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O+P Fluidtechnik 1-2/2016

O+P Fluidtechnik 1-2/2016

Intelligent ausgewertete

Intelligent ausgewertete Betriebsdaten vernetzter Produkte könnten zu einem neuen, erfolgreichen Serviceangebot werden. Aber sind geeignete internetfähige Schnittstellen heute bereits in den Produkten der Pneumatik verfügbar? Dr. P. Saffe: Nein, nicht bei unseren Standard-Komponenten. Wir bieten I4.0-spezialisierte Produkte als Sonderausführung an. Wir müssen natürlich darauf achten, dass der Kunde bereit ist, für die zusätzliche Elektronik zu bezahlen. Unsere Standard-Pneumatik muss einfach und kostengünstig bleiben. Aber ich bin davon überzeugt, dass sich die neue Technik breiter durchsetzen wird. Prof. P. Post: Es gibt mittlerweile einige intelligente pneumatische Feldgeräte auf dem Markt, die für den Datenaustausch über ein OPC-UA-Interface (OPC UA – Open Platform Communications Unified Architecture) verfügen und Architekturkonventionen implementiert haben. Dadurch kann man direkt dezentral elektrische und pneumatische Funktionen miteinander kombinieren oder mit Maschinensteuerungen kommunizieren. Ein Beispiel ist die Festo Ventilinsel-Technologie: Die Geräte sind in vollem Umfang über das Internet kommunikationsfähig. Aber die voll umfängliche Internetfähigkeit muss nicht unbedingt sein, um eine I4.0-Komponente zu haben. Ein Beispiel sind die intelligenten Wartungsgeräte-Einheiten; sie sind in der Lage, die Istzustände einer Anlage zu analysieren, Abweichungen von Sollzuständen zu erkennen und Warnungen an das Bedienpersonal zu geben. Ein weiteres Beispiel sind dezentrale Kleinststeuerungen. Diese programmierbaren Steuereinheiten können die SPS-Funktionalität aus dem mittleren Bereich der Steuerungspyramide in die Komponentenebene bringen. Damit ist man kompatibel zu I4.0. Solche Lösungen müssen von uns als Hersteller mit leistungsfähigen Engineering-Tools begleitet und unterstützt werden. Wir müssen Inbetriebnahme-Aufwand und Instandhaltung wesentlich einfacher gestalten als bisher. Es gibt dazu Überlegungen, die Module einfach miteinander zu koppeln und dann durch „drag-and-drop“ graphisch Steuerungen entwickeln zu können, also Abläufe zu programmieren, ohne händisch Steuercode generieren zu müssen. An solchen Themen – Weiterentwicklung von Standards, einfache Steuerungsarchitekturen, einfache Programmierung und Inbetriebnahme – arbeiten wir und kooperieren dabei mit anderen Firmen und Forschungseinrichtungen. SPECIAL / INDUSTRIE 4.0 Die Pneumatik hat offensichtlich die Weiterentwicklung ihrer Komponenten und Systeme in Richtung I4.0 bereits deutlich voran gebracht. Wie sieht es in der Hydraulik aus? Dr. S. Haack: I4.0 wird sich dort durchsetzen, wo der Kunde einen Nutzen davon hat, z. B. durch