Condition Monitoring bei MA Micro Automation

In fünf Monaten zu eigenen IoT-Services

Auch qualitativ hochwertige Maschinen können irgendwann verschleißen, ausfallen und dadurch die Produktionsprozesse bei den Betreibern beeinträchtigen. Doch werden Maschinen durch digitale Services ergänzt, lassen sich Wartung und Instandhaltung automatisiert optimieren und den Kunden weitere Vorteile bieten.

(Bild: MA Micro Automation GmbH)

Ein Maschinenbauer liefert sein Produkt an den Betreiber, stellt es auf – und hört nie wieder etwas von dieser Firma, denn die Anlage läuft einwandfrei. Das gelingt MA Micro Automation zwar, einem Anbieter von Automatisierungstechnik und Spezialmaschinen. Doch egal wie hochwertig eine Maschine ist, irgendwann verschleißen Teile, sie fällt aus und beeinträchtigt dadurch womöglich den Produktionsprozess beim Betreiber. Passgenaue Wartung und Instandhaltung beim Betreiber beugen dem vor, und diese Prozesse lassen sich heute mit digitalen Services weitreichend automatisieren. Das Potenzial dieser Dienstleistungen war dem Anlagenbauer sehr schnell klar, denn der Zugriff auf Maschinendaten und deren -betriebsprozesse erlaubt Rückschlüsse über den Zustand der Anlage, die Daten ermöglichen ein Condition Monitoring.

Daten erfassen und nutzen

Etwaige Defizite und Verschleißerscheinungen an den Maschinen lassen sich durch sensorgestützte Zustandsüberwachung früh erkennen. Den Anlagenbetreibern gestattet dies, Maschinenstillstände zu planen und Wartungen dann einzuleiten, wenn es der Fertigungsprozess erlaubt. Unerwartete Anlagenausfälle sollten damit der Vergangenheit angehören. Doch die präventive Wartung ist nicht das einzig denkbare Szenario eines digitalen Services. Auf Basis vorliegender digitaler Daten lassen sich auch verschiedene Produktionsstätten vergleichen. Dies wiederum kann Maschinenbauern Anhaltspunkte für Optimierungen im Herstellungsprozess liefern, um etwa die Produktionsqualität zu steigern.

Schnell zum eigenen Proof of Concept

Um diese Potenziale auszuschöpfen, musste MA Micro Automation Daten der aufgestellten Maschinen erfassen und anschließend auf einer IoT-Plattform bündeln und analysieren. Zudem hieß es, ein Datenmodell, eine Datenstrategie, eine Zielarchitektur sowie in einzelne Phasen eingeteilte Umsetzungspläne zu entwickeln. Am Ende sollte ein Proof of Concept stehen, der die ausgewählten Bestandteile validiert, die digitalen Services – etwa die präventive Wartung oder die Steigerung der Produktionsqualität – in Dashboards abbildet und damit die Basis für zukünftige Entwicklungen bildet. Ein Knackpunkt für das Projekt war der festgelegt Zeitrahmen, denn MA hatte das Ziel, die Ergebnisse zur Messe K 2022 in Düsseldorf zu präsentieren. Als strategischen Partner holte der Anlagenbauer die Firma Novatec Consulting ins Boot, die Expertise im Maschinenbau sowie im IoT-Servicebereich mitbrachte.

Alles beginnt mit der Strategie

Zunächst fand ein Workshop mit den IoT-Spezialistinnen und -Spezialisten sowie Mitarbeitenden aus verschiedenen Unternehmensbereichen bei MA Micro Automation statt, um die Ziele und Strategien zu erarbeiten. Den methodischen Rahmen brachte der IT-Dienstleister mit. Anschließend wurde die Zielgruppe einschließlich ihrer Schmerzpunkte definiert. Daraus ließen sich Use Cases entwickeln, in denen sich digitale Services als Problemlösungen ergeben sollten. Daraufhin hat das IT-Unternehmen die Architektur und erforderlichen Dienste entwickelt. Novatec half auch bei der Auswahl und Konfiguration der Technologien.

