Hannover Messe

Fraunhofer bietet Zustandsüberwachung in der Cloud

| Autor / Redakteur: Dr. Dietmar Müller / Florian Karlstetter

Fachleute vom Berliner Fraunhofer IPK haben ein System entwickelt, das deutlich mehr aus Predictive Maintenance herausholt.
Fachleute vom Berliner Fraunhofer IPK haben ein System entwickelt, das deutlich mehr aus Predictive Maintenance herausholt. (Bild: gemeinfrei, scholty1970 / Pixabay)

Auf der Hannover Messe wird das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK zeigen, wie man die in Internet-of-Things (IoT)-Netzen oft eingesetzte Sensorik mit einer Cloud-Plattform verknüpft. Das mache koordiniertes Workflowmanagement und die Optimierung von Werkzeugmaschinen-Flotten möglich.

Viele Maschinen werden mit Sensoren überwacht. Diese erkennen beispielsweise an leichten Vibrationen, dass eine Komponente langsam verschleißt. Sie können einen Warnhinweis geben, damit das Teil ausgetauscht wird, ehe ein Schaden auftritt. Inzwischen sind zahlreiche solcher Predictive-Maintenance-Systeme auf dem Markt. In der Regel bleiben sie allerdings Insellösungen. Sie geben zwar eine Warnung aus, damit ein Bauteil gewechselt werden kann. Doch weiter genutzt wird diese wertvolle Information kaum.

Fachleute vom Berliner Fraunhofer IPK haben jetzt ein System entwickelt, das deutlich mehr aus Predictive Maintenance herausholt: Sie binden die Sensorik in eine Cloud-Plattform ein, in der der gesamte Lebenszyklus einer oder mehrerer Werkzeugmaschinen gespeichert wird. Das macht eine umfangreiche Datenanalyse möglich, mit der sich Maschinen oder ganze Arbeitsabläufe optimieren lassen.

Live auf der Hannover-Messe

Wie das funktioniert, zeigt das Team um Claudio Geisert, stellvertretender Abteilungsleiter Produktionsmaschinen und Anlagenmanagement am Fraunhofer IPK, während Hannover-Messe vom 20. bis 24. April 2020 am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle 6, Stand A26. Die Forscher haben dafür ein zentrales Element einer Werkzeugmaschine ausgewählt: einen Kugelgewindetrieb, mit dem ein Werkstückträger in der Maschine extrem präzise auf einer Spindel hin und her bewegt wird.

Eine solche Spindel kann mit der Zeit verschleißen, was zu unerwünschten Vibrationen führt, die Fehler am Werkstück verursachen können – und die möglichst früh erkannt werden sollten. Das vom Fraunhofer IPK entwickelte Smart-Maintenance-System kann das. Herzstück ist eine Sensorplatine, die einen handelsüblichen Sensorchip enthält, ein Micro Electro Mechanical System (MEMS). Bei diesen MEMS handelt es sich um kleine Silizium-Bausteine, auf deren Oberfläche verschiedene Technik-Komponenten miteinander verknüpft werden. So können sie beispielsweise Umweltreize wie Vibrationen messen und diese mit einem daran angeschlossen Prozessor verarbeiten. MEMS und Prozessor bilden zusammen einen Sensorknoten.

Plattform enthält digitalen Zwilling

„Solche MEMS sind heute millionenfach in Autos und Smartphones verbaut. Sie sind kostengünstig und dennoch für unsere Zwecke ausreichend genau“, so Claudio Geisert. Für ihn wichtig: Die Verarbeitung der Sensorsignale findet direkt auf dem Sensorknoten statt. Der Prozessor erkennt damit von allein eine Störung und kann diese Information weiterleiten.

Die Information wird an eine Internet-of-Things-Plattform (IoT-Plattform) gesendet, die wiederum die Service-Zentrale alarmiert. Dies kann beispielsweise einen günstigen Zeitpunkt für den Austausch der Spindel festlegen, damit Produktionsausfälle durch Stillstandzeiten vermieden werden. Zum zweiten enthält diese Plattform einen sogenannten Digitalen Zwilling der Werkzeugmaschine – eine digitale Kopie, die die Historie der Maschine und alle Zustände und Betriebsparameter enthält. Wird die defekte Spindel schließlich ausgetauscht, erhält auch der Digitale Zwilling die Information darüber, dass er jetzt eine neue Komponente enthält

Maschinenpark im Blick

Die Kopplung der realen Maschine mit der IoT-Cloud-Plattform hat aber auch für die Servicekräfte vor Ort an der Maschine Vorteile. Bei der IPK-Lösung scannt der Techniker zunächst einen QR-Code an der Maschine, um zu überprüfen, ob er an der richtigen Maschine arbeitet. Das ist vor allem in Unternehmen wichtig, in denen ganze Maschinenparks zu finden sind. Ebenso kann das Bauteil gescannt und mit den Daten im Digitalen Zwilling abgeglichen werden – damit nicht versehentlich eine andere Komponente ausgetauscht wird. Ferner kann der Mitarbeiter über ein Tablet Hinweise für den Aus- und Einbau des Bauteils abrufen.

„Große Firmen werden damit in die Lage versetzt, ihren gesamten Maschinenpark über einzelne Standorte hinweg im Blick zu behalten“, so Geisert. Die IPK-Lösung, die auf der Hannover-Messe Preview am 12. Februar 2020 vorgestellt wurde, ist bereits so weit entwickelt, dass sie sich in der Industrie einsetzen lässt.

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