höhere Anlagenverfügbarkeit oder Produktivitätssteigerungen. Wir bei Bosch arbeiten derzeit konzentriert an etwa 100 Projekten, bei denen wir diesen Nachweis erbringen wollen. Bei Bosch Rexroth sind es neun konkrete Wertströme, die Industrie 4.0-Merkmale aufweisen. Ein bekanntes Beispiel ist unsere Montage von Mobilhydraulikventilen, eine Produktionslinie, auf der zahlreiche Varianten montiert werden können, und in die wir aktuell externe Zulieferer einbinden. Wir nutzen dabei unsere eigene Montagetechnik, Antriebe und Steuerungen und unsere hauseigene Schraubtechnik. Bisher konnten wir einen Produktivitätsfortschritt von rund 10 % erzielen und zeitgleich die Lagerhaltung um etwa 30 % senken. Wir bauen dort jetzt ein Hydraulikaggregat mit drehzahlvariablem Pumpenantrieb und echtzeitfähiger Ethernet-Schnittstelle ein, um auch hier praktische Erfahrungen im Zusammenspiel zu sammeln. Aber wo stehen wir als Fluidtechnikhersteller, mit Hydraulik und Pneumatik, im Wettbewerb zur Elektrotechnik? Die Elektrik ist aktuell weitaus stärker vernetzt, weil sie schon seit Jahren durchgängig mit Feldbus-Systemen arbeitet – unsere hydraulischen Standardkomponenten eher nicht. Bei Proportional- und Regelventilen, geregelten Antriebsachsen oder drehzahlgeregelten Pumpenantrieben lohnt sich die zusätzliche Elektronik, bei Standardventilen bisher nicht. Hier kommen wir an eine ökonomische Herausforderung für I4.0. Wenn man konsequent den Schritt zu Vernetzung und dezentraler Intelligenz gehen will, ist die Frage nach dem Nutzen klar zu beantworten. M. Vukovic: Ich bin überzeugt, dass es nicht zweckmäßig und wirtschaftlich ist, alle Fluidtechnikkomponenten I4.0-fähig zu machen. Die hydraulische Antriebs- und Steuerungstechnik bietet sehr schöne, einfache und kostengünstige Lösungen mit hydraulisch-mechanischen Regelungen. Es macht kein Sinn, jede Komponente einzeln mit elektronischen Schnittstellen komplett I4.0-fähig zu machen. Da muss es bessere Lösungen geben. Wir Fluidtechniker müssen unsere bewährten Vorteile weiter nutzen. R. C. Krähling: Das ist richtig, der Nutzen einer Technologie muss im Vordergrund stehen. Aber genau hier stellt sich die Frage nach dem Mehrwert von I4.0 für den Anwender. In diesem Sinne ist I4.0 eher eine Evolution der Automations- und Informationstechnik als eine Revolution an sich. Hieraus ergeben sich jedoch neue Rationalisierungseffekte und gesteigerte Flexibilität in einer Anlage. Ein im Feld nachweislich schon jetzt realisierbarer Mehrwert sind neue Servicekonzepte wie z. B. Predicitve Maintenance. Die gewonnenen Informationen über den Zustand einer Maschine oder Anlagen ermöglichen es, die Auslastung zu erhöhen, Servicemaßnahmen besser zu planen und Ausfallzeiten zu 42 O+P – Ölhydraulik und Pneumatik 1-2/2016

