Smarte Getriebe integrieren

Ausfallrisiken antizipieren, Wartungsbedarf erkennen, Verfügbarkeit vorhersagen, Ausschuss vermeiden - intelligente Getriebe sind in Verbindung mit digitalen, smarten Services in der Lage, dies und vieles mehr zu leisten. Der Maschinenbau hat das Mehrwert-Potenzial erkannt und steht vor der Herausforderung, smarte Produkte und Services kommunikations- und informationstechnisch in die digitale Infrastruktur seiner Maschinen und Anlagen zu integrieren.
Kommunikationsinfrastruktur für smarte Produkte (Sensor, Aktuator) und die mögliche Verortung smarter Services (Glühbirnen-Icon), die sowohl im Feld, on Edge (SPS / IPC) oder in der Cloud lauffähig sind. – Bild: Wittenstein SE

Getriebe von Wittenstein Alpha mit Cynapse-Funktionalität – also mit integrierter Sensorik, Logik und IO-Link-Datenausgabe – sind in der Lage, das Betriebsverhalten von Antriebsachsen zu erkennen. Sie bieten die notwendige Intelligenz und Konnektivität, um in digital vernetzte Umgebungen einer smarten Maschine oder Fabrik integriert werden zu können. Gleichzeitig bilden intelligente, ’sprechende‘ Getriebe die technologische Grundlage für ständig neue, digitale smarte Services. Diese analysieren die Getriebedaten und stellen sie als Informationen für bessere Prozesse bereit – wodurch sie Maschinen und Anlagen, Prozesse und Produkte verbessern und optimieren können. So ist es z.B. durch die Analyse von Vibrationsdaten möglich, das ‚Weglaufen‘ eines Sollprozesses frühzeitig zu erkennen und so die Produktion von Schlechtteilen oder einen Prozessstillstand zu vermeiden. Der hierauf aufbauende, bei Wittenstein in der Entwicklung befindliche, digitale Smart Service ‚Anomalie-Erkennung‘ wird anhand der Daten in der Lage sein, Fehler vor dem Entstehen zu bemerken. ‚Predictive Quality‘ und ‚Predictive Availability‘ sind nicht mehr nur Vision, sondern können nutzbare Realität werden. Kein Wunder also, so berichten Experten, dass drei von vier Maschinenbauern mit smarten Komponenten und Services im Markt ihre Marktposition verbessern wollen und viele von ihnen signifikante Umsatzsteigerungen erwarten. Im praktischen Alltag stellt sich jedoch vielerorts die Frage der praktischen und zukunftssicheren Integration solcher Industrie-4.0-Produkte und -Services.

Integrationskonzepte

Die Digitalisierung im Maschinenbau erfordert, dass sich die Hersteller verstärkt mit neuen Themenfeldern zu beschäftigen haben. Gleichzeitig ist zu vermuten, dass sie das erforderliche spezifische Wissen um smarte Komponenten, Systeme und Services nur in Teilbereichen eigenständig aufbauen und weiterentwickeln können. Das im Zusammenschluss verschiedener Fachverbände geschaffene Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0) stellt einen Ordnungsrahmen für die interdisziplinäre und herstellerübergreifende Integration von Industrie-4.0-Komponenten und digitalen Services in das Industrial Internet of Things (IIoT) und eine Industrie 4.0 dar. RAMI 4.0 schafft die Basis für eine weltweit eindeutige Kennzeichnung von I4.0-Komponenten. Jede von ihnen ist dadurch auch virtuell ein globales Unikat – ein unverwechselbarer digitaler Zwilling des jeweiligen smarten Produkts. Der ZVEI -bei RAMI 4.0 im Boot – hat darüber hinaus einen Leitfaden veröffentlicht, dessen anbieterneutrale Anforderungen an Industrie-4.0-Produkte interessierten Maschinen- und Anlagenbauern eine zukunftssichere Orientierung ermöglicht und bei der Integration ein Mindestmaß an Interoperabilität und herstellerübergreifender Vernetzung gewährleistet.

Dennoch bleibt die Integration smarter Produkte und Services in Produktionssysteme aus dem Maschinen- und Anlagenbau eine vielschichtige Herausforderung – denn sie sollen zugleich sowohl an der vernetzten Kommunikationsinfrastruktur der Feldebene als auch in der Informationswelt von Steuerungs- und Unternehmensebenen ‚andocken‘.

Alternative ‚docking stations‘

Smarte Produkte wie die Getriebe mit Cynapse-Funktionalität von Wittenstein Alpha sind moderne Feldkomponenten innerhalb von Maschinen, Anlagen und Produktionssystemen. Integriert in die Kommunikationsinfrastruktur sind sie zur Datenerfassung und -verarbeitung mit anderen Geräten, Sensoren und Aktuatoren vernetzt. Physikalisch kann ihre Einbindung über speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), über Industrie-PCs (IPC) oder über spezielle IoT-Gateways für das Edge Computing erfolgen. Abhängig von der Komplexität ihrer logischen Funktionen können smarte Geräte und damit deren digitale Services auch in der Cloud-Ebene ausgeführt werden – eingebettet als digitaler Zwilling in ein IIoT-Ökosystem. Ausschlaggebend für die Wahl der ‚docking station‘ sind letztlich die benötigten Ressourcen zur Verarbeitung und Speicherung von Daten sowie die aufgrund von Latenz und Datenvolumen erforderliche Nähe zum Entstehungsort der Daten.

Mit der Anbindung und Vernetzung der smarten Komponenten stellt sich zugleich die Frage der vertikalen Kommunikation in die Informationswelt. Es geht um den transparenten Austausch von Daten vom kleinsten Feldgerät bis in die Cloud – um spätestens dort aus den Daten aussagekräftige und handlungsrelevante Informationen zu machen. OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) hat sich hierfür als der Standard für einen plattformunabhängigen und interoperablen sowie funktions- und zukunftssicheren Informationsaustausch herausgebildet. OPC UA ermöglicht es dem Maschinenbauer unter anderem, IO-Link oder eine vorhandene Feldbusstruktur in standardisierter Weise in übergeordnete Systeme zu integrieren, um beispielsweise Maschinendaten zu transportieren.

Individuell integrieren

Für die Integration smarter Getriebe und Services in Maschinen und Anlagen existieren somit sowohl maßgebliche Ordnungsrahmen als auch standardisierte Technologien. Auf diesem Fundament können Maschinenbauer nun individuell aufsetzen.

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