Digitale Services im IIoT
Ausfallrisiken antizipieren, Wartungsbedarf erkennen, Verfügbarkeit vorhersagen, Ausschuss vermeiden, bevor er entsteht: Intelligente Getriebe beispielsweise von Wittenstein sind in Verbindung mit smarten Services in der Lage, dies und vieles mehr zu leisten. Im Industrial Internet of Things (IIoT)-Ökosystem bieten sich Umsetzungskonzepte etwa über ein Edge-Device oder die SPS an.
Abbildung der Kommunikationsinfrastruktur für smarte Produkte (Sensor, Aktuator) und die mögliche 
Verortung smarter Services (Glühbirnen-Icon), die sowohl im Feld, on Edge (SPS / IPC) oder in der Cloud lauffähig sind.
Abbildung der Kommunikationsinfrastruktur für smarte Produkte (Sensor, Aktuator) und die mögliche Verortung smarter Services (Glühbirnen-Icon), die sowohl im Feld, on Edge (SPS / IPC) oder in der Cloud lauffähig sind.Bild: Wittenstein SE

Getriebe von Wittenstein alpha mit Cynapse-Funktionalität (integrierte Sensorik, Logik und IO-Link-Datenausgabe) sind in der Lage, das Betriebsverhalten von Antriebsachsen zu erkennen. Sie bieten die notwendige Intelligenz und Konnektivität, um in digital vernetzte Umgebungen einer smarten Maschine oder Fabrik integriert werden zu können. Gleichzeitig bilden intelligente Getriebe die technologische Grundlage für ständig neue, digitale smarte Services.

So ist es beispielsweise durch die Analyse von Vibrationsdaten möglich, das ‚Weglaufen‘ eines Soll-Prozesses frühzeitig zu erkennen und so die Produktion von Schlechtteilen oder einen Prozessstillstand zu vermeiden. ‚Predictive Quality‘ und ‚Predictive Availability‘ sind nicht mehr nur Vision, sondern werden nutzbare Realität. Kein Wunder also, so berichten Experten, dass drei von vier Maschinenbauer mit smarten Komponenten und Services im Markt ihre Wettbewerbsposition verbessern wollen und viele von ihnen signifikante Umsatzsteigerungen erwarten.

Smarte Produkte wie die Getriebe mit Cynapse-Funktionalität von Wittenstein alpha sind moderne Feldkomponenten innerhalb von Maschinen, Anlagen und Produktionssystemen.
Smarte Produkte wie die Getriebe mit Cynapse-Funktionalität von Wittenstein alpha sind moderne Feldkomponenten innerhalb von Maschinen, Anlagen und Produktionssystemen.Bild: Wittenstein SE

Smartes Wissen aneignen

Die fortschreitende Digitalisierung erfordert es, dass sich die Hersteller verstärkt mit neuen, für sie oftmals eher ungewohnten Themenfeldern zu beschäftigen haben. Gleichzeitig ist zu vermuten, dass sie das erforderliche spezifische Wissen um smarte Komponenten, Systeme und Services nur in Teilbereichen eigenständig aufbauen, aktualisieren und weiterentwickeln können. Das im Zusammenschluss verschiedener Fachverbände geschaffene Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (Rami 4.0) stellt in diesem Zusammenhang z.B. einen Ordnungsrahmen für die interdisziplinäre und herstellerübergreifende Integration von Industrie 4.0-Komponenten und digitalen Services in das IIoT und eine Industrie 4.0 dar. Es schafft die Basis für eine weltweit eindeutige Kennzeichnung von I4.0-Komponenten.

Als Digital Twin eingebettet

Smarte Produkte wie die Getriebe mit Cynapse-Funktionalität von Wittenstein alpha sind moderne Feldkomponenten innerhalb von Maschinen, Anlagen und Produktionssystemen. Integriert in die Kommunikationsinfrastruktur sind sie zur Datenerfassung und -verarbeitung mit anderen Geräten, Sensoren und Aktuatoren vernetzt. Physikalisch kann ihre Einbindung über speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Industrie-PCs oder spezielle IoT-Gateways für das Edge Computing erfolgen. Abhängig von der Komplexität ihrer logischen Funktionen lassen sich smarte Geräte und damit deren digitale Services auch in der Cloud-Ebene ausführen – eingebettet als digitaler Zwilling in ein IIoT-Ökosystem.

Mit der Anbindung der smarten Komponenten stellt sich zugleich die Frage der vertikalen Kommunikation in die Informationswelt. OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) hat sich hierfür als der Standard für einen plattformunabhängigen und interoperablen sowie funktions- und zukunftssicheren Informationsaustausch herausgebildet.

Individuelle Integration

Für die Integration smarter Getriebe und Services in Maschinen und Anlagen existieren somit sowohl maßgebliche Ordnungsrahmen als auch standardisierte Technologien. Bei der Integration über eine SPS kann das Cynapse-Getriebe dank integriertem IO-Link-Interface über einen IO-Link-Master, der seinerseits per Feldbus mit der Steuerung kommuniziert, eingebunden werden. Eine Datenverarbeitung findet dabei ausschließlich auf dem Getriebe selbst und in der SPS statt. Im Automatisierungssystem lassen sich über Bausteine oder direkt im Code die zyklisch übertragenen Sensordaten auswerten. Zusätzlich ist es möglich, durch azyklische Abfragen auch gezielt auf Parameter und die Historie des smarten Getriebes zuzugreifen.

Die bevorzugte Variante der Integration besteht über den IO-Link-Master selbst. Diese Module sind immer häufiger zumindest optional mit OPC UA als IIoT-Schnittstelle verfügbar. Damit können smarte Getriebe unabhängig von der SPS integriert werden. Die Daten lassen sich direkt auf dem Gateway auswerten; es ist aber auch möglich, sie ohne Umweg durch ein übergeordnetes System auszulesen und in einer Cloud-Applikation zu nutzen. Ebenso können auch die smarten Services entweder auf dem Gateway ausgeführt oder in eine IIoT-Plattform – beispielsweise das Condition Monitoring Dashboard ‚cynapse Monitor‘ – integriert werden. Die Möglichkeit, smarte Services Dritter mit wenig Aufwand integrieren zu können, spricht ebenfalls für das Gateway-Konzept mit einem OPC UA-fähigen IO-Link-Master. Die zukünftige Ausbaustufe dürfte die Einbindung eines smarten Antriebes als digitaler Zwilling in einem IIoT-Ökosystem darstellen.

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