109. O+P-GESPRÄCHE reduzieren. Wenn wir dabei betrachten, wie intelligent die einzelne Komponente sein muss, dann scheint mir dies eine Frage, die man wiederum durch einen entsprechenden Mehrwert für den Nutzer beantworten muss. G. Schrank: In der Tat ein wichtiger Punkt. Wo soll man wirtschaftlich zweckmäßig mit I4.0 beginnen? Wir beginnen erst einmal mit einer simplen Sensorik, Temperatur, Druck, Drehzahl, Vibration – was auch immer. Wir gewinnen Daten aus dem Prozess und werten sie aus. Fängt I4.0 nur da an, wo eine kleine Antenne oder ein Feldbus-Interface eingebaut ist? Standard-Schaltventile mit integrierter Elektronik sind unwirtschaftlich. Aber im Service sehe ich das anders. Es ist nicht alleine wichtig, was technisch alles möglich ist, sondern was wirklich wirtschaftlichen Nutzen bringt. Auf etwas anderes werden unsere Kunden nicht eingehen, sie verlangen einen Nutzen – sonst lässt sich für uns nichts verkaufen. Für Hydrauliker scheint die Entwicklung von I4.0-Komponenten derzeit kein Entwicklungsschwerpunkt zu sein. Die Verbindung von Komponenten wie Sensoren oder Subsystemen mit dem Internet soll zwar vorangetrieben werden, allerdings steht dabei im Vordergrund, Informationen für die Verbesserung von Instandhaltung und Service zu gewinnen. Ist das so? Dr. S. Haack: Ich bin überzeugt, dass wirklich gute Geschäftsideen tatsächlich aus dem Service kommen. Die Stichworte dazu sind: Anlagenverfügbarkeit erhöhen durch Condition Monitoring und Predictive Maintenance. Damit stellt sich für uns die Frage nach der Daten - erfassung und damit der Sensorik. Was wir gut können, ist die Messung von Größen wie Druck, Temperatur, Durchfluss, Partikelzahl. Die Messung mechanischer Größen wie Vibration, ist für viele von uns vielleicht noch nicht gelebter Alltag. Der Umgang mit den Datenmengen und deren Auswertung – also: wann wird die Pumpe oder der Zylinder wirklich ausfallen? – ist für unsere Branche noch relativ neu. Wie wertet man die Datenmengen im Gigabyte-Bereich am besten aus? Was ist wirklich wichtig, wenn man einen Drucksensor mit einer Abtastrate von 50 kHz abfragt? Solche Fragen dürften für die meisten der Hydraulikhersteller recht neu sein. Wir beschäftigen uns intensiv damit, nicht nur an hauseigenen Prüfständen, sondern beim Kunden vor Ort im Rahmen unserer Dienstleistungen. R. C. Krähling: Ein wirklicher Mehrwert für den Kunden wäre es, wenn Komponenten oder Subsysteme, die man bisher nicht überwachen konnte, aus dem Zusammenspiel unterschiedlicher Informationen, einfach zu beobachten wären. Mit solchen virtuellen Sensoren ließe sich beispielsweise aus Temperatur, Lastzyklus, Druck oder sonstigen Messgrößen sowie Signalen in unterlagerten Regelkreisen auf den mechanischen Zustand einer Maschine schließen. Der generierte Mehrwert wäre direkt einsetzbar und würde dem Kunden den Wert einer Investition verdeutlichen. In der Hydraulik fokussiert sich die Entwicklung derzeit weniger auf das mechatronische System, das zur I4.0-Komponente weiterentwickelt wird, sondern mehr darauf, wichtige Standardkomponenten und Sensoren zur Kommunikation von Daten über einen Feldbus für Überwachung und Servicefunktionen zu nutzen. Ist das richtig? Dr. S. Haack: Wir machen beides: die Weiterentwicklung komplexer mechatronischer Systeme zu „I4.0-Komponenten“ und der Einbau von Sensorik in Hydraulikprodukte und -anlagen einschließlich Vernetzung für Serviceaufgaben. In einer kompakten servohydraulischen Antriebsachse, die als elektrohydraulisches System über eine drehzahlgeregelte Pumpe, Servomotor, Zylinder, Sensorik und digitale Regelelektronik mit Ethernet-Schnittstelle verfügt, ist viel lokale Intelligenz eingebaut. Dies sind bereits I4.0-Komponenten. Im Vergleich zur Elektrik: Die elektrohydraulische Antriebsachse ist im Prinzip genauso zu handhaben, wie eine elektromechanische: Es kommen die gleichen Inbetriebnahme-Tools zum Einsatz und der Inbetriebnehmer bekommt kaum mit, dass es sich um einen hydraulischen Antrieb handelt. Der Anwender hat aber zusätzlich die Vorteile der Hydraulik, wie Robustheit, Überlastsicherheit und Leistungsdichte. Prof. P. Post: Das ist ja genau der Weg, auf dem wir in der Pneumatik auch unterwegs sind. Es geht darum, für die Automatisierung auf Basis eines gut strukturierten Komponenten-Baukastens, eine Vielfalt von Lösungsmöglichkeiten zu generieren. Man hat dezentrale Sensoren und bindet sie mit IO-Link an entsprechende Knoten an. Die IO-Link-Architektur ermöglicht die Selbstidentifizierung des Sensors: Man kann das Gerät sogar austauschen oder durch ein anderes ersetzen, z. B. bei einer Wartung. Der Sensor hat eine Signalvorverarbeitung in seiner Nähe, vielleicht gemeinsam mit einer Reihe von anderen Geräten, die Informationen aus dem System liefern. Man schafft damit erste Aussagen über den Zustand der Anlage. Die konzentrierten Informationen werden an die nächste, übergeordnete Steuerungsebene übermittelt und dort zu einem Gesamtbild der Anlagensituation zusammengebaut. Damit sind wir mitten in den Architekturüberlegungen für I4.0: Wie müssen solche Schnittstellen ausgestaltet sein? Nach welchen Regeln müssen die Kommunikationswege bedient werden? Dies sind nur einige der Aspekte, die bei der vertikalen Integration von intelligenten Komponenten erarbeitet werden müssen. Die Diskussionen über zweckmäßige I4.0-Vernetzungsarchitekturen sind in vollem Gange. Sie gehen bis hin zu den übergeordneten MES- und ERP-Ebenen (MES – Manufacturing Execution System; ERP – Enterpise Resource Planning). O+P – Ölhydraulik und Pneumatik 1-2/2016 43

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