Intelligente Pneumatik: 3 wichtige Schritte zur nachhaltigen Produktion.

Industrie 4.0, Zustandsüberwachung und vorausschauende Wartung sind heutzutage der Trend im industriellen Sektor. Wenn ich Sie danach frage, was stellen Sie sich vor? Die Antwort auf diese Frage liegt wahrscheinlich zwischen cyber-physischen Systemen und Augmented Reality, die die reale Welt der Produktion mit der virtuellen Welt der Informations- und Kommunikationstechnologie verbindet.

Was, wenn ich nach Industrie 4.0 in der Anwendung auf pneumatische Systeme frage? Die Antwort wird wahrscheinlich den Einsatz von fortschrittlichen Technologien und Sensoren für so einfache und kostengünstige Komponenten in Frage stellen.

Für die meisten Hersteller können die Kosten für einen zusätzlichen Sensor in einem pneumatischen System die Gesamtkosten der Maschine drastisch erhöhen. Aber welche Vorteile bietet er im Gegenzug?

Pneumatische Systeme zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine weit verbreitete, zuverlässige Technologie mit geringen Investitionskosten sind.

Die hohe Lebensdauer von Druckluftsystemen verbirgt oft zunehmende Leckagen und Druckabfälle und verhindert eine mögliche vorbeugende Wartung. Dies führt nicht nur zu einer höheren Energierechnung und einer höheren Klimabelastung, sondern wirkt sich auch direkt auf die Arbeits- und Sicherheitsbedingungen aus (Achtung: Hochdruckanwendungen und Lärmpegel). Alles in allem ist die Implementierung von smarten Technologien im Sinne von Industrie 4.0 nicht nur ein trendiger Schritt in Richtung Digitalisierung, sondern eine notwendige Maßnahme. Unternehmen, die Industrie 4.0-Technologien implementiert haben, erzielen unter den Aspekten Wert-Risiko-Kosten folgende Ergebnisse:

Höherer Wert:

• Sicherere und qualitativ hochwertigere Arbeitsumgebung
• Höhere Produktionskapazität
• Kohlenstoffärmere Produktlinie
• Verbesserte Produktqualität und -konsistenz.

Geringere Kosten:

• Geringere Energiekosten
• Geringere Wartungskosten
• Geringere Kosten für die Unfallversicherung

Geringere Risiken:

• Geringeres Verletzungsrisiko beim Betrieb von Maschinen
• Geringeres Risiko der Nichteinhaltung von Lärmschutzverordnungen
• Geringeres Klimarisiko
• Geringeres Risiko der Nichteinhaltung von Vorschriften/Normen (Lärmrichtlinien)

Wie beginnen wir einen reibungslosen digitalen Übergang mit der kürzesten Amortisationszeit der umgesetzten Maßnahmen?

Um mit der Implementierung von intelligenter Pneumatik zu beginnen, sind 3 Hauptschritte erforderlich:

Der erste Schrittist ein cyber-physisches System mit eingebetteten Sensoren und einfachen Kommunikationsprotokollen, die Signale über LED-Warnleuchten senden. Diese Arten von Alarmen werden in der Regel auf der Ebene von Komponenten oder einachsigen Systemen implementiert. Es ist wichtig, daran zu denken, dass eine visuelle Warnung bei der Fehlersuche von grundlegender Bedeutung ist. Selbst wenn das Fehlersignal per Software an übergeordnete Managementsysteme gesendet wird, spart die Fähigkeit der Wartungstechniker, sofort zu sehen, was passiert und wo es passiert, viel Zeit.

Abbildung 1: Architektur eines intelligenten Pneumatikkonzepts

Die zweite Stufeumfasst die Simulation, Modellierung und Virtualisierung der Druckluftsysteme und physikalischen Parameter. Diese Stufe der Diagnose umfasst auch eine Reihe von Algorithmen, die es der Software ermöglichen, den Betrieb eines Systems zu überprüfen.

Wir sollten nicht vergessen, dass die Analyse des Betriebs pneumatischer Komponenten normalerweise mit Endschaltern und Drucksensoren durchgeführt werden kann.

Die Informationen über zurückgelegte Strecken und Geschwindigkeitsänderungen können beispielsweise auf erhöhte Reibung, Leckagen oder Änderungen der aufgebrachten Lasten zurückzuführen sein.

Ein unerwarteter Geschwindigkeitsabfall kann zu einem Produktivitätsrückgang führen, während ein abrupter Anstieg den Bruch von Aktuatoren oder mechanischen Maschinenteilen verursachen kann.

Diese Informationen können für die vorausschauende Wartung der Anlage genutzt werden, z. B. zur Bestellung von Ersatzteilen oder zur besseren Planung der Wartungszeit, um die Ausfallzeiten der Maschine zu verringern. Diese Informationen können von jedem entfernten Gerät, z. B. einem Smartphone, durch einfaches Einlesen des QR-Codes für das betreffende System ausgelesen werden.

Der zweite Schritt kann sowohl auf Maschinenebene als auch für eine ganze Anlage implementiert werden und ermöglicht die Überwachung von Druckluftsystemen.

Ein integriertes Alarmsystem und Berichte für den Wartungsmanager geben umfassende Informationen über die wichtigsten KPIs des Systems und gewährleisten eine stressfreie Wartung.

Abbildung 2: Beispiel für einen digitalen Zwilling des pneumatischen Systems.

Der dritte Schrittder Überwachung umfasst die Sammlung großer Datenmengen und deren Analyse und Nutzung, entweder direkt in der Fabrikhalle oder durch Big-Data-Analyse und Cloud Computing. Die Daten können per Fernübertragung an ein zentrales Managementsystem oder über die Cloud mit Hilfe eines Gateways an die Bediener gesendet werden, die jederzeit sehen können, was vor sich geht, und Fernunterstützung leisten können.

Netzwerkkommunikation, einschließlich drahtloser und Internet-Technologien, die dazu dienen, Maschinen, Arbeitsprodukte, Systeme und Menschen sowohl innerhalb der Fertigungsanlage als auch mit Zulieferern und Händlern zu vernetzen, eröffnen neue Horizonte für neue Geschäftsmodelle auf dem Weg in eine nachhaltige Zukunft.