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Lenze: Flexibilität mit Plug & Produce

Lenze: Der nächste Schritt zur Smart Factory
Plug & Produce: Flexibilität für die Fertigung

OPC UA
Lenze zeigt erstmalig die reale und vollfunktionsfähige Implementierung eines Plug & Produce-Konzepts. Jedes Modul stellt sich als Skill dar und kommuniziert innerhalb der Produktionslinie über OPC UA. Die Module werden einfach zusammengesteckt, konfigurieren sich und los geht es mit der Produktion. Bild: Lenze
Häufige Konfigurationswechsel der Fertigungslinie sind Gift für die Wirtschaftlichkeit. Aufwändige, fehleranfällige Anpassungen der Steuerung bedingen lange Stillstände. Industrie-4.0-Konzepte können die Zeit für die Umrüstung einer Produktion entscheidend reduzieren, zeigt Lenzes Plug & Produce-Showcase.

Für viele Maschinenbauer und Anlagenbetreiber ist Industrie 4.0 noch nicht in der Realität angekommen. „Konkreter Nutzen oder messbare Effizienzfortschritte scheinen nur vage Versprechungen einer mehr oder minder weit entfernten Zukunft zu sein. Doch diese Zukunft kommt schnell näher“, sagt Patrick Bruder, Global Business Development Manager Automation beim Spezialisten für die Maschinenautomatisierung Lenze.

Ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einer realen Industrie 4.0 ist die Nutzung der Verwaltungsschale, einer zentralen RAMI-4.0-Komponente. „Sie trägt wesentlich dazu bei, die digitale Dividende einer modernen Produktion zu heben“, so Bruder. Wie das in der Realität aussehen kann, zeigt Lenze, mit seiner Anwendung Plug & Produce. Sie führt die verschiedenen Elemente von Industrie 4.0 zusammen und ermöglicht es, Kosteneffizienz mit extremer Flexibilität in der Fertigung zu vereinen.

Showcase in Hannover

Auf der Hannover Messe 2019 präsentiert Lenze einen Showcase, der die Verpackung verschiedener Consumerprodukte simuliert, beispielsweise Waschmittel und Cremes, die unterschiedliche Module in einer Fertigungslinie benötigen. Bruder: „Die Umrüstung der Produktionslinie erfolgt nach dem Motto Plug & Produce – einstecken und loslegen.“ Im Kern gehe es dabei darum, wie eine Produktionsstraße in Zukunft einfach und ohne großen Zeitverlust an wechselnde Anforderungen flexibel angepasst werden kann. „Aber auch bei der Erstintegration neuer Anlagenteile in eine bestehende Produktionsinfrastruktur bietet Plug & Produce Zeit- und Kostenvorteile.“

Die Grundüberlegung basiert darauf, dass sich eine Produktionslinie aus verschiedenen Fähigkeiten (Skills) zusammensetzt, die jeweils spezifische Produktionsschritte zur Verfügung stellen. Diese Skills lassen sich flexibel miteinander verbinden. Im Showcase finden sich beispielsweise Infeed, Pick&Place, Packaging, Paletizer und Outfeed als einzelne Maschinenmodule, die unterschiedliche Skills zur Verfügung stellen. „Unterschiedliche Produkte benötigen unterschiedliche Skills für den Verpackungsprozess“, verdeutlicht Bruder.

Konfiguration auf Rezept

Werden die entsprechenden Maschinenmodule der Fertigungslinie ausgetauscht, muss die Steuerung bisher neu programmiert werden. Im Fall von Plug & Produce geht es deutlich einfacher und schneller. In einer Moderationsphase wird die Linie neu konfiguriert, beispielsweise über das Hochladen von Rezepten, die die benötigten Fähigkeiten und die Produktionskette beschreiben, so dass sich die passenden Maschinenmodule selbstständig als neue Produktionslinie konfigurieren.

Die Maschinenmodule selbst steuern die nötigen Informationen bei, beispielsweise in welcher Höhe sich Übergabepunkte (wie etwa ein Förderband) befinden, in welcher Position Werkstücke angeliefert werden sollen oder wie sie ausgegeben und mit welcher Geschwindigkeit sie verarbeitet werden können. „Hat der Plausibilitäts-Check ergeben, dass alle benötigten Skills vorhanden sind, am richtigen Platz und mit den passenden physikalischen Schnittstellen, dann kann die Produktionsphase gestartet werden“, so Bruder.

Dieses Konzept verzichtet somit auf eine übergeordnete Steuerung, da die Intelligenz in die einzelnen Maschinemodule gewandert ist und die Module automatisiert kommunizieren und sich selbstständig aufeinander abstimmen. Ebenso ist es womöglich langfristig nicht mehr nötig, Produktionsstraßen physikalisch umzukonfigurieren. Denkbar sind parallel existierende Abschnitte in den Fertigungslinien, die je nach Werkstück per Roboter oder AGV (Autonomous Guided Vehicle) beschickt werden.

