Alles Retro? – Sensoren machen alte Maschinen fit für Smart Factory

Quelle: © Mittelstand-Digital Zentrum Ilmenau

Haben Sie Maschinen in Ihren Produktionshallen, die schon etwas älter sind? Dann kennen auch Sie unter Umständen folgendes Problem. Vorhandene Maschinen haben aufgrund ihrer langer Nutzungsdauer keine Industrie-4.0-tauglichen Schnittstellen oder sind gar mit einer Eigenintelligenz ausgestattet. Eine Integrierbarkeit in industrielle Digitalisierungslösungen ist damit nicht gegeben.

Aber eine Nachrüstung mit anwendungsspezifischer Sensorik und darauf aufbauender intelligenter Datenverarbeitung ist möglich und sinnvoll, um im Rahmen der Digitalisierung aus den gewonnenen Daten einen Mehrwert zu generieren. Diese Nachrüstung und Modernisierung älterer Maschinen wird auch Retrofit genannt. Durch das Retrofit können Unternehmen so die Lebensdauer der Maschinen verlängern, sie für ihre Produktionsprozesse weiterhin nutzen und auch in digitale Prozesse einbinden. Teure Investitionen in neue Maschinen und auch das Anlernen der Mitarbeiter für die Bedienung dieser neuen Technik können so vermieden werden, um nur einige Vorteile des Retrofitting zu benennen.

Die Modellfabrik Migration entwickelte gemeinsam mit der Firma Batix Software GmbH [1] eine Lösung zur Veranschaulichung der Nachrüstung einer herkömmlichen Bohrmaschine mit verschiedenen Sensoren.

Der Demonstrator zeigt exemplarisch eine Umsetzung einer Nachrüstung von Bestandsmaschinen. Unter Anwendung von KI-Methoden werden im laufenden Bohrvorgang Daten aufgenommen, verarbeitet und ausgewertet. Im Ergebnis können die aufgenommenen Daten just-in-time visualisiert werden und es besteht die Möglichkeiten zur Integration in die vorhandenen IT-Systeme.

Im konkreten Fall der Tischbohrmaschine wurden ein 3D-Schwingungssensor von Bosch und ein Drehzahlsensor (optisch, angebunden per I²C [2]) sowie ein Leistungsmesssystem (messende Schaltsteckdose, angebunden per RS-485 [3]) angebracht, sodass zu Demonstrationszwecken ein portabler und autarker Aufbau entstand. Die Sensoren sind an einen Raspberry Pi [4](RevolutionPi), der als lokale Verarbeitungseinheit dient, angeschlossen.

Auf Basis eines vorherigen Trainings eines Machine-Learning-Algorithemen kann der Betriebszustand anhand der Sensordaten ermittelt und visualisiert werden. Die Zustandsinformation Aus, Leerlauf oder Bearbeitung wird ausgegeben. Zum anderen können auf Basis der Schwingungsmessungen die vom Bohrer bearbeiteten Materialien, z.B. Holz oder Metall, bestimmt werden.

Die webbasierte Datenvisualisierung auf Grundlage der Open-Source-Lösung Grafana erfolgt auf einem mobilen Endgerät, einem Monitor oder einem Laptop. Sie stellt den aktuellen Zustand und den Betriebsverlauf der Maschine dar. Hierbei werden die Ergebnisse der KI-basierten Auswertung mit der gemessenen Leistungsaufnahme und Rotationsgeschwindigkeit des Bohrers in Zusammenhang gebracht.

Zusätzlich erfolgte eine Integration in die Smart-Factory-Arbeitsplattform NOAH der Firma Batix. Eine Instanz dieser eigentlichen Cloud-Lösung wird exemplarisch auf dem Raspberry Pi ausgeführt und kann so ohne Internet-Zugang demonstriert werden.

Im Video zu sehen:Im Video wird die Funktionsweise der Bohrmaschine inklusive der Auswertung der Daten mittels der Visualisierungsplattform veranschaulicht. Zu sehen ist, wie die Maschine zunächst im Leerlauf betrieben und anschließend ein Stück Metall gebohrt wird. Im Anschluss wird ein Stück Holz gebohrt, die Auswertung der Sensordaten bewirkt, dass auf der Anzeige  „Holz“ erscheint.

Sie haben Interesse sich diesen Demonstrator live anzusehen? Dann kontaktieren Sie uns:

Ansprechpartner:
Dr. Frank Spiller
Modellfabrik Migration
Telefon: 03677/8749-361
E-Mail: spiller@kompetenzzentrum-ilmenau.de

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[1] Die Batix Software GmbH, mit Sitz in Saalfeld beschäftigt sich mit Fragen der Digitalisierung, sowie der Realisierung und dem Betrieb von Softwarelösungen in Form von vernetzten Systemen.

[2] I²C (englisch Inter-Integrated Circuit) ist ein 1982 von Philips Semiconductors entwickelter serieller Datenbus und dient der Datenübertragung. Er wird hauptsächlich geräteintern für die Kommunikation zwischen verschiedenen Schaltungsteilen benutzt.

[3] RS-485, auch als EIA-485 bezeichnet, ist ein Industriestandard für eine physische Schnittstelle.

[3] Der Raspberry Pi ist ein Einplatinencomputer, der von der britischen Raspberry Pi Foundation entwickelt wurde.