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Retrofit

Alte Maschinen werden fit für die digitale Zukunft

| Autor/ Redakteur: Ulrich W. Schamari / Udo Schnell

Digitalisierung Wenn Industrie 4.0 in der Praxis umgesetzt werden soll, dürfen Bestandsmaschinen nicht außer Acht gelassen werden. Ihr Anteil am Maschinenpark ist so hoch, dass ohne sie keine vollständige Vernetzung möglich ist.

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Zu einem Retrofit kann auch ein zentraler Leitstand gehören. Von dort aus hat die Produktionsleitung sämtliche Anlagenteile im Blick und kann diese im Prozessleitsystem Simatic PCS 7 l bedienen und beobachten (Symbolbild).
Zu einem Retrofit kann auch ein zentraler Leitstand gehören. Von dort aus hat die Produktionsleitung sämtliche Anlagenteile im Blick und kann diese im Prozessleitsystem Simatic PCS 7 l bedienen und beobachten (Symbolbild).
(Bild: Siemens/Brixen)

Peter Früauf vom VDMA-Fachbereich Elektrische Automation zeigte sich sehr zufrieden angesichts der großen Resonanz auf den Informationstag „Bestandsmaschinen in Industrie 4.0 integrieren“, der am 9. Oktober in Frankfurt veranstaltet wurde. „Ich freue mich, dass Sie sich von dem Thema Retrofit angesprochen fühlen“, stellte er fest und versicherte, dass es in Anbetracht seiner Relevanz auch künftig vom VDMA intensiv behandelt werde. So habe die Gruppe des Verbandes, die sich um das Thema Future Business kümmert, die Retrofit-Aktivitäten in ihr „Trendradar“ aufgenommen.

Früauf selbst sieht es als eine wesentliche Aufgabe für die nächsten Jahre an, Bestandsmaschinen zukunftssicher zu machen. Sein Fachbereich treibt deshalb das Thema „Futurefit“ im VDMA voran. Nach seiner Überzeugung kooperieren die deutschen Maschinenbauer in Zukunft verstärkt mit Partnern aus Europa, China und den USA – und die hätten Anforderungen an die Maschinen, damit sie in einem weltweiten System mit vielen anderen Maschinen funktionieren und vernetzbar sind.

Dass es zurzeit in den Chefetagen vieler Unternehmen eine große Unsicherheit gibt, berichtete Bianca Illner, Leiterin der Abteilung Business Advisory im VDMA. Kritisches Thema sei neben der Konjunkturentwicklung insbesondere die digitale Transformation. „Provokant gesagt: Deutschlands Industrieanlagen sind zu alt“, fasste Illner ein verbreitetes Dilemma zusammen. Das Durchschnittsalter der Fabrikausrüstungen werde auf 20 Jahre geschätzt und rund 85 % der Anlagen seien deshalb noch nicht vernetzt. Die zentrale Frage stehe im Raum, was man mit den alten Maschinen im Zusammenhang mit Industrie 4.0 machen solle.

Kein Retrofit ohne neue Sensorik in den Maschinen

Eine beispielhafte Antwort aus der Praxis lieferte Christian Henke vom Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM: Er erläuterte die Visualisierung und Überwachung von Bestandsmaschinen über Cloud- und Edge-Anwendungen. Voraussetzung für das Retrofit sei, die Bestandsanlagen mit Sensoren zur Erfassung der Maschinendaten auszustatten. Mittels Vernetzung müsse man dann die von den Sensoren ermittelten Daten an die Steuerung übermitteln. So ließen sich präzise Informationen über den Zustand der Maschine gewinnen und daraus beispielsweise Entscheidungen für die Instandhaltung ableiten. „Aus Messwerten leite ich die Diagnose meiner Komponentensysteme ab“, fasste Henke die Schritte der Digitalisierung zusammen. Dabei können die Maschinendaten über die Cloud an ein beliebiges Endgerät gesendet und hier auch grafisch dargestellt werden. Alternativ besteht die Möglichkeit der direkten Übertragung von Sensordaten an ein mobiles Endgerät.

Maßgeschneidertes Condition-Monitoring

Wie ein maßgeschneidertes Condition Monitoring bei Bestandsmaschinen erfolgen kann, schilderte Bernhard Grimm von der Turck-Gruppe, die im Bereich der Industrieautomatisierung tätig ist. Er stellte eine Maschine vor, die unverändert blieb und dennoch nachgerüstet wurde. Ihr Problem der Kühlschmiermittel-Überwachung beschrieb er so: „Die Kühlstände sind erfahrungsgemäß teilweise zu niedrig und dann muss eingegriffen werden.“ Das führe zu Stillstand und reduzierter Verfügbarkeit. Daher sollte mit möglichst wenig Aufwand – vor allem ohne Eingreifen – ermittelt werden, wie die Füllstände in dieser Maschine sind. Die Lösung war ein Sensor, der gemeinsam mit einem Funkübertrager per Magnet an der Metallwand der Maschine montiert wurde. Die Kühlstände werden nun lückenlos überwacht, was die Stillstände deutlich reduziert hat. Zudem wurde der Personaleinsatz effektiver, da automatisierte Alarmmeldungen erzeugt werden.

