Die nachträgliche Integration von IoT in eine bestehende Produktionsanlage stellt Anlagenbetreiber oft vor große Herausforderungen. Retrofit bedeutet fast immer einen Eingriff in die Software der Bestandsanlage. Dass es auch anders geht, zeigt autosen mit einem pragmatischen und beliebig skalierbaren IoT-Konzept für einen führenden Hersteller von Bremsbelägen.
Die Herausforderung: Einfache Integration von IoT in eine bestehende Produktionsanlage
Die FRIMA FRIction MAterial Reibbelag GmbH – kurz FRIMA – ist ein typischer Hidden Champion: Das mittelständische Unternehmen mit Sitz in Meinerzhagen gilt als Vorreiter für innovative Bremsbeläge. Seit über 20 Jahren produziert der Hersteller im Sauerland Brems- und Kupplungsbeläge für Industrieanwendungen aller Art. Zum Einsatz kommen FRIMA-Produkte überall, wo Beläge benötigt werden: in Trommel- oder Scheibenbremsen, in LKW, Trailer und Maschinen auf der ganzen Welt und sogar in Achterbahnen.
Von der Mischungsherstellung aus den einzelnen, hochwertigen Rohstoffen, über die Formgebung bis hin zum fertig verpackten Reibbelag bietet FRIMA alles aus einer Hand. Die Vielseitigkeit des Maschinenparks ermöglicht es, Kunden ein breit gefächertes Teilespektrum anzubieten.
Um die Auslastung und den Zustand der Heißpressen besser überwachen und letztlich die Produktivität weiter steigern zu können, hat sich FRIMA vor einiger Zeit auf die Suche nach einer passenden IoT-Retrofit-Lösung begeben. Keine leichte Aufgabe – denn Produktivitätssteigerung mittels IoT gilt als komplex und bedeutet in der Regel einen Eingriff in die Software der Bestandsanlage. Es gibt ca. 350 verschiedene Kommunikationstreiber zu unzähligen unterschiedlichen Steuerungen. Kaum ein Endkunde ist in der Lage, eine solche Lösung nachzurüsten. Somit bleibt ein Retrofit in den meisten Fällen aus.
Für Produktionsverantwortliche ist es wichtig, die genaue Anzahl der in den Pressen hergestellten Formteile zu kennen. Schließlich ist sie ein wichtiger Indikator für die Maschinenauslastung und Effizienz. Basierend auf diesen Informationen lassen sich Prognosen für die Auftrags- und Produktionsplanung erstellen; Abweichungen zwischen Soll und Ist können rechtzeitig erkannt und gegengesteuert werden. In der Praxis ist es jedoch schwierig, diese Informationen in Echtzeit zu erfassen. Nicht jeder Pressvorgang wird abgeschlossen. Außerdem variiert die Anzahl aufgrund des Wechsels zwischen Formen mit vier oder sechs Belägen pro Fahrt. Die Anzahl der Pressvorgänge korreliert daher nur begrenzt mit der Menge der Endprodukte.
Die naheliegende Lösung, einen induktiven Sensor in jeder Maschine zu installieren, wurde bei FRIMA aufgrund des manuellen Aufwands beim Befüllen und Entnehmen der Formteile während des Produktionsverfahrens ausgeschlossen. Es wurde daher nach einem neuen Weg gesucht.
Die optimale Lösung fand FRIMA schließlich in einem minimal invasiven Konzept von autosen: dem io-key.
Die Lösung: Minimalinvasives Retrofit-Konzept
Der Sensorik- und Automatisierungsspezialist aus Essen bietet damit eine Komplettlösung aus Funk-Gateway, IIoT-Cloud und integrierter Konnektivität mit einer Datenflatrate, die europaweit, in den USA und vielen weiteren Ländern einsetzbar ist. Als Plug-and-Play-Lösung erkennt der io-key automatisch über 20.000 Industrie-Sensoren von mehr als 350 Herstellern, wenn sie angeschlossen werden. Die erfassten Daten werden über Mobilfunk standortunabhängig übermittelt, ohne dass Eingriffe in die bestehende IT-Infrastruktur erforderlich sind. Die Daten können in die gewünschte Cloud-Plattform übertragen werden, einschließlich AWS, Microsoft Azure oder anderen Cloud-Umgebungen.
