Miele digitalisiert Waschmaschinenproduktion mit OPC UA

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IoT Use Case - OPC Foundation, Miele
10 Minuten Lesezeit
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Text vom Original übernommen – OPC Foundation

Miele ist der weltweit führende Anbieter von Premium Hausgeräten. Dazu zählen die Produktsegmente Kochen, Backen, Dampfgaren, Kühlen und Gefrieren, Kaffeezubereitung, Geschirrspülen, Wäsche- sowie Bodenpflege. Hinzu kommen Geschirrspüler, Waschmaschinen und Wäschetrockner für den gewerblichen Einsatz sowie Reinigungs-, Desinfektions- und Sterilisationsgeräte für medizinische Einrichtungen und Laboratorien.

Das 1899 gegründete Unternehmen unterhält acht Produktionsstandorte in Deutschland sowie je ein Werk in Österreich, Tschechien, Polen, Rumänien und China. Der Umsatz betrug im Geschäftsjahr 2020 rund 4,5 Milliarden Euro. In fast 100 Ländern ist Miele mit eigenen Vertriebsgesellschaften oder über Importeure vertreten. Weltweit beschäftigt das in vierter Generation familiengeführte Unternehmen etwa 21.000 Mitarbeiter. Der Hauptsitz des Unternehmens ist Gütersloh in Westfalen, Deutschland.

Vorteile von OPC UA

“Die Umstellung auf OPC UA ist vereinfacht ausgedrückt die Modernisierung der Datenkommunikation nach dem neuesten Stand der Kenntnisse.”

Christian Stickling Information Technology in Appliance, Miele, auf der Pressekonferenz der OPC UA Foundation im Jahr 2018 (SPS Nürnberg).

Warum setzt Mieles BU Laundry auf Produktionskommunikation mit OPC UA?

OPC UA ist das Kommunikationsprotokoll für die Industrie 4.0. und kann herstellerübergreifend und plattformunabhängig eingesetzt werden. Der Kommunikationsstandard basiert auf einem einheitlichen und verschlüsselbaren Datenmodell, um die sichere Kommunikation zu gewährleisten. Benötigte Transformatoren sind ohne aufwendige Programmierung auf der Clientseite einfach in bestehende Systeme integrierbar. OPC UA hat den entscheidenden Vorteil, dass die Kommunikation mit dem Einsatz der OPC UA-Schnittstellen einheitlich geregelt, robust und sicher ist“, fasst Christian Stickling, Information Technology in Appliance, Miele, die Hauptmerkmale zusammen.

Können bestehende Anlagen auf OPC UA aufgerüstet werden?

„Die einheitlichen Schnittstellen sind für unterschiedliche Systeme einsetzbar. Das ist ein großer Vorteil für eine bestehende Implementierung. Fazit: Die Zeitaufwände bei Anpassungen oder der Integration von Geräten und Anlagen sind enorm verringert. Ebenfalls reduziert ist der Aufwand der Kommunikationstechnik in komplexen 4.0-Fertigungsprozessen. Weitere Vorteile liegen in der Nutzung virtueller Hardware. Das Prinzip „Hardware in the Loop“ überprüft schon während der Konstruktions- und Planungsphase die Prozesse. Ein großer Vorteil ist darüber hinaus, dass inzwischen 100 Prozent der Zulieferer von Miele OPC UA-konforme Produkte mit OPC UA-Schnittstellen in Maschinen und Steuerungen liefern.“

Stichwort "Datensicherheit"?

