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IIoT für Bestandsanlagen

(Bild: B&R)

(Bild: B&R)

Die Orange Box bereitet Betriebsdaten jeder Maschine oder Anlage übersichtlich auf (Bild: B&R)

Die Orange Box bereitet Betriebsdaten jeder Maschine oder Anlage übersichtlich auf (Bild: B&R)

Eine Produktion mit vielen ungeplanten Stillständen (links) lässt sich mithilfe der Orange Box optimieren zu einer Produktion, in der ungeplante Stillstände eine seltene Ausnahme sind (Bild: B&R)

Eine Produktion mit vielen ungeplanten Stillständen (links) lässt sich mithilfe der Orange Box optimieren zu einer Produktion, in der ungeplante Stillstände eine seltene Ausnahme sind (Bild: B&R)

Den dritten Platz des Industrie 4.0 Innovation Award erhielt B&R Industrial Automation für die Orange Box: René Blaschke, Global Technology Manager Industrial IoT, (Mitte) und Markus Sandhöfner, Geschäftsführer B&R Deutschland, (rechts) bei der Preisübergabe (Bild: VDE VERLAG)

Den dritten Platz des Industrie 4.0 Innovation Award erhielt B&R Industrial Automation für die Orange Box: René Blaschke, Global Technology Manager Industrial IoT, (Mitte) und Markus Sandhöfner, Geschäftsführer B&R Deutschland, (rechts) bei der Preisübergabe (Bild: VDE VERLAG)

