Digitalisierung einer ganzen Fabrik auf Industrie 4.0

Zu viele Hindernisse könnte man denken, schließlich besteht eine Fabrik als heterogene Landschaft aus unterschiedlichen Technologien, Maschinen, Herstellern (OEM), Robotern und Komponenten. Diese miteinander zu verbinden, scheint im ersten Ansatz unmöglich. Zwar sind viele Produktionsanlagen in Deutschland auf dem neuesten Stand der Technik, allerdings sind zugleich immer noch alte Maschinen von vor der Jahrtausendwende in Betrieb, die eben nicht einfach digitalisiert werden können.

Der Mehrwert bei Umstellung einzelner Linien auf Industrie 4.0 ist mittlerweile von den Betreibern klar erkennbar. Die Arbeitsweise ist dadurch wesentlich effizienter, einfacher und planbarer geworden. Anlagen können effektiv und real durch die gewonnenen Daten bewertet werden. Somit ist es naheliegend, eine komplette Fabrik ganzheitlich zu digitalisieren.

Ein Kunde hat sich der Herausforderung gestellt und die Firma Quantis verpflichtet eine Lösung zu erarbeiten und umzusetzen.

Die umzustellende Fabrik wies folgende Spezifikationen auf:

• 6 Abfülllinien mit drei Linientypen: PET, Glas und Kartonage.
• Das Baujahr der einzelnen Maschinen variierte von 1990 bis 2020
• Integration von 36 Maschinen unterschiedlicher Maschinenlieferanten (OEMs)
• Sammlung von ca. 1.400 KPIs aus den Maschinen

In einem ersten Schritt wurde zusammen mit dem Kunden eine Bestandsaufnahme aller Linien gemacht. In dieser Liste wurde unter anderem jede Maschine dahingehend geprüft, welche Datenpunkte aus den Maschinen verfügbar sind. Bei Maschinen mit Steuerung ohne bestehender Ethernet-Verbindung wurde gemeinsam mit dem Kunden entschieden, ob eine Adaption, oder ein CP (Communication Prozessor) verbaut wird, um die Maschine kommunikativ in das bestehende Netzwerk einbinden zu können.

Nach Anpassung aller Maschinen und der Konfiguration einer übergeordneten Edge-Lösung erfolgte das Auslesen aller 1.400 Datenpunkte (KPIs).

Nicht immer war jede PLC-Adresse gleich zu finden und je nach Steuerungsart gab es mehrere Möglichkeiten diese zu konnektieren.

Nach Einlesen der Daten in das Edge, wurden diese verarbeitet und über eine zwischengeschaltete Bridge in die Cloud gesandt. Sowohl das Edge als auch die Bridge wurden vom Kunden in seine eigene virtuelle Server-Landschaft integriert, was eine eigenständige Verwaltung zur Folge hatte. Für den Kunden wurden so die vorgegebenen Cyber-Security Anforderungen vollständig erfüllt. Über individuell freigeschaltete Zugänge nach außen hatte der Kunde so jederzeit die volle Kontrolle über das gesamte Netzwerk und den Zugriff auf seine Daten.

In der Cloud wurden alle angebundenen Maschinen nach Kundenwunsch analysiert, validiert und aufbereitet. Mithilfe von KapiX, dem Dashboardtool von Quantis, konnten die relevanten Daten übersichtlich und einfach dargestellt werden.

Am Ende des Projektes erhielt der Kunde eine ausführliche Dokumentation über alle zur Verfügung stehenden Daten, welche für die Verarbeitung durch andere IT-Systeme bereitgestellt wurden.

Der Prozess von der Bestandsaufnahme bis zur Darstellung der Daten wurde bei jedem Schritt durch Quantis begleitet. Nicht bei allen Maschinen war die Einbindung einfach, oft mussten individuelle Lösungen gefunden werden, die nur allein durch Jahrzehnte langes Know-how in der Getränkeabfüllindustrie möglich waren.

Zuletzt bleibt noch die Frage, nach dem zeitlichen Rahmen für die Umsetzung des Projektes. So eine komplexe Aufgabe ist nicht an einem Tag zu bewältigen, dennoch ist es in nur 4 Monaten gelungen, Daten eines kompletten Werkes in einer übergeordneten IoT-Plattform zur Verfügung zu stellen. Derzeit bestehende Lieferengpässe von bestimmten Kommunikationskomponenten haben zu langen Lieferzeiten in der Hardwarebeschaffung geführt, welche die Umsetzungszeit ungewollt verlängert haben, sonst könnte man so ein Vorhaben auch in ca. 6 bis 8 Wochen umsetzen.

Die Umstellung der ganzen Fabrik auf Industrie 4.0 begeisterte den Kunden derart, dass dieser weitere Fabriken mit diesem Verfahren modernisieren wird.