Die Zukunft der Produktion beginnt jetzt

IKT und Steuerungsebene zu Gesamtlösung nach Industrie 4.0 kombiniert: Für einen international tätigen Kunststoffverarbeiter entstehen erstmals in Österreich Produktionslinien, die den Zielen von Industrie 4.0 voll entsprechen. Mit Kapsch BusinessCom als Generalunternehmen, crate.io als Datenbankplattform und mit zenon von Copa-Data als Softwarebasis auf der Steuerungs- und Leitebene bietet der komplexe Systembaukasten die Möglichkeit zur durchgängigen, skalierbaren Informatisierung ganzer Produktionslinien. Diese lassen sich mittels Dashboards einfach überwachen, durch strategische Sollwertvorgaben für den gesamten Prozess direkt aus der Vorstandsetage dirigieren und arbeiten stets am Effizienzoptimum. Autor: Ing. Peter Kemptner / x-technik

Gemeinsam mit IKT-Spezialist Kapsch BusinessCom und Datenbankhersteller Crate Technologies arbeitet Copa-Data daran, Kunststoff-Produktionslinien mit einer Gesamtanlagenautomatisierung zu  versehen, die den Zielen von Industrie 4.0 voll entsprechen. Bild: ©iStock/copadata

Gemeinsam mit IKT-Spezialist Kapsch BusinessCom und Datenbankhersteller Crate Technologies arbeitet Copa-Data daran, Kunststoff-Produktionslinien mit einer Gesamtanlagenautomatisierung zu versehen, die den Zielen von Industrie 4.0 voll entsprechen. Bild: ©iStock/copadata

Mag. Ing. Reinhard Mayr
Produktmanager Copa-Data GmbH

„Mit den Technologien der drei Projektpartner Copa-Data, Kapsch BusinessCom und Crate Technologies konnten wir einen Systembaukasten schaffen, der es verhältnismäßig einfach ermöglicht, Produktionsanlagen mit voller Industrie 4.0 – Funktionalität zu versehen.“

„Nicht erst seit der Einführung des Begriffs Industrie 4.0 ist in der Sachgüterproduktion eine Abkehr von der starren Massenproduktion im Gang“, sagt Mag. Reinhard Mayr, seit 10 Jahren Leiter des Produktmanagement bei Copa-Data. „Ziel ist eine individualisierte Produktion – im Idealfall eine Einzelanfertigung – mit der Geschwindigkeit und daher zu den Kosten einer Großserienfertigung.“

Über Dashboards als Frontend kann die Geschäftsleitung die gesamte Anlage sehr einfach überwachen und dirigieren, ohne sich mit der enormen Komplexität der Anlage auseinandersetzen zu müssen.

Über Dashboards als Frontend kann die Geschäftsleitung die gesamte Anlage sehr einfach überwachen und dirigieren, ohne sich mit der enormen Komplexität der Anlage auseinandersetzen zu müssen.

Peter Wöhrer
Leiter Solution Unit Business Services, Kapsch BusinessCom AG

„Als internationaler Innovationsführer für Automatisierungs-Software made in Austria ist Copa-Data für Kapsch BusinessCom ein sehr wichtiger Partner. Mit seinem Know-how ergänzt Copa-Data perfekt unsere IKT- Kompetenzen bei Industrie 4.0 wie Big Data Analytics, Digitale Assistenzsysteme, M2M-Serviceketten und Security.“

Big Data für Industrie 4.0

Die intensive Diskussion über die vierte industrielle Revolution hat aufgeschlossene Anwender bereits erreicht und zu einer entsprechenden Bewusstseinsbildung geführt. Ein international tätiger Kunststoffverarbeiter hat offenbar die Signale gehört und verstanden. Er fasste den Plan, zwei neue Linien zur Herstellung von Kunststoffverpackungen so aufzubauen, dass sie den Zielen von Industrie 4.0 voll entsprechen. Deren Vision ist die adaptive, von der Vorstandsetage aus einfach zu überwachende und zu dirigierende Produktion, die auf Änderungen der Auftragsdetails, aber auch von Vormaterialeigenschaften und Umgebungsbedingungen flexibel reagiert. Für die energieeffiziente und ergebnisoptimierte Großserienherstellung hoch individualisierter Produkte ist es erforderlich, sämtliche Daten aus der gesamten Produktionsanlage in Echtzeit zusammenzuführen und auf einer höheren, semantischen Ebene zu verarbeiten.

