Über Kommunikationseinrichtungen können die Sensoren mit IoT-Plattformen kommunizieren, so dass die Daten in Echtzeit verarbeitet werden können. (Bild: DiIT)
In der rasant fortschreitenden Digitalisierung der Industrieproduktion nimmt die Sensorik eine zentrale Rolle ein. Sie bildet eines der Kernelemente des Internets der Dinge (IoT), wo sie die Messung und Kontrolle von Veränderungen der jeweiligen Objekte übernimmt, so zum Beispiel Temperatur, Feuchtigkeit, Vibration, Bewegung, Beschleunigung, aber auch chemische Zustände wie den CO2– oder Sauerstoffgehalt einer Entität. Über Kommunikationseinrichtungen können die Sensoren mit IoT-Plattformen kommunizieren, sodass sich die Daten in Echtzeit verarbeiten lassen. Mittlerweile sind zahlreiche solcher Plattformen für Aufnahme, Verarbeitung und Kommunikation der entsprechenden Daten für den industriellen Einsatz verfügbar.
Günstiger und kleiner
Vor allem zwei Entwicklungen haben die Einsatzmöglichkeiten der Sensorik in den letzten Jahren enorm erweitert: Zum einen die fortschreitende Miniaturisierung der Sensoren, die nun den Einsatz auf oder in nahezu allen Objekten ermöglicht (so sind nun auch sehr kleine Bauteile mit Sensoren bestückbar); zum anderen wurden die Sensoren und die entsprechenden Kommunikationssysteme im letzten Jahrzehnt extrem billiger, sodass der Einsatz auf allen möglichen Objekten auch betriebswirtschaftlich darstellbar ist, sogar die Verwendung von „Wegwerfsensoren“ ist heute kein Thema mehr.
Die erfassten Daten lassen sich in der Industrieproduktion auf vielfältige Weise nutzen, etwa für die unmittelbare Steuerung der Prozesse, aber auch für die Ermittlung von betrieblichen Kennzahlen und deren Übernahme in das MES (Manufacturing Execution System) sowie für die Vorhersagen von Prozessverläufen – etwa hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit von Störungen und von Verschleißerscheinungen in Maschinen. Insgesamt können Unternehmen mit den aus den diversen Sensoren gewonnenen Informationen ihre Produktionsprozesse optimieren.
Vier Ansatzpunkte für die Implementierung
Für die Produktion von Kabelsätzen, die beispielsweise in der Bordelektronik von Fahrzeugen Verwendung finden, ergeben sich auf vier Ebenen Ansatzpunkte für die Implementierung solcher Sensoren. Die erste Ebene betrifft die Sensoren an der Maschine. Die meisten Maschinen, insbesondere in der Schneiderei, verfügen über online-Schnittstellen, über die sie mit übergeordneten MES-Systemen kommunizieren können. Eine zusätzliche Sensorik benötigen sie nicht. Es gibt allerdings auch ältere Maschinen, die diese Fähigkeit nicht haben. Hier können einfache Sensoren zum Einsatz kommen, beispielsweise als Stückzähler, die die produzierten Teile zählen, was dann in Verbindung mit anderen Informationen Rückschlüsse auf den Prozess erlaubt: ein Absinken der Stückzahl pro Zeit kann auf eine Störung verweisen; da die Sensorik die Kontrolle in Echtzeit ermöglicht, kann sofort reagiert werden.
optimieren und steuern
DiIT ist ein weltweit agierender Hersteller von Manufacturing Execution Systemen (MES) für die Produktion von Kabelsätzen und Kabelbäumen, zum Beispiel für die Automobilindustrie. Die Software des Unternehmens optimiert und steuert komplexe Entwicklungs-, Fertigungs- und Logistikprozesse bei internationalen Herstellern und unterstützt Qualitätssicherung und Rückverfolgbarkeit.
Als zweite Ebene werden die Sensoren an Rohmaterial angesehen. Damit lässt sich beispielsweise die Füllmenge oder die aktuelle Position bestimmen und feststellen, ob ein Rohmaterial zur richtigen Zeit am richtigen Ort ist; dadurch können die Auffüllzeiten des verbrauchten Rohmaterial-als verkürzt werden; indem der Sensor die Daten an das MES sendet, lässt sich kontrollieren, ob für einen Auftrag die richtigen Rohmaterialien an der richtigen Maschine bearbeitet werden.
Damit aus den erfassten Daten tatsächlich Kennzahlen werden, die für die Benutzer visualisiert werden, bietet die Software-Suite 4Wire Solutions die Grundlage für fundierte Entscheidungen. DiIT
Die Sensoren an den Werkzeugen wäre die dritte Ebenen. In der Kabelsatzproduktion sind Werkzeuge – beispielsweise für das Zuschneiden oder das Crimpen – teuer, nicht zuletzt, weil sie ständigem Verschleiß unterliegen; sie sind daher oft in begrenzter Stückzahl vorhanden und werden auch unter den Maschinen ausgetauscht. Auch hier ermöglichen es Sensoren Werkzeuge schneller aufzufinden, beispielsweise per Smartphone-App; durch Auslesen des Werkzeugsensors können Wartungsprotokoll, Verwendungszweck oder Ersatzteilnummern der Verschleißteile erfasst werden; Verbindung mit den Informationen aus dem MES zum Beispiel festzustellen, ob Werkzeuge an den richtigen Maschinen für den richtige Auftrag eingesetzt werden, wann sie verfügbar sind oder auch, ob eine Wartung durchgeführt werden muss.
Zusätzliche Sensoren an Maschinen wären der vierte Ansatzpunkt. Über die Basis-Sensoren an Maschine wie Stückzähler hinaus ermöglicht die technische Weiterentwicklung der Sensoren mittlerweile auch die Erfassung komplexer Informationen der Maschinen, aber auch von deren Umgebung. Zustände wie Vibration, Noise, Lux oder CO2 ermöglichen das frühzeitige Erkennen beziehungsweise Antizipieren von Störszenarien: zum Beispiel, wenn bei einer bestimmten Umgebungstemperatur ein definiertes Vibrationsmuster auftritt, ist in der nächsten Stunde mit einer Störung des Typus X zu rechnen. Auf diese Weise lassen sich Einbußen bei Leistung, Qualität oder Verfügbarkeit vermeiden, beispielsweise indem man eine Wartung von Maschine oder Werkzeug vorzieht oder auch herauszögert, beziehungsweise für Tuning-Maßnahmen um Maschinen ohne Qualitätseinbußen schneller laufen zu lassen.
MES von entscheidender Bedeutung
Neben der unmittelbaren Implementierung von Sensorik und Kommunikationssystemen im Produktionsprozess ist immer die Integration in das jeweilige MES von entscheidender Bedeutung. Erst damit werden aus den erfassten Daten tatsächlich Kennzahlen, die für die Benutzer visualisiert werden, und damit – wie etwa Ditt mit seiner Software-Suite 4Wire Solutions – zur Grundlage fundierter Entscheidungen. Die Analyse der Daten zeigt zum Beispiel auf, wie Kennzahlen verbessert werden können und wie sich der Prozess der Kabelsatzproduktion insgesamt weiter optimieren lässt.
Christoph Plüss
(hw)