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Die passende Technologie

Für die Realisierung der geplanten digitalen Services entschieden sich die Projektpartner für die Plattform Cumulocity IoT. Insbesondere deren Partnerlandschaft, die Streaming-Analytics-Funktionalität sowie die Low-Code-Fähigkeiten sprachen für dieses System. Das Sammeln und Aggregieren der Daten der Maschinen vor Ort sollte ein Edge Gateway von Inysy Icom übernehmen. Diese maschinennahen Gateways erlauben die lokale Ausführung von Linux-Containern. Für diese Gateway-Modelle sprachen ihr Sicherheitsstandard sowie die Unterstützung aller relevanten Schnittstellen. Die digitalen Services selbst wurden mit Apama EPL entwickelt, einer Programmiersprache für eventbasierte Systeme, die sich hervorragend für Streaming Analytics eignet und eine Umsetzung mit wenig Aufwand ermöglicht. Cumulocity IoT sorgt dabei für die Plattform zur Prozessierung der mittels Apama EPL entwickelten Streaming-Anwendungen. Ergänzend wurden individuelle Widgets auf Basis der Frontend-Technologie Angular entwickelt, die die prozessierten Daten der Streaming-Anwendung darstellt.

Teamplay mit agilen Methoden

Die Umsetzung des gesamten Projekts erfolgte mit der agilen Methodik Scrum sowie zweiwöchigen Sprints und dauerte weniger als fünf Monate. Damit alles so schnell funktionierte, brachten beide Partner ihre Expertise ins Projekt ein. MA Micro Automation steuerte Operational Technology-Fachkenntnisse (OT) bei, während Novatec im Information Technology-Segment (IT) glänzte. Tobias Eicher, Systemtechniker Virtuelle Inbetriebnahme bei MA Micro Automation, äußert sich zufrieden: „Die Digitalisierung unserer Prozesse und Produkte ermöglicht es unseren Kunden, aufs nächste Level zu kommen. Deshalb stellen wir genau diese Thematik mit all ihren Facetten ins Zentrum unserer Entwicklungsarbeit. Mit der Novatec haben wir ein Partnerunternehmen gefunden, das es uns erlaubt, digitale Dienste zum Nutzen unserer Kundschaft in hoher Geschwindigkeit zu entwickeln.“

Probleme gemeinsam meistern

Als Erfolgsfaktor des Projekts erwies sich die offene Kommunikation und lösungsorientierte Arbeitsweise in beiden Unternehmen. Solche strategischen Vorhaben erfordern offene Zusammenarbeit und das Interesse an der Thematik im ganzen Team. So gelang es den Projektpartnern auch, Schwierigkeiten wie die korrekte Vorhersage einer notwendigen Wartung trotz verlorener Datenpakete gemeinsam zu lösen: Herausfordernd war dabei, dass die Applikationen in Gänze robust reagieren sollte – selbst, wenn einzelne Komponenten, etwa die Maschinensteuerung oder der Edge Gateway, kurzzeitig unsaubere oder womöglich keine Daten liefern. Dies ließ sich durch technische Logiken in der Umsetzung der Applikationen lösen. Hierbei definierten die Projektpartner, wie sich die Applikation verhalten soll, wenn unvorhergesehene Zustände eintreten, um ein robustes Verhalten sicherzustellen.

Nützliche digitale Services

Die digitalen IoT-Services von MA Micro Automation erzeugen heute messbaren Wert bei den Kunden. So übernimmt ein Service das Condition Monitoring. Die im System abgebildeten Verschleißteile geben dem Anlagenbetreibenden einen Überblick über deren Gesundheitszustand. Anhand der Live-Daten kann das Unternehmen dann entscheiden, wann ein Austausch der Komponenten fällig ist. Der digitale Service schlägt sogar proaktiv Wartungsintervalle vor. Die Lösungsorientierung und die hohe Priorität, die das Projekt beim Spezialmaschinenbau-Unternehmen besaß, sorgten dafür, dass der Service rechtzeitig zur Kunststoff-Branchenmesse K fertig wurden. Gemeinsam präsentierten die Unternehmen die modernen Dashboards, welche den Zustand der Maschine komponentenweise visualisierten, und die digitalen Services: Sie demonstrierten den Messebesuchenden, wie das Maschinenbau-Unternehmen mit den Daten der Maschine in seinen Serviceprozessen arbeitet.

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Energiemanagement als nächstes geplant

Für die Zukunft sind weitere digitale Services geplant, beispielsweise ein ISO50001-konformes Energiemanagement. Ziel hierbei soll sein, den Energie- oder Druckluftverbrauch auf der IoT-Plattform zu erfassen und den Anlagenbetreibenden darzustellen. Verbrauchserhöhungen aufgrund von Leckagen oder mehr Reibung lassen sich so schnell aufspüren. Auch eine KI-gestützte Anomalie-Erkennung ist geplant.

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