse Management, Produktionsdashboards und Analytics-Systeme. Diese verbinden sich im Rahmen des UNS mit einem zentralen MQTT-Broker, der Daten empfängt und als digitaler Zwilling verstanden werden kann. Der Digital Twin lässt sich schließlich mit weiteren Cloud Services verbinden, um automatisierte und effiziente Kommunikationsprozesse über den gesamten Shopfloor hinweg zu ermöglichen.
Schnell zum IIoT vernetzt
Lediglich vier Jahre nach Startschuss verfügt Güdel heute über ein skalierbares Portfolio für die IIoT-Konnektivität – von einzelnen Modulen über ganze Produktionslinien bis hin zum weitreichenden Unified Namespace. „Mit den Edge Gateways von Hilscher und dem gesamten NetField-Ökosystem konnten wir in kürzester Zeit maßgeschneiderte IIoT-Anwendungen entwickeln, die exakt unseren Vorstellungen entsprechen“, resümiert Christoph Pfister.
