Alte Bosch Drehbank Bosch
Technik

Retrofitting für Industrie 4.0

Bestandsmaschinen ins Internet der Dinge bringen

Aus dem Museum ins Internet der Dinge: Was Unternehmen aus dem Schicksal einer 130 Jahre alten Drehbank lernen können.

06. März 2017

Eigentlich gehört sie ins Museum: Die 130 Jahre alte Drehbank, an der Robert Bosch, der legendäre Ingenieur und Erfinder, noch persönlich gearbeitet hat. Doch die gusseiserne, pedalbetriebene Maschine machte kürzlich Furore in der Fachwelt, als sie ins Zeitalter der Industrie 4.0 befördert wurde. „Unser weltweit einmaliger Aufbau zeigt, dass selbst älteste Maschinen schnell und einfach vernetzt werden können“, sagte Dr. Werner Struth, Geschäftsführer der Robert Bosch GmbH anlässlich einer Präsentation in Stuttgart.

Die Daten geben den Takt vor

Ausgestattet mit einem IoT-Gateway unterstützt die Drehbank die Prozessüberwachung für die ständige Qualitätssicherung und fortlaufendes Zustands-Monitoring, um ungeplante Ausfallzeiten zu verhindern. Dazu erfassen Sensoren unter anderem die Drehzahl des Werkstücks: Ist sie zu hoch oder zu niedrig, sinkt die Fertigungsqualität. Außerdem drohen Schäden am Werkzeug. Aufgrund der Daten, die von Sensoren am IoT-Gateway erfasst werden, kann der Bediener auf einem Monitor jederzeit sehen, ob er das Pedal schneller oder langsamer treten muss.

Mit der gleichen Technik, die auf der musealen Drehbank zum Einsatz kommt, haben Ingenieure von Bosch auch einen Prüfstand für Hydraulikventile aus dem Jahr 2007 vernetzt. Dank neuer Sensoren zum Überwachen der Ölqualität lässt sich der optimale Zeitpunkt für den Ölwechsel nun erheblich präziser bestimmen als zuvor. Das senkt Zeitaufwand und Kosten und schont die Umwelt. So machte sich das Retrofitting bereits nach 18 Monaten bezahlt.

Das Nachrüsten macht den Weg frei zu Industrie 4.0

„Angesichts von zig Millionen Bestandsmaschinen in Deutschland, die bislang nicht vernetzt sind, sind solche Beispiele wichtige Signale für Unternehmen“, sagt Professor Volker Stich, Geschäftsführer Forschungsinstitut für Rationalisierung (FIR) e. V. an der RWTH Aachen. „Denn sie zeigen: Technisch ist die Integration von Bestandsmaschinen in Unternehmensnetze und Industrie-4.0-Prozesse kein Problem.“ Das ist umso wichtiger, als die Firmen letztlich gar keine Alternative zur Nachrüstung ihrer Maschinen haben, um sie an die Anforderungen einer zunehmend vernetzten Produktion anzupassen. Dr. Philipp Jussen, Leiter des Bereichs Dienstleistungsmanagement am FIR, erklärt: „Der Investitionsbedarf für komplett neue Produktionsstraßen ist in den meisten Fällen einfach viel zu hoch. Durch die Nachrüstung von Bestandsmaschinen hingegen lassen sich die Kosten für eine Industrie-4.0- oder IoT-fähige Vernetzung des Maschinenparks um mindestens eine Zehnerpotenz senken. Damit ist die Einstiegshürde, vor der viele Firmen sich sehen, genommen.“

Nur wer die Prozesse kennt, kann sie optimieren

Ziel der Vernetzung von Bestandsmaschinen ist zunächst eine höhere Transparenz. Denn nur wenn man einen Prozess wirklich genau kennt, kann man ihn sinnvoll mit anderen Abläufen verknüpfen. Dazu gehört dann auch die Einbindung von Werkzeugen, Containern, Materialien und Teilen unterschiedlichster Herkunft und Beschaffenheit. Technisch ist das machbar, erklärt Jussen: „Dazu braucht man auch nicht den einen einheitlichen übergreifenden Standard, auf den manche Unternehmen warten. Es gibt bereits eine Reihe von Protokollen und Middleware-Lösungen, die hier wertvolle Hilfe bieten, wie beispielsweise Kepware. Damit lassen sich fast beliebig viele verschiedene Protokolle anbinden – von einer TCP/IP-Sensorik über Maschinensteuerungen bis zu Protokollen für die Machine-2-Machine-Kommunikation wie OPC-UA. Und wenn man doch mal ein neues Protokoll zusätzlich anbinden muss, dann ist das eine Sache von wenigen Tagen.“ Und wie das Beispiel der Drehbank von Bosch zeigt, ist nicht einmal ein Stromanschluss an der zu vernetzenden Maschine Voraussetzung. Auch hierfür gibt es unterschiedliche technische Lösungen: Wo nur sehr selten gemessen und gesendet wird, kommt ein Sensor oft über Jahre mit einer Batterie aus. Solche Lösungen sind beispielsweise bei der Messung von Niederschlagsmengen in der landwirtschaftlichen Produktion bewährt. Für andere Anwendungen gibt es Technologien wie RFID oder NFC, die einen Chip per Induktion mit der nötigen Energie für die Datenübertragung versorgen.

Erst Abläufe prüfen, dann Mehrwert schaffen

Schwieriger als die technische Aufgabe der Vernetzung von Bestandsmaschinen ist in der Praxis die Definition von Prozessen, die einen tatsächlichen wirtschaftlichen Nutzen bieten. Als Beipiel dafür, dass das kein Selbstläufer ist, verweist Philipp Jussen auf ein aktuelles Foschungsprojekt zu Predictive Maintenance. Dabei ist es dem Forschungsteam gelungen, die Standzeit eines Werkzeugs durch Prognose der Ausfallwahrscheinlichkeit in der Metallbearbeitung um 15 Prozent zu erhöhen. Doch aufgrund der sehr geringen Kosten des verwendeten Werkzeugs und der niedrigen Stückzahl würde sich die erforderliche Investition in die Realisierung des Predictive-Maintenance-Prozesses in dem konkreten Szenario nicht rechnen.

Anders im Falle eines Herstellers von Applikationen für die Textilindustrie: Das Unternehmen stellt seinen Kunden Maschinen zur Verfügung, um seine Produkte an Textilien zu befestigen. Durch ihre Vernetzung erhält das Unternehmen wertvolle Informationen über die Auslastung dieser Maschinen, die es für gezielte Verkaufsmaßnahmen nutzen kann. In einem nächsten Schritt soll die Qualität der Arbeitsvorgänge überwacht werden, indem beispielsweise Fehlstanzungen durch geeignete Sensorik erkannt werden. Dazu erklärt Volker Stich: „Auch dieses Beispiel zeigt: der Aufwand für die Vernetzung von Bestandsmaschinen ist beherrschbar und er zahlt sich aus. Unternehmen können und müssen jetzt die eigenen Abläufe auf den Prüfstand stellen, um zu sehen, wo und wie die Vernetzung der Maschinen, Anlagen, Werkzeuge und Teile für sie Mehrwert stiftet. “

Autor

Uwe Küll, freier Journalist

Bernd Seidel & Friends