Der io-key nutzt IO-Link und eine drahtlose Verbindung, um die Sensordaten direkt in einen Cloud-Container namens apollo zu liefern. Von dort aus werden die Daten über MQTT an die Cloud-Schnittstelle weitergeleitet. Von der Messung bis zur Übergabe an die Kunden-Cloud vergehen beim io-key und apollo maximal wenige Sekunden. Bei der ersten Inbetriebnahme eines Sensors am io-key dauert es etwa eine Minute bis der erste Datenpunkt in der Cloud verfügbar ist. Der io-key und apollo ermöglichen es dem Anwender, die Cloud-Umgebung und die Sensorik nach Belieben auszuwählen, ohne zusätzlichen Aufwand. Die korrekten Sensorwerte werden automatisch in der richtigen Form präsentiert. Die Rechenleistung für diese Services stammt aus der Cloud. Das bedeutet, dass der Service skalierbar ist und sowohl AWS als auch andere Cloud-Anbieter genutzt werden können. Durch die Übernahme der Sensoridentifikation als offenes System entfällt für den Anwender das gesamte Asset-Management.
Bei dem ungewöhnlichen, individuell für FRIMA entwickelten Konzept wurde in die SPS der Maschinen ein neuer manipulationssicherer Stückzähler programmiert. Dieser erfasst nur die tatsächlich ausgeführten Pressvorgänge, verknüpft diese mit Informationen zu den verwendeten Formen und berechnet daraus die Stückzahl.
Derzeit sind sieben Maschinen mit einem Zähler ausgestattet. Jede SPS ist über Kabel mit einem IO-Link-Verteiler eines Drittanbieters verbunden. Über diesen Verteiler können maximal acht Datenquellen mit dem autosen io-key verbunden werden. Die Daten werden alle zehn Sekunden in die Cloud übertragen und gleichzeitig im selben Dashboard angezeigt. Normalerweise generiert das Dashboard die Anzeige automatisch, zum Beispiel für Temperatur- oder Füllstandsensoren. Für den Wert „Stückzahl“ waren jedoch einige individuelle Anpassungen erforderlich, die FRIMA in enger Zusammenarbeit mit den Experten von autosen schnell umgesetzt hat.
Das Ergebnis: Skalierbare Retrofit-Lösung ohne einen einzigen Sensor
Bei FRIMA ist nun der Rollout über den gesamten Pressenpark geplant. In der endgültigen Ausbaustufe sollen alle elf Maschinen damit ausgestattet sein. Zusätzlich sind bereits weitere Projekte angedacht, bei denen der io-key von autosen seine Stärke wie die automatische Sensorerkennung über IO-Link noch besser ausspielen kann. So werden beispielsweise durch die Überwachung der Pressen über Schwingungs- und Vibrationssensoren Betriebszustände erfasst, um Störungen und Verschleißerscheinungen frühzeitig zu erkennen.
Mit der eingesetzten, skalierbaren Retrofit-Lösung kann FRIMA ohne einen einzigen Sensor die Funktion der Pressen in Echtzeit überwachen und die Produktionsplanung optimieren. Die OT/IT-Integration wird komplett umgangen. Somit können Anwender von io-key ihre Produktionsanlagen nicht nur viel schneller digitalisieren: Es ist auch dort möglich, wo kein entsprechendes Fachpersonal vorhanden ist. Die Kosten pro Anlage stehen von Anfang an fest und sind linear auf weitere Anwendungen übertragbar.