Dazu müssen die Sensoren und Steuerungen sämtlicher Teile der Anlage – einschließlich aller Transporteinrichtungen, Handhabungsgeräte und Hilfsaggregate sowie der Gebäudetechnik – datentechnisch engmaschig miteinander verknüpft werden. Die dort erzeugten Daten müssen geprüft, aufbereitet und je nach weiterer Nutzung vereinheitlicht oder multimodal abgelegt werden. Ein Extrakt dieser Informationen dient der Geschäftsleitung zur Überwachung und Steuerung der Anlagen. Veränderte Sollwertvorgaben für den Prozess müssen – aufbereitet für jede einzelne Maschine – in die Anlage zurückfließen und eine konzertierte Reaktion der Aktorik in allen Anlagenteilen bewirken.

Eine adäquate Big-Data-Analytic-Plattform ermöglicht neben der Information über den Zustand der Anlagen auch die Erstellung von Vorhersagemodellen. Mit den abgespeicherten Daten lassen sich Analytics Use Cases umsetzen, die beispielsweise helfen, den Ausschuss zu minimieren oder rechtzeitig eine vorbeugende Wartung anzustoßen.

Die österreichische Gesamtlösung von Kapsch BusinessCom und Copa-Data ermöglicht einen ressourcenschonenden und energieeffizienten, adaptiven Betrieb von Produktionslinien und –betrieben durch umfassende Informatisierung und Reaktion auf zeitnahe Analysen aller anfallenden Daten.

Die österreichische Gesamtlösung von Kapsch BusinessCom und Copa-Data ermöglicht einen ressourcenschonenden und energieeffizienten, adaptiven Betrieb von Produktionslinien und –betrieben durch umfassende Informatisierung und Reaktion auf zeitnahe Analysen aller anfallenden Daten.

Produktionsoptimierung als Teamaufgabe

Design, Implementierung und Integration von Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) samt Security- und Backupsystemen sind das Metier der Kapsch BusinessCom AG. Mit über 1.400 Mitarbeitern und knapp EUR 300 Mio. Jahresumsatz ist das Wiener Unternehmen ein führender IKT-Servicepartner in Österreich, Mittel- und Osteuropa. Kapsch BusinessCom hatte kürzlich begonnen, Strategien für die nahe liegende Angebotserweiterung bis in die Produktionslinie hinein zu entwickeln. Es will damit österreichische Unternehmen dabei unterstützen, die nächste Stufe der intelligenten Produktion zu erklimmen.

„Bei solchen Aufgabenstellungen liegen zentrale Herausforderungen in der Kombination unterschiedlicher Schnittstellen- und Protokolltypen sowie Datenformate“, sagt Peter Wöhrer, Leiter Solution Unit Business Services bei Kapsch BusinessCom. „Datenzuverlässigkeit und -sicherheit sind entscheidend für die Produktionsstabilität und die resultierende Produktqualität.“

Um in der Kommunikation mit Steuerungssystemen und Feldgeräten nicht das Rad neu erfinden zu müssen, holte Peter Wöhrer mit Copa-Data den führenden österreichischen Hersteller von Highlevel-Automatisierungssoftware als Kooperationspartner an Bord. „Als internationaler Innovationsführer für Automatisierungs-Software made in Austria ist Copa-Data für uns ein sehr wichtiger Partner“, sagt Peter Wöhrer. „Mit seinem Know-how ergänzt Copa-Data perfekt unsere IKT- Kompetenzen bei Industrie 4.0.“

Ein zentrales Merkmal der Produktionslinien ist die von der Vorstandsetage aus einfach zu überwachende und zu dirigierende Produktion.