Digitale Beschreibung der Module

Dieses Konzept einer Plug & Produce-fähigen Smart Factory beruht in erster Linie auf der Verwaltungsschale (Administration Shell), die als Teil des Referenzarchitekturmodells Industrie 4.0 (RAMI 4.0) im April 2018 verabschiedet wurde. „Verwaltungsschalen kann es sowohl für die einzelnen Komponenten, für Module oder die ganze Maschine geben“, sagt Bruder. „Die darin enthaltenen Daten beschreiben umfänglich ein Asset, also ein Gerät oder eine Maschine, mit all seinen Aspekten, seien es mechanische, elektrische oder softwaretechnische Bausteine sowie eben auch dessen Fähigkeiten, also Skills: handelt es sich um einen Antrieb, eine Netzwerkkomponente, ein Verpackungsmodul oder eine Schweißanlage.“ Diese Daten bilden die Grundlage zur Erstellung eines digitalen Zwillings, der Programmierung und Simulation lange vor der physischen Realisierung einer Maschine ermöglicht.

„Das Geheimnis liegt in der Kommunikation“, ergänzt Bruder: „Offene, herstellerübergreifende Standards ermöglichen es den beteiligten Modulen und der SPS, automatisiert untereinander Daten der Administration Shell auszutauschen, bis hin zur vollständigen Interaktion im Zuge des Produktionsauftrages.“

Dazu braucht es ein einheitliches Daten- und Informationsmodell sowie eine standardisierte Semantik, damit die Daten auch richtig interpretiert werden können. Ein Teil der Administration Shell wird durch sogenannte OPC UA Companion Specifications abgebildet. So dient die Companion Specification PackML von OPC UA als Grundlage für Lenzes eigenen Showcase.

Standardisierung nutzt dem OEM

Die Themen Kommunikation und Schnittstellen betreffen jedoch nicht nur den Anlagenbetreiber und nicht nur die Rekonfiguration einer Produktionslinie. „Auch wenn ein Maschinenbauer eine bestehende Produktionsinfrastruktur ergänzt oder erneuert, entfallen bis zu 30 Prozent der Kosten auf die Integration“, betont Bruder. Die Anpassung der Connectivity an bestehende Systeme und die Validierung der benötigten Schnittstellen verursachen einen großen Entwicklungsaufwand und kosten viel Zeit. „Dem Endkunden ist natürlich daran gelegen, dass ein Umbau schnell vonstattengeht und die Anlage schnell wieder produktiv geschaltet werden kann. Dementsprechend hoch ist das Interesse der OEMs an einem Konzept, das hier drastische Verbesserungen verspricht.“

Deshalb gelte es bereits jetzt, die richtigen Weichen zu stellen, so Bruder: „Anlagen und Maschinen müssen modularisiert werden und eine standardisierte Kommunikationsinfrastruktur bekommen. Der flächendeckende Einsatz von OPC UA steht dabei für Lenze an erster Stelle.“ Darüber hinaus muss jedes relevante Asset mit einer Verwaltungsschale ausgestattet sein, die Skills und andere Meta-Informationen vorhält.

Für den Maschinen-OEM bedeutet dies zunächst einen initialen Mehraufwand. Im Gespräch mit Kunden und Partnern zeigt Lenze jedoch auf, dass diese Investition in die Zukunft nachweislich Früchte trägt. „Der OEM spart bei jeder neuen Maschine Entwicklungskosten, bei der Implementierung in die Anlage des Kunden sind geringere Stillstandszeiten und damit weniger Produktionsausfälle zu verzeichnen – eine Win-win-Situation für beide Seiten.“

Der richtige Weg in die Zukunft

Einer konsequenten Modularisierung und dem durchgängigen Einsatz von OPC UA steht schon heute nichts entgegen. Darüber hinaus sind jedoch noch einige Hausaufgaben zu erledigen, damit das Konzept nicht nur im Lenze-eigenen Showcase, sondern auch ins Feld getragen werden kann:

„Die wichtigste Grundlage ist, dass Endanwender, OEM und Automatisierungshersteller gemeinsam die Standardisierung und Definition der Administration Shell vorantreiben“, fordert Bruder. In zahlreichen Gremien setze sich Lenze aktiv dafür ein, hier nur herstellerneutrale, offene Lösungen zu etablieren. „Ist dieser Schritt geschafft, müssen die Entwicklerwerkzeuge so weiterentwickelt werden, dass die Daten, die sich über die verschiedenen Lifecycle-Stadien in der Verwaltungsschale von Komponenten und Maschinen anreichern, interpretieren und nutzen können.“ Anhand der eigenen Tools kann Lenze bereits demonstrieren, wohin dieser Weg führen wird.

Kurzum: Mit seiner umfangreichen Expertise aus Gremienarbeit, Branchen-Knowhow und zahlreichen Entwicklungsinitiativen zu Industrie 4.0 und digitaler Transformation bietet Lenze eine gute Orientierung auf dem Weg in die Zukunft. Für OEMs, die sich schon heute auf diese Entwicklung einstellen wollen, ist Lenze der richtige Partner, um diesen Weg gemeinsam zu gehen.

Lenze SE

www.lenze.com; Hannover Messe Halle 14, Stand H22


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