„Die hohe Sicherheit von OPC UA ist für Miele ein wesentlicher Faktor. Die Kommunikation mit OPC UA funktioniert nach dem Prinzip „Secure by default“. Sämtliche Daten werden verschlüsselt und sicher übertragen. Unter diesen Sicherheitsstandards werden die Anlagen und die Produktionsdaten der BU Laundry in die Azure Cloud von Microsoft transferiert.“

OPC UA im Presswerk

Waschmaschinenaggregate mit OPC UA fertigen

Im Mai 2017 nahm die erste Arbeitsgruppe, mit der Zielsetzung, den OPC UA-Standard zu prüfen, die Arbeit auf. Im November 2017 erfolgte der offizielle Beitritt zur OPC Foundation. In 2018 entschied Miele im Bereich Presswerk und Rohbau bei der Produktion von Waschmaschinen auf OPC UA zu setzen. Im Presswerk in Gütersloh werden Bauteile aus Stahlblech produziert. In nachfolgenden Fertigungsschritten werden diese Einzelteile im Rohbau zu einem Waschmaschinenaggregat und -gehäuse montiert. Dazu sind Schweißprozesse, Clinchprozesse oder auch Schraubprozesse notwendig. In der Endmontage entsteht aus dem Waschaggregat, -gehäuse und weiteren Einzelteilen der fertige Waschautomat.

Das Ziel der OPC UA-Integration war die Modernisierung und Vereinfachung der Datenkommunikation im Presswerk und in der Rohbaufertigung. Seit 2018 ist der Einsatz von OPC UA für die Produktionskommunikation in der BU Laundry kontinuierlich gestiegen.

Auch beim Umbau bestehender Anlagen werden heute OPC UA Standards, sofern möglich, umgesetzt. Neuanlagen sind bereits ab Werk mit OPC UA ausgestattet. Nur in seltenen Ausnahmefällen kann OPC UA nicht realisiert werden, zum Beispiel wenn eingekaufte Ausrüstung mit proprietären Systemen ausgeliefert wird. In diesem Fall würde eine Veränderung einen Garantieverlust nach sich ziehen.

„Die Entwicklung der Waschmaschinen, die Fertigung der Bauteile und die Endmontage finden fast durchgängig im eigenen Hause statt. Die Fertigungstiefe bei Miele ist enorm. Dadurch haben wir die Qualität fest im Griff.“

Markus Frielinghaus, Presswerksleiter Gütersloh, Miele

Produktion von rund 860.000 Waschmaschinen pro Jahr

Im Branchenvergleich erreicht Miele eine sehr hohe Fertigungstiefe. Das Unternehmen kann daher die Qualität der Produkte umfassend beeinflussen und die Produktsicherheit erhöhen. Miele-Waschmaschinen werden auf eine Lebensdauer von 20 Jahren getestet. Zum vierten Mal in Folge sind Waschmaschinen von Miele auch im Jahr 2021 Seriensieger von Stiftung Warentest.

Ein straffer Zeitplan

Der Standort Gütersloh wurde 1907 errichtet und ist heute der Hauptsitz von Miele sowie das Kompetenzzentrum der Wäschepflege. Hier entwickelt und produziert Miele Waschmaschinen und Waschtrockner. Hinzu kommt die Fertigung von Pressbauteilen, Gussbauteilen und emaillierten Gehäuseteilen für andere Miele-Werke sowie Produkt- und Prozessentwicklung für die Miele-Werke Uničov (Tschechien) und Ksawerów (Polen). Auch die Entwicklung und Produktion von Elektronikkomponenten für nahezu alle Miele-Geräte findet in Gütersloh statt.

Umstellung auf OPC UA in nur drei Wochen

Die Integration der neuen Kommunikationsebene konnte nur in den dreiwöchigen Betriebsferien erfolgen, wobei die einzelnen Testreihen unter Realbedingungen im laufenden Presswerk in Gütersloh stattfinden mussten. Es galt daher, einen enorm straffen Zeitplan und die Abstimmung mit dem Presswerk einzuhalten. Die Umstellung selber fand im laufenden Betrieb statt.

Innerhalb von nur drei Wochen musste das alte System abgebaut, die neuen Kommunikationsebenen einschließlich der OPC UA-Schnittstellen integriert, und die Aufrüstung vom bestehenden Maschinenpark mit Adaptern abgeschlossen und getestet werden. Auch die Anbindung des Leitstands erfolgte innerhalb der Betriebsferien. Der Leitstand sorgt für optimale Steuerungsstrategien, indem er beispielsweise den Zustand der Anlagen, sowie die Belegung der Maschinen mit Statistikdaten verknüpft und daraus Analysen erzeugt.