Fehler im Prozess finden

„Die Fabrik der Zukunft wird nicht nur mit neuen Maschinen ausgerüstet sein, sondern eben auch mit einem großen Bereich von Bestandsmaschinen“, betonte Daniel Voegeli von Bosch Rexroth. Durch Nachrüsten älterer Maschinen würden Analysen ermöglicht, die zum Beispiel Fehler und Probleme im Produktionsprozess aufzeigen. So lasse sich etwa dem Maschinenstillstand aufgrund unzureichender Zufuhr von Material durch die Nachrüstung mit Scannern oder Lichtschranken zur optischen Überwachung vorbeugen. Solche Upgrade-Aktivitäten ermöglichten sogar Prognosen, wann welcher Nachschub benötigt wird. Damit könne die Effizienz von Fertigungslinien und folglich auch die Profitabilität deutlich gesteigert werden. Die Kosten seien dagegen relativ günstig.

Welchen Einfluss Industrie 4.0 auf die Tonerproduktion von Konika Minolta hat, erläuterte Martin Wanka, zuständig für Digital Manufacturing. Er verwies darauf, dass die Produktion schon lange erfolgreich laufe und sich die Frage gestellt habe, welche Innovation noch möglich sei. „Wir haben die Schritte hin zur Digitalisierung gemacht“, lautete seine Antwort. Auf diese Weise könne man die Prozesse optimieren. Zum Beispiel lasse sich Remote Support für Druckanlagen an weit entfernten Standorten durchführen, wenn Probleme gemeldet werden. Solche Serviceprozesse könnten für Bestandsmaschinen nur erfolgen, wenn sie mit Sensoren bestückt und für die digitale Kommunikation mit der Servicezentrale aufgerüstet würden. Dadurch werde es auch möglich, dass die Anlage eigenständig den Tonerverbrauch kontrolliere und eine Nachbestellung an die Zentrale sende.

Sicherheit kann problematisch werden

Der Umbau von Bestandsmaschinen hin zur Tauglichkeit für Industrie 4.0 hat allerdings auch sicherheitstechnische Aspekte, die durchaus problematisch sein können. So ist hier die Rechtssicherheit für die Maschinen ein Thema, das Thomas Kramer-Wolf von Wieland Electric aufgriff: „Es stellen sich die Fragen: Was habe ich für einen Maschinenpark, kann ich denn eigentlich ruhig schlafen? Oder wurde an den Maschinen in den letzten 30 Jahren so viel gemacht, dass eine Betriebserlaubnis eigentlich schon längst nicht mehr gegeben ist?“ Kaum eine Maschine dürfte so betrieben werden, wie sie vom Hersteller ursprünglich einmal ausgeliefert war. Gerade die digitale Vernetzung im Zuge von Industrie 4.0 sei ein entscheidender Eingriff in die Funktion der Maschine. Die Eigenschaft des Maschinenherstellers gehe auf denjenigen über, der die Modernisierung veranlasst – also auf den Maschinenbesitzer. Damit übernehme er auch die Verantwortung für die Maschinensicherheit und es empfehle sich daher eine gründliche Sicherheitsprüfung nach dem Update.

Kleine Schritte sind ratsam

Auf dem Weg zur innovativen Shopfloor-Vernetzung ist es deshalb ratsam, in kleinen Schritten zu digitalisieren. Stephan Köstler von Mapal nannte die Ziele, die längerfristig zu erreichen seien: „Digitalisierung und Industrie 4.0 bedeuten die Steigerung der Kundenzufriedenheit, Effizienzsteigerungen, aber auch Qualitätssteigerungen.“ Auch wenn gegenwärtig der Standpunkt dominiere, dass noch zu wenig Digitalisierung vorhanden sei, bleibe festzuhalten, dass sie nicht erst heute begonnen habe. Angesichts der erforderlichen umfangreichen Investitionen sei es sinnvoll, vorsichtig einzusteigen und zunächst einmal mit Teilbereichen, wie etwa der Lagerhaltung, zu beginnen.

Die umfassende Überwachung und der sichere Betrieb von bestehenden Anlagen ist ein zentraler Aspekt der Integration von Bestandsmaschinen in Industrie 4.0 und Armin Wallnöfer von ABB präsentierte als Beispiel dafür den Einsatz eines Smart Sensors: „Es gibt für ihn Applikationen in den Motoren, die sonst nicht überwacht werden.“ Das seien etwa die Motoren in Klimaanlagen, die auf dem Dach stehen. Kritische Komponenten, die der ständigen digitalen Fernkontrolle bedürfen, weil sie schwer zugänglich sind, existierten zuhauf in der Prozessindustrie – auch im Maschinenbau.

Der Smart Sensor stelle eine kostengünstige Lösung für den Einsatz in großer Zahl dar. Zudem könne er einfach betrieben werden, sodass er als ein Serviceprodukt gelte, das sich cloudbasiert zur Optimierung in der Instandhaltung einsetzen lasse. MM

* Ulrich W. Schamari ist freier Journalist in Frankfurt am Main

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