Maschinendaten smart nutzen mit Hilscher netFIELD

Die Nutzung von Sema Daisy kann direkt am Bedienterminal der Maschine erfolgen, also auch dann, wenn die Maschine keine Verbindung nach außen hat.

Die 1988 gegründete Schacherleitner Elektronik Maschinenbau (Sema) ist ein internationaler Anbieter von Maschinen und Automatisierungslösungen mit hohem Individualisierungsgrad. „Wir bieten maßgeschneiderte Gesamtlösungen rund um das einzelne Werkstück an“, sagt DI Johannes Weiermair, Technischer Leiter der Sema Maschinenbau GmbH. „Unsere Kunden brauchen uns nur das gewünschte Ergebnis des abzudeckenden Fertigungsprozesses offen darzulegen.“ Einen Großteil der Bearbeitungszentren, Rundtakt- und Endenbearbeitungsmaschinen sowie Automatisierungslösungen liefert Sema an Unternehmen der Automobil- und Zulieferbranche in der ganzen Welt. Dort haben vor allem die Rundtaktmaschinen der Serie Multi Transfer (MT-C) mit bis zu 20 Bearbeitungsstationen zu deutlichen Steigerungen der Produktivität beigetragen.

Die gesamte Entwicklung, Fertigung und Montage der Anlagen erfolgt am Hauptstandort des Unternehmens in Traunkirchen im Salzkammergut (OÖ). Ein hoher Eigenfertigungsanteil ermöglicht Sema, trotz kurzer Umsetzungszeiten das Qualitätsniveau sehr hoch zu halten.

Eine ausgeprägte Kompetenz im Portfolio der Sema-Werkzeugmaschinen sind effiziente Rundtakt-Transfermaschinen für die hoch präzise Teilefertigung in hohen Stückzahlen.

DI Johannes Weiermair
Technischer Leiter bei Sema

„Zusätzlich zur Erhöhung der Maschinenverfügbarkeit profitieren unsere Kunden vom Rückfluss der Echtdaten aus dem Feld in die Produktentwicklung.“

Digitalisierung steigert Kundennutzen

Auf Kundenwunsch erstellt Sema für jede Anlage den vollständigen Digitalen Zwilling. So können Kunden bereits vor der tatsächlichen Inbetriebnahme die in Auftrag gegebenen Produktionsmittel testen, Abläufe optimieren oder das Personal schulen. „Mit durchschnittlich 40 und oft weit über 100 NC-Achsen sind unsere Maschinen hoch komplex, jede davon ist ein Unikat“, weiß Tim Liebetrau, Softwareentwickler bei Sema. „Das stellt uns sowohl bei der Steuerungsentwicklung als auch in der Kundenbetreuung vor große datentechnische Herausforderungen.“

So wird nicht nur die Gestaltung der Bedienterminals zu einer spannenden Aufgabe, sondern auch die Gewinnung und Nutzung von Daten aus dem laufenden Betrieb. Diese nutzt Sema, um seinen Kunden mehr Informationen und ein besseres Service anbieten und eine hohe Verfügbarkeit und Qualität der Maschinen im Feld zu gewährleisten. So gibt es zu jeder Sema-Maschine ein elektronisches Wartungshandbuch und die Maschinensoftware wird zyklisch gesichert, um nach einem Stromausfall in der korrekten Version mit allen installierten Updates und Upgrades zur Verfügung zu stehen.

Die Rundtakt-Transfermaschinen von Sema können bis über 100 NC-Achsen aufweisen und bilden mit hauseigenen Automatisierungslösungen für das Material- und Teilehandling, sowie das Entgraten hoch performante, integrierte Komplettbearbeitungszentren.

Datenerfassung, Analyse und Info

Der Datenerfassung, Analyse und Information dient ein hauseigenes System. „Unser Maschinendatenportal Sema Daisy macht aus rohen Maschinendaten wissenswerte Informationen und dynamische Analysen“, erklärt Johannes Weiermair. „Dazu erfasst es in Echtzeit alle Sensordaten, Prozessdaten und Meldungen der Anlage und stellt ein Portal für die Nutzung der Informationen zur Verfügung.“ Die Ausbaustufen reichen vom Kern-System Daisy Core über den Daisy Info-Screen bis Daisy Pro. Das Programmpaket bietet die Visualisierung mittels Dashboards aus verschiedenen OOE-Kennzahlen, Analysen verschiedener Leistungs-Abbilder und von Meldungen aus dem Produktionsprozess, Wartungsempfehlungen und -Pläne, eine Informationssammlung für den schnellen Servicezugriff sowie die Unterstützung von Umwelt- und Energiemanagement.

Das Maschinendatenportal Sema Daisy erfasst in Echtzeit alle Sensordaten, Prozessdaten und Meldungen der Anlage.

Tim Liebetrau
Softwareentwickler bei der Sema Maschinenbau GmbH

„Über netField Cloud können unsere Servicetechniker Störungen schnell erkennen und darauf reagieren. “

IIoT mit voller Datensicherheit

Zur Steuerung sind die komplexen Sema-Bearbeitungszentren mit bis zu vier leistungsfähigen NCU ausgestattet. Sema Daisy greift über Profinet und IO-Link auf bis zu 2.500 Datenpunkte zu. Die Visualisierung und Weiterverarbeitung der Daten kann an einem Bürocomputer beim Betreiber oder am Handgerät eines Servicemitarbeiters erfolgen, aber auch direkt am Bedienterminal der Maschine. Das ermöglicht die Nutzung von Sema Daisy, auch wenn die Maschine keine Verbindung nach außen hat. Auch sonst liegen die Informationen nicht in irgendeiner Cloud, sondern auf den Servern von Sema. Dorthin übertragen werden sie nach aktiver Verbindungsaufnahme durch die Maschine, sodass sich der Kunde auf die volle Datensicherheit verlassen kann.