Plan B für den Notfall

Ein Fehlschlag hätte immense Lizenzkosten für die frühere Software nach sich gezogen sowie Rückbauten und Redundanzen verursacht. Es gab einen Plan B, aber keinen Rückwärtsgang. “Als am Montagmorgen nach den Betriebsferien die Produktion fehlerfrei anlief, wussten wir, dass jeder Produktionsabschnitt erfolgreich auf den OPC UA-Kommunikationsstandard umgestellt war. Wir hatten gute Erfahrungen mit OPC UA, ein Konzept zum Umbau und waren uns sehr sicher, dass wir es in drei Wochen schaffen“, erklärt Christian Stickling rückblickend.

„Sehr sicher heißt aber nicht, ganz sicher. Die OPC UA-Integration war eine immense Herausforderung, denn ein Presswerk lässt sich im Gegensatz zu einem Laborexperiment nicht einfach mal umbauen. Es war ein wunderbarer Moment, als alles funktionierte und wir mit der erfolgreichen Umstellung auf OPC UA Verbesserungen erzielt haben. Wir verfügen nun über eine einfacherer und zukunftssicheren Betrieb in der Produktionskommunikation und haben finanzielle Einsparungen erzielt, da keine Lizenzen für Spezialsoftware gekauft werden müssen. Es erfolgt eine schnellere Fehlerbehebung, die einen reibungslosen Betrieb der Anlage gewährleistet.“

In Mieles Waschmaschinenproduktion – hier der Bandendtest – können mit den via OPC  UA übertragenen Daten im Materialflusssimulator zahlreiche Produktionsszenarien geprüft werden. Die Echtdaten aus der Fabrik liefern die Grundlage, um die Fertigung zu optimieren.

1. Produktionsdatenkommunikation

Im ersten Schritt wurden die Produktionsplandaten von SAP mit den Ist-Daten aus den Anlagen verknüpft. Dazu gehörten beispielsweise die Rüstzeiten und Rüstkosten, die Daten der Anlagenkapazitäten und Arbeitsschichten sowie die Materialnummern. Zu diesem Zweck wurden Standards für das Datenformat definiert und Schnittstellen integriert, damit der Zugriff auf die Daten über OPC UA erfolgen konnte.

Durch den Einsatz von OPC UA können die Daten heute nicht nur generiert, aufbereitet oder ausgewertet werden, sondern auch in beliebiger Form und ohne Mehraufwand in andere Systeme übertragen werden.

2. Materialflusssimulator

Ein Materialflusssimulator nutzt OPC UA-Schnittstellen, um Echtzeitdaten effektiv von den Datenquellen abzuholen. In sekundenschnelle werden die Produktionssignale, beispielsweise aus dem Presswerk, in den Materialflusssimulator übertragen. Die Ist-Daten der Anlagenzustände werden im Materialflusssimulator erfasst und visualisiert.

Der große Vorteil besteht dabei darin, dass die Anlagen ohnehin schon in virtuellen 3D-Modellen im Materialflusssimulator abgebildet sind und nur noch mit den Ist-Daten angereichert werden müssen, um die Simulationsmodelle zu Digitalen Zwillingen auszubauen.

„Unser Ziel ist es, die Simulation nicht nur für strategische Planungsanalysen einzusetzen, sondern langfristig auch zur Unterstützung des operativen Betriebs. Dazu sollen die Modelle mit dem ‚Ist- und Live-Zustand‘ der aktuellen Produktion initialisiert werden. Aus diesem Zustand heraus kann man dann Vorhersagen ermitteln.“

Jan Brinkjans, Production Engineering, Business Unit Laundry, Miele

In Anwendung

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