Die effiziente Datenanalyse mittels Beckhoff TwinCAT Analytics und Scope

„Im Kern geht es darum, meine Maschine zu automatisieren – mehr konfigurieren als programmieren sollte das Ziel sein. Wir als Beckhoff möchten die Hemmschwelle mittels unserer Tools heruntersetzen.“ Pascal Dresselhaus, Produktmanager TwinCAT bei Beckhoff Deutschland.

Herr Dresselhaus, bleiben wir gleich zu Beginn des Gespräches bei Ihrer Kernaussage: „Wer nichts misst, kann nichts beurteilen.“ Gibt es heute noch Unternehmer, die „ihren Maschinendaten“ aus dem Weg gehen möchten?

Man muss bei diesem Punkt versuchen, den Unternehmer zu verstehen. Nehmen Sie als Beispiel einen Hersteller von Verpackungsmaschinen. Sein primäres Ziel wird es sein, dass die Maschine automatisiert wird und eines können muss: Verpacken. Die Datenerfassung und -analyse sowie in Folge die Optimierungen, die sich dadurch ergeben könnten, sind leider oft noch ein sogenanntes Add-on. Dieser Ansatz sollte überdacht werden und das möchten wir mit Lösungen wie Beckhoff TwinCAT Analytics unterstützen. Im Kern sollte die Hemmschwelle für die Datenerfassung und -analyse heruntergesetzt werden und der Benefit, den ein Unternehmer dadurch erfährt, im Fokus stehen. Kurz zusammengefasst bedeutet das, dass die Datenanalyse nicht das Komplizierteste der gesamten Maschine sein sollte. Das ist definitiv ein falscher Ansatz.

Mit der Erweiterung von TwinCAT Analytics lassen sich Bilder nun auch mit den TwinCAT-Vision-Funktionen in der Engineeringumgebung komfortabel und umfassend auswerten.

Beckhoffs TwinCAT Analytics ist ein Tool für die Datenanalyse von einer lokalen oder von vielen verteilten Maschinen. Die TwinCAT-Analytics-Produktfamilie bildet den gesamten Workflow einer solchen Analyse ab und beinhaltet verschiedenste Algorithmen für die Analyse von Livedaten sowie historischen Daten. Was genau kann ich mit ihrem Einsatz bewirken?

Seit geraumer Zeit dreht sich innerhalb der Produktion alles um Daten. „Daten sind das neue Gold“ und ähnliche Aussagen begleiten uns – vor allem auch vermehrt im industriellen Umfeld. Für die jeweiligen Ziele müssen die „nützlichen Daten“ von den „weniger nützlichen“ getrennt und einer zielführenden Algorithmik zugeführt werden. Die Interpretation dieser ist oft eine Herausforderung – nicht nur ob der Fülle an gewonnenen Daten. Was Beckhoff mit der Produktfamilie TwinCAT Analytics hierfür bietet, ist ein vollständiger Workflow für die Analyse von Maschinendaten. Angefangen von der Datenakquisition über die Kommunikation und das Historisieren von Daten bis hin zu deren Sichtung und Auswertung sowie Darstellung in webbasierten Dashboards.

In TwinCAT Analytics lassen sich ohne Programmieraufwand Condition-Monitoring-Algorithmen einbinden.

In diesem Zusammenhang sprechen wir von der sogenannten Datenwertschöpfungskette. Welche einzelnen Prozessschritte gehören dazu?

In Schritt 1 würde man die Rohdaten erfassen. Das beinhaltet immer auch die Frage: „Woher kommen meine Daten?“. Hier muss auch beachtet werden, dass die Qualität meiner erfolgten Analyse mit der Datenqualität steht und fällt. So stellt die Rohdatenerfassung den Ausgangspunkt des Datenwertschöpfungsprozesses dar. In Schritt 2 widmet man sich der Datenspeicherung und Kommunikation. Die Kernfrage lautet: „Wie gelangen meine Daten vom Aufzeichnungsort in meine Analyse?“ Wichtig ist die Tatsache, dass etwa Live-Daten direkt per ADS oder MQTT für eine Live-Analyse übertragen werden können. Werden Daten zunächst erfasst, können die Files im Anschluss in ein anderes System übertragen werden.

Schritt 3 widmet sich dann der Datenaufbereitung und der explorativen (Vor)Analyse. In vielen Fällen führt der Weg zu einer erfolgreichen Analyse zunächst über eine Datenvorverarbeitung. Weshalb? Nicht immer ist von vornherein klar, welche Datenströme mithilfe welcher Algorithmen verarbeitet werden müssen, um zu einer sinnvollen Analysekette zu gelangen, die die gewünschten Ergebnisse und Handlungsempfehlungen liefert. Schritt 4 wäre die 24/7-Datenaufzeichnung, Analyse und Einbindung in den Betrieb. Die Visualisierung der Analyseergebnisse folgt in Schritt 5. Schlussendlich und im letzten Schritt widmet man sich den Maßnahmen und Optimierungen, die mittels der gesetzten Schritte und durch den Einsatz der Beckhoff-Lösungen möglich sind.

Welche Vorteile habe ich als Anwender?

Aus den kontinuierlichen Analysen können fortlaufend Maßnahmen abgeleitet werden, die die Maschinenstillstandzeiten verkürzen, die Lebensdauer der Maschinen und Anlagen verlängern sowie die Produktqualität steigern. Optimierungen der Prozesse oder aber auch Maschinen können ebenfalls abgeleitet und in die Produktion integriert werden. Wenn Maßnahmen und Konsequenzen auf Variablenebene abgeleitet werden, können sie auch direkt zurück in die Steuerung geschrieben werden, sodass sich der Analyse-Handlungs-Kreislauf schließt.