Sema Daisy dient als universelles Informationsportal für Maschinenbetreiber.

Uwe Schnepf
Head of Product Management Industrial IoT bei Hilscher Bild: Hilscher

„Auf der Basis von netField, unserem Edge Management System für den industriellen Einsatz in Maschinen und Anlagen, lassen sich kundeneigene IIoT-Lösungen maschinennah oder hybrid umsetzen.“

Hohe Anforderungen

Um den autarken lokalen Betrieb zu ermöglichen, aber auch um die Daten vor der Übertragung zu komprimieren, war für die zentrale Datensammlung ein Industrie-PC als Edge Device vorgesehen. Dieser sollte die Informationen zyklisch aus dem Wertespeicher der Steuerungen oder direkt von intelligenten Sensoren übernehmen und für mindestens ein halbes Jahr zwischenpuffern können. „Die größte Herausforderung waren dabei die enormen Datenmengen von rund 16 MB/s“, erklärt Liebetrau. „Dieser zusätzliche Datenverkehr darf auf keinen Fall den Systembus oder die CPU bremsen.“ Eine weitere Anforderung an ein universelles IIoT-System als Fundament für Sema Daisy war die Offenheit. meist nutzt Sema die Steuerungen des europäischen Marktführers und den zugehörigen Systembus, aber nicht immer.

Das Team um Tim Liebetrau untersuchte IoT-Ökosysteme einiger namhafter Automatisierungssystemhersteller. „Diese waren entweder unausgereift, belasteten Bus oder SPS zu stark oder boten nicht die ausreichende Sicherheit“, erinnert sich der Softwarespezialist. „Deshalb fassten wir sogar eine Eigenentwicklung der Software unter Verwendung von handelsüblicher Hardware als Datenkonzentrator ins Auge.“

Die technologische Basis für Sema Daisy ist netField, eine zuverlässige, einfach zu skalierende Edge Management Plattform von Hilscher für den industriellen Einsatz in Maschinen und Anlagen.

Infos zum Anwender

Die Sema Technology Group ist ein international tätiger Hersteller von Bearbeitungszentren, Rundtakt- und Endenbearbeitungsmaschinen sowie Automatisierungslösungen. Mit rund 200 Mitarbeitern erwirtschaftet sie einen Umsatz von knapp EUR 40 Mio. Zu den Kunden des eigentümergeführten Familienunternehmens gehören zahlreiche namhafte Inudstrieunternehmen und Player der Automobil- und Zulieferbranche in der ganzen Welt.

Universelles IIoT-Ökosystem

Die passende Kombination aus Leistungsfähigkeit, Sicherheit und Offenheit fand Tim Liebenau bei Hilscher. Der deutsche Hersteller ist vor allem für die Netzwerk-Prozessoren der Serie netX90 bekannt, die er auch in Form fertiger Gateway-Module oder integriert in Industrie-PCs anbietet. Diese multiprotokollfähigen Chips, Boards und Geräte eignen sich für den Einsatz in allen gängigen Varianten von Industrial Ethernet. „Unser drittes Standbein ist netField, ein Edge Management System für den industriellen Einsatz in Maschinen und Anlagen“, erläutert Uwe Schnepf, Head of Product Management Industrial IoT bei Hilscher. „Auf dieser zuverlässigen, einfach zu skalierenden Plattform lassen sich kundeneigene IIoT-Lösungen für neue datengetriebene Dienstleistungen und Geschäftsmodelle maschinennah oder hybrid umsetzen.“

Dazu gehört mit dem netField OnPremise-Gerät ein industrietauglicher Box-PC mit dem gehärtetem Betriebssystem netField OS und lokalem Web-Frontend. Als intelligenter Datenrouter zwischen der operativen Technologie (OT) und Informatik (IT) zeichnet dieser mit Hilfe kundenspezifischer Container-Applikation Echtzeit-Ethernet-Kommunikation passiv auf, speichert diese lokal ab und reicht sie vorverarbeitet per MQTT-Protokoll weiter. Dazu bedient es sich sowohl zur Datenakquise auf Shopfloor-Ebene als auch zur Cloud-Anbindung der herstellerunabhängigen Docker-Containertechnologie.

„Über das cloudbasierende netField Device Management werden alle registrierten Edge-Geräte zentral von uns verwaltet und im Bedarfsfall remote erreicht. Die über netField Cloud ausgerollten Container-Applikationen senden regelmäßig Monitoring-Daten und ihren Gerätestatus, sodass unsere Servicetechniker Störungen schnell erkennen und darauf reagieren können“, erklärt Tim Liebetrau. „Für höchste Sicherheit sorgt die verschlüsselte Datenverbindung, die immer vom Edge-Gerät zum Server aufgebaut wird.“

Basis für noch bessere Maschinen

Innerhalb kürzester Zeit integrierte Sema die netField IIoT-Umgebung in alle Neumaschinen. Sukzessive erfolgt auch die Nachrüstung von Bestandsmaschinen. „So können wir auch Maschinen mit älteren Steuerungsgenerationen mit sehr überschaubarem Aufwand auf den aktuellen datentechnischen Stand holen“, bestätigt Johannes Weiermair. „Zusätzlich zur Erhöhung der Maschinenverfügbarkeit profitieren unsere Kunden vom Rückfluss der Echtdaten aus dem Feld in die Produktentwicklung.“