Ein zentrales Merkmal der Produktionslinien ist die von der Vorstandsetage aus einfach zu überwachende und zu dirigierende Produktion.

Linienautomatisierung mit zenon

„Die Produkte der SCADA-Systemfamilie zenon von Copa-Data sind für diese Aufgabe prädestiniert und können große Teile davon abdecken“, sagt Reinhard Mayr. „Der Steuerungs- und IT-Systemunabhängige zenon Supervisor erfasst und verspeichert sämtliche Daten aus diesem heterogenen Umfeld, den zenon Analyzer verwenden wir, um die Visualisierungen und Berichte für die Vorstandsebene zu erzeugen. Die Rückübermittlung der Prozessadaptierung an die Maschinenebene erfolgt wieder über den zenon Supervisor.“

Über Dashboards als Frontend lässt sich die gesamte Anlage sehr einfach überwachen und steuern. Die enorme Komplexität der Anlage bleibt den ausführenden Personen verborgen. So können diese ihre Entscheidungen ausschließlich auf Basis strategischer Überlegungen treffen.

Voraussetzung: Datenbeschleunigung

Eine Produktionsanlage stets nahe dem Effizienz-Optimum zu betreiben, gelingt nicht auf Basis der nachträglichen Analyse von Schicht-Daten. Dazu bedarf es einer laufenden Analyse der Datenströme aus den Produktionseinrichtungen und aus übergeordneten Systemen. Das stellt Automatisierungs- und Datenverarbeitungsexperten bei der Entwicklung echter Industrie 4.0 Anlagen vor zusätzliche Herausforderungen, wie Reinhard Mayr bestätigt: „Dafür sind die Abfragemechanismen der Datenbanksysteme der etablierten Hersteller nicht schnell genug.“

Kapsch holte daher als dritten Projektpartner die Crate Technology GmbH mit ins Boot. Deren Crate.io-Datenbanken ermöglichen mittels eines verteilten Aggregationsmechanismus das Abfragen und Verarbeiten von Daten beinahe beliebiger Größe in Echtzeit, und das unter Verwendung von SQL-Standardbefehlen. Das führt gegenüber der Verwendung traditioneller Datenbanksysteme zu Leistungssteigerungen um das Zehn- bis Zwanzigfache.

Sukzessive Implementierung

Noch sind die beiden Kunststoff-Produktionslinien nicht mit der geplanten weitreichenden Umsetzung des Grundgedankens von Industrie 4.0 in Betrieb gegangen. „Das Zusammenwirken der Feld- und Maschinenebene mit dem SCADA-System konnte bereits ausführlich getestet werden, ebenso die Kontrolle der Anlagen über das Management-Dashboards“, freut sich Reinhard Mayr. „Noch vor dem Jahreswechsel erfolgt die Umstellung der Datenbank-Technologie, anschließend die Implementierung der Echtzeit-Datenanalysen in den Kapsch-Systemen.“

Die darauf basierenden Prozessoptimierungen werden ab der zweiten Jahreshälfte 2016 den ressourcenschonenden und energieeffizienten, adaptiven Betrieb der Produktionslinien ermöglichen. Damit wird erstmals in Österreich eine Produktionsanlage durch Nutzung verschränkter Technologien die zukunftsgerichteten Methoden von Industrie 4.0 mit voller Konsequenz anwenden. Ihr Erfolg wird recht einfach zu messen sein, weil eine zweite auf der Maschinenebene absolut identische Anlage zum Vergleich zur Verfügung steht.

Die Zukunft hat begonnen

„Mit den Technologien der drei Projektpartner Copa-Data, Kapsch BusinessCom und Crate Technologies konnten wir anlässlich dieses Projekts einen Systembaukasten schaffen, der es verhältnismäßig einfach ermöglicht, Produktionsanlagen mit voller Industrie 4.0 – Funktionalität zu versehen“, sagt Reinhard Mayr. „Auf diese Weise ist eine österreichische Gesamtlösung für die Informatisierung von Produktionslinien und –betrieben im Entstehen begriffen.“

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