Das bedeutet, dass der Datenanalyse im Vorfeld viel Aufmerksamkeit gewidmet werden muss?

Das stimmt. Man sollte die Ziele zunächst definieren und anschließend eine geeignete Datenerfassungsstrategie wählen. Danach liegt das Hauptaugenmerk auf dem Sichten und Auswerten der ersten Daten. Dabei sind schnelle Ladezeiten und das Vertrauen in die Richtigkeit der Analyse sehr wichtig. Die Transparenz spielt eine große Rolle. Diese wird durch die TwinCAT Analytics Engineering Tools erreicht, bei denen ein Konfigurationseditor für die zahlreichen Algorithmen und das Charting-Tool TwinCAT Scope zur grafischen Darstellung zur Verfügung stehen. Durch sehr viele Interaktionsmöglichkeiten zwischen Algorithmen und grafischer Darstellung von Roh- und Ergebnisdaten kann ein perfektes Ergebnis erzielt werden. Besonders vorteilhaft ist die automatisch auf Knopfdruck erzeugte TwinCAT-Scope-Konfiguration.

Weshalb ist dieses Tool von besonderem Wert?

Mit einfachen Drag-and-drop-Aktionen lassen sich die Ergebnisse aus der Analyse in TwinCAT Scope View „ziehen“, so dass Resultate visualisiert bzw. signifikante Events im Datenstrom markiert werden können. So werden beispielsweise Maschinentakte bis auf die Mikrosekunde genau sichtbar. Dies ist für jeden Anwender ein enormer Vorteil. Schneller kommt man nicht an die relevanten Stellen, um so auch grafisch Korrelationen zwischen den Daten und Ereignissen zu erkennen.

Was genau ist TwinCAT Scope bzw. wofür kann ich es einsetzen?

Mit dem TwinCAT Scope bietet Beckhoff eben ein grafisches Werkzeug zur Signalanalyse und Datensammlung. Es ist ein Software-Oszilloskop. Aufgrund der Auftrennung in die zwei wesentlichen Komponenten View und Server ist es möglich, in einem zentralen TwinCAT Scope View die Signalverläufe von mehreren im Feld verteilten Systemen darzustellen. Nach der Auswahl eines Systems kann etwa in die SPS, NC oder direkt in die angeschlossenen EtherCAT-I/Os hineingebrowst werden, um die entsprechenden Variablen für die Darstellung im Charting auszuwählen.

Neben dem Scope gibt es weitere Möglichkeiten, die Analaysedaten darzustellen. Wie werden diese visualisiert?

Wir bieten hierbei das automatisch generierbare One-Click Dashboard in TwinCAT Analytics an. Mit der TwinCAT 3 Analytics Workbench ist es somit möglich, aus konfigurierten Auswertungen von Prozess- und Bilddaten automatisiert SPS-Code und HMI-Dashboards zu erzeugen. Dieser Vorgang ist sehr einfach. Für jede Auswertung kann ein spezifisches oder selbst erstelltes TwinCAT HMI Control ausgewählt werden. Nach der Auswahl von Farben, Logos und Hintergrundbildern erfolgt die Generierung und der Download auf ein Zielsystem. Dabei basiert das Dashboard auf den Auswertungen, die im generierten SPS-Code vorgenommen werden. Da manche Endnutzer eine persönliche Art der Darstellung bevorzugen, ist es mit der Interactive-Dashboard-Funktion möglich, die generierten Controls individuell darzustellen und anzuordnen. Dabei muss der Nutzer nicht zurück in das Engineering. Er kann die Einstellungen direkt im Webbrowser vornehmen.

Das Produkt Beckhoff TwinCAT Analytics gibt es bereits länger bei Ihnen im Portfolio. Wird kontinuierlich an neuen Features gearbeitet?

Auf jeden Fall. Wir haben eine sehr gut aufgestellte Entwicklungsmannschaft, die sich mit der stetigen Weiterentwicklung und Optimierung beschäftigen. Darauf können wir sehr stolz sein und die Kunden können den kontinuierlich wachsenden Funktionsumfang für immer neue Konzepte im Bereich der Datenanalyse nutzen – so zum Beispiel auch die neue Integration von Bildverarbeitungsalgorithmen in TwinCAT Analytics.

Abschließend würde ich gerne noch auf das Thema der steuerungsintegrierten Messtechnik zu sprechen kommen. Hierdurch können Kosten im Maschinenbau gespart werden und darüber hinaus auch neue Geschäftsmodelle entstehen. Können Sie auf dieses Potenzial bitte genauer eingehen?

Die Vermeidung von zusätzlichen Systemen parallel zur eigentlichen Maschinensteuerung vereinfacht schlicht die Automatisierungsarchitektur von Maschinen. Weniger Schnittstellen sind direkte Kostenvorteile. Nicht nur die Entwicklungszeiten verkürzen sich durch ein einfacheres Engineering, sondern auch die Wartung wird durch eine Integration der Messtechnik optimiert. Die Performance spielt ebenfalls eine wichtige Rolle. Die Daten werden hochperformant über EtherCAT eingesammelt und können direkt im Echtzeitkontext der Maschinensteuerung verarbeitet werden.

Das beste Beispiel ist die neue TwinCAT Weighing Library, eine SPS-Bibliothek für die Gewichtsmessung. Mit ihr wird aus einer Wägezelle als Sensor, der entsprechenden präzisen Messtechnikklemme ELM35xx eine vollständig in die Steuerung integrierte Waage, die Produktionsgüter im Durchlauf wiegen kann. In Summe wird die Integration von Messtechnik deutlich die Kosten reduzieren.

Vielen Dank für das Gespräch.