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TechnikRetrofitting für Industrie 4.0

Bestands­ma­schinen ins Internet der Dinge bringen

Lesezeit ca.: 4 Minuten
Uwe Küll

Uwe Küll

freier Journalist

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. “