Bisher war es aufwendig, bei älteren Bestandsanlagen die Gesamtanlageneffektivität (OEE) zu ermitteln. Sie stellt allerdings eine wichtige Kennzahl zur Steigerung der Produktivität von Maschinen und Anlagen dar. Mit der Orange Box bietet B&R eine Lösung, die Betriebsdaten von bisher unvernetzten Anlagen automatisiert erfasst, vereinheitlicht und analysiert sowie die OEE-Kennzahl in Echtzeit berechnet. Für diese Lösung wurde B&R mit dem Industrie 4.0 Innovation Award ausgezeichnet.
Moderne Technologien und durchgängige Maschinennetzwerke ermöglichen es, Maschinen- und Betriebsdaten einfach zu erfassen und auszuwerten. Damit lassen sich dann Konzepte für Industrie 4.0 und das IIoT umsetzen. Dieses Vorgehen ist bei sogenannten Greenfield-Projekten, also neuen Maschinen und Anlagen auf der grünen Wiese, leicht realisierbar. Für den Großteil der Maschinen- und Anlagenbetreiber gestaltet sich die Umsetzung jedoch schwieriger.
„Ein Unternehmen kann nicht einfach alle seine Fabriken von Grund auf neu bauen“, sagt René Blaschke, Expert Industrial IoT for Brownfields bei B&R. Daher müssen auch Bestandsmaschinen für Industrie-4.0-Konzepte fit gemacht werden. In einem ersten Schritt heißt das: Es muss eine Möglichkeit geschaffen werden, die Betriebsdaten automatisiert und einheitlich erfasst. Im nächsten Schritt lässt sich daraus die OEE-Kennzahl ermitteln, die Verluste einer Maschine aufdeckt und als Grundlage dient, die Produktivität zu steigern.
Daten von Brownfield-Anlagen automatisiert erfassen
In vielen Werken erfassen Maschinenbediener Betriebsdaten nach wie vor mit Stift und auf Papier. „Die Auswertung der Daten machen dann Analysten in ihren Büros“, sagt R. Blaschke. Das klingt nicht nach einer Echtzeitauswertung, wie sie im IIoT-Zeitalter gefordert wird. Es kann auch nicht erwartet werden, dass die Daten standardisiert und einheitlich von jeder Schicht festgehalten werden. „Das ist bisher ein großes Problem bei der Betriebsdatenerfassung“, hebt er weiter hervor. Außerdem lassen sich unterschiedliche Maschinen dadurch nur schwer vergleichen.
Maschinen, die im industriellen Fertigungsumfeld zum Einsatz kommen, weisen in der Regel Laufzeiten von 25 bis 30 Jahre auf. So lange kann kein Unternehmen warten, bis es auf Industrie-4.0-Konzepte umsteigt. „Deswegen heißt es, die restliche Laufzeit der Brownfield-Anlagen zu überbrücken“, sagt R. Blaschke.
Aufgabe von Maschinen- und Anlagenbetreibern ist es, eine Möglichkeit zu finden, mit der sie die Daten bisher unvernetzter Maschinen und Anlagen zuverlässig sammeln und auswerten können. Mit dem Konzept der Orange Box von B&R ist das einfach möglich, wie der IIoT-Experte erläutert: „Mit der Orange Box lassen sich zum Beispiel ungeplante Anlagenstopps reduzieren und damit die Verfügbarkeit der Maschinen oder Linien erhöhen. Damit steigt die Wirtschaftlichkeit der Produktionsanlage.“
Nachricht auf das Smartphone
Über die Orange Box erhält der Maschinenführer zum Beispiel bei einer offenen Schutztür unmittelbar eine Nachricht auf sein Smartphone. Er kann dann sofort reagieren, die Tür schließen und den ungeplanten Stopp beenden. Auch die Häufigkeit der ungeplanten Stopps wird dokumentiert, sodass für ihn offensichtlich ist, wo Verbesserungsmaßnahmen nötig sind.
Vergleiche der Produktivität zwischen Maschinen, Linien oder Schichten sind ebenfalls möglich und lassen auf einen Blick erkennen, wo Verbesserungspotenzial liegt. „Häufig sind es dann einfache Maßnahmen, mit denen die Produktivität signifikant gesteigert werden kann“, sagt R. Blaschke. Dabei kann es sich zum Beispiel um ein besseres Synchronisieren von Wartungs- und Pausenzeiten handeln.
Einfaches technisches Konzept
Das technische Konzept der Orange Box ist einfach: Eine B&R-Steuerung greift die Maschinendaten entweder über verdrahtete IO oder direkt über Kommunikationsprotokolle von der Maschinensteuerung ab. Bei B&R-, Siemens- oder Rockwell-Automation-Steuerungen werden die Daten zum Beispiel über die jeweiligen Protokolle INA, ISO on TCP und Ethernet/IP direkt abgegriffen und von der Orange Box in OPC-UA-Nachrichten aufbereitet und verarbeitet.
„Die ausgewerteten Daten, also zum Beispiel die OEE-Kennzahl, können dann direkt an der Maschine angezeigt und/oder an übergeordnete Systeme weitergeleitet werden“, erklärt R. Blaschke. Die Orange Box verfügt über einen OPC-UA-Server, somit können alle Manufacturing Execution Systems (MES) und Enterprise-Ressource-Planning-Systeme (ERP) auf die Daten zugreifen. Zudem kann die Orange Box als Edge-Gerät fungieren und Daten in die Cloud übertragen.
Softwarekomponenten für die individuelle Lösung
„Damit die Orange Box maximalen Nutzen bringt, muss sie einfach einzurichten und einfach zu bedienen sein“, sagt der Experte. Daher basiert die Lösung auf den modularen Softwarebausteinen von Mapp Technology. Die einzelnen Mapp-Komponenten sind vorprogrammiert und tauschen automatisch Informationen aus. „Eine Mapp-Komponente zu konfigurieren, ist so einfach wie das Einrichten eines E-Mail-Accounts“, verdeutlicht R. Blaschke.
Die Komponente Mapp OEE liefert zum Beispiel mit wenigen Einstellungen zuverlässig die OEE-Daten für eine Maschine. „Ohne dass dafür eine einzige Zeile Code programmiert werden muss“, betont der Experte. Im Hintergrund verfügt Mapp OEE auch über eine Visualisierungskomponente. Diese kann mithilfe der HTML5-basierten Visualisierungslösung Mapp View auf beliebigen webfähigen Geräten in Echtzeit angezeigt werden. Ein Dashboard visualisiert alle wichtigen Daten auf einen Blick.
Pay-per-Use
Die Orange Box ist kein klassisches Produkt, sondern eine Lösung, die sich individuell an die Bedürfnisse der Maschinen und des Kunden anpasst. Mit weiteren Mapps lässt sich der Funktionsumfang der Orange Box erweitern und anpassen. So kann mit Mapp Alarm ein Alarmsystem eingerichtet werden, welches mit Mapp Tweet bei bestimmten Alarmen den Maschinenbediener per E-Mail oder SMS informiert. Auch Industriestandards wie „PackML“ sind in Mapps verpackt und lassen sich einfach in die Orange Box integrieren.
„Der Kunde sucht sich die Funktionen aus, die er braucht und muss auch nur für diese Funktionen zahlen – genau wie bei einer App auf dem Smartphone“, erklärt R. Blaschke. Das Softwaremanagement der Mapp-Technology-Plattform ermöglicht dem Anwender der Orange Box, per LAN, WLAN oder über einen USB-Stick Updates einzuspielen, um neue Mapp-Bausteine in seine Anwendung einzubinden oder die bestehenden zu aktualisieren.
Flexibel an Kundenbedürfnisse anpassbar
Neben der Software ist auch die Hardware der Orange Box modular und lässt sich nahezu beliebig anpassen. Im Minimalausbau wird eine 25 mm breite Kompaktsteuerung eingesetzt. „In Kombination mit Mapp OEE reicht das aus, um Daten zu erfassen und die OEE-Kennzahl einer Maschine zu berechnen“, erklärt R. Blaschke. Für weitere Funktionen, zum Beispiel, um ein Alarmmanagement oder ein Energie-Monitoring-System einzurichten, kann die Lösung mit weiteren Softwarekomponenten und gegebenenfalls performanteren Steuerungen ausgebaut werden. Soll auch die Bedienoberfläche an den aktuellen Stand der Technik angepasst werden, stehen Panels mit integrierter Steuerung oder Panel-PC zur Verfügung.
„Die eingesetzte Hard- und Software ist vollständig miteinander kompatibel“, sagt R. Blaschke. So können Anlagenbetreiber ohne Mehraufwand an unterschiedlichen Maschinen verschiedene Kombinationen aus Hard- und Software verwenden. Jede Brownfield-Anlage lässt sich damit optimal ins Zeitalter des IIoT transferieren.
Carmen Klingler-Deiseroth ist freie Fachjournalistin.

Overall Equipment Effectiveness (OEE)

Die Gesamtanlageneffektivität oder Overall Equipment Effectiveness (OEE) ist eine Kennzahl, mit der die Produktivität einer Anlage gemessen wird. Dazu werden Ausschuss (Qualitätsfaktor), Produktionsgeschwindigkeit (Leistungsfaktor) und ungeplante Stillstände (Verfügbarkeitsfaktor) ermittelt und in Relation zum Optimum gesetzt. Wird dieses Optimum erreicht – zum Beispiel, wenn es zu keinen ungeplanten Stillständen kommt – wird der betreffende Faktor mit 100 % bewertet. Die Multiplikation der drei Faktoren ergibt die OEE-Kennzahl.
Für die Definition des Optimums der einzelnen Faktoren gibt es keine allgemeingültige Regelung, daher ist ein Vergleich der OEE-Kennzahlen unterschiedlicher Anlagen oder Fertigungsstätten nur dann sinnvoll, wenn die Berechnung der Faktoren einheitlich geregelt ist.

Erster Orange Box User Day – ein voller Erfolg

Am 27. Februar veranstaltete B&R in Bad Homburg den ersten Orange Box User Day. Eingeladen waren Kunden der Orange Box sowie Interessierte, die sich aus erster Hand über deren Einsatzmöglichkeiten informieren wollten. Der Einladung folgten insgesamt rund 90 Teilnehmer.
B&R wertet die große Beteiligung an den ersten Orange Box User Days als Beleg dafür, dass die Konnektivität von Bestandsanlagen in der Produktion für viele Unternehmen von großem Interesse ist. Die einfache Installation und intuitive Parametrierung der Orange Box hat seit Markteinführung dazu geführt, dass Endnutzer und Maschinenhersteller aus unterschiedlichen Branchen die Box in ihre Bestandsanlagen installiert haben. In Bad Homburg informierte beispielsweise Ralf Hagen von Nestlé über die Master Orange Box, die im Nestlé-Werk in Singen zum Einsatz kommt. Darüber hinaus gaben Continental und B+M Surface Technologies Einblicke in ihre Lösungen. Abschließend informierte B&R über neue Funktionen und gab einen Ausblick.
Viele Teilnehmer nutzten in Bad Homburg zudem die Möglichkeit, sich mit anderen Teilnehmern über ihre Erfahrungen über die Einsatzmöglichkeiten der Orange Box auszutauschen.