Antrieb 4.0

Damit Antriebe eine Sprache sprechen

| Redakteur: Ute Drescher

Die Digitalisierung des Antriebs lässt sich nur unternehmens- und branchenübergreifend bewerkstelligen.
Die Digitalisierung des Antriebs lässt sich nur unternehmens- und branchenübergreifend bewerkstelligen. (Bild: ©Fokussiert - stock.adobe.com)

Damit auch Antriebe Industrie-4.0-fähig werden, müssen sie digital abgebildet werden. Daran arbeiten Hersteller im Rahmen eines ZVEI-Arbeitskreises gemeinsam.

Der ZVEI-Arbeitskreis ist breit aufgestellt. Neben verschiedenen Herstellern von Antriebstechnik nehmen auch Vertreter aus dem Maschinenbau und den Bereichen Klassifizierung/Normung sowie der universitären Forschung teil. Die Digitalisierung der Produktion – und damit des Antriebs – lässt sich nur unternehmens- und branchenübergreifend bewerkstelligen.

Denn Antriebe 4.0 müssen einige Anforderungen erfüllen. Im Zuge der digitalen Transformation durchläuft der Antrieb ganz unterschiedliche Stationen im Wertschöpfungsprozess und über seinen Lebenszyklus hinweg: Von der Planung und Herstellung über die Integration in Maschinen bis hin zur Inbetriebnahme und schließlich der Nutzung im Produktionsprozess. Hierbei spielt die einheitliche, herstellerunabhängige Bereitstellung der Daten eine zentrale Rolle. Um dies zu erreichen, werden Konzepte für Semantiken und Klassifizierungen benötigt, die mit einheitlichen Merkmalen, Daten und Funktionen einhergehen.

Zur Schaffung einer einheitlichen Datenstruktur mit Indus­trie-4.0-Semantik wurde das auf internationalen Standards aufbauende Klassifizierungssystem E-Cl@ss ausgewählt, in dem viele Merkmale verschiedener Bereiche der Antriebstechnik bereits definiert sind. Die dadurch entstehenden standardisierten Daten sind dann auch die Basis für den Aufbau von Informationsmodellen wie zum Beispiel für OPC-UA. Wie so oft im Leben steckt der Teufel dabei im Detail. Eine einheitliche herstellerübergreifende Semantik und Definition von Funktionen ist ein Projekt, das viele Ressourcen – vor allem Zeit – benötigt.

Gelingt es, bringt es großen Nutzen für Konstrukteure und Entwickler im Maschinen- und Anlagenbau. Dieser Nutzen lässt sich am besten in Use Cases verdeutlichen. Aufbauend auf den gemeinsamen Merkmalen und Daten wird es herstellerübergreifende Industrie-4.0-Funktionen geben. Unter Industrie-4.0-Funktion lässt sich beispielsweise eine standardisierte Schnittstelle verstehen zum Auslesen des Fehlerspeichers, ein Auto-Tuning zur unkomplizierten Inbetriebnahme, eine Oszilloskop-Funktion zum Aufzeichnen von Signalen in Echtzeit oder ein Energiemanagement zum Abruf der relevanten Verbrauchsdaten.

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Datenstruktur vereinheitlichen

In einem kontinuierlichen Prozess werden in kleinen Schritten nach und nach die Ergebnisse realisiert. Am weitesten sind die Arbeiten an einer einheitlichen Datenstruktur mit Indus­trie-4.0-Semantik und der Veröffentlichung in dem internationalen Klassifizierungssystem E-Cl@ss. Erste Daten und Funktionen liegen vor, so dass der ZVEI-Arbeitskreis die Ergebnisse gemeinsam mit neun Herstellern in einem Demonstrator in die Praxis bringt – unter dem Motto: Vision Antrieb 4.0 wird Realität.

Dazu werden die standardisierten E-Cl@ss-Daten in einem OPC-UA-Informationsmodell verwendet und zwei erste Funktionen – Auslesen des Leistungsschilds sowie das Oszilloskop – realisiert. Die Hersteller stellen ihre Antriebssysteme und Softwarekompetenz zur Verfügung, um einen Demonstrator in Hard- und Software umzusetzen. Das Ganze erfolgt in enger Abstimmung mit anderen ZVEI-Arbeitskreisen, aber beispielsweise auch mit dem VDMA-Arbeitskreis Industrie 4.0/OPC UA Drive Technology und der Plattform Industrie 4.0 AG1.

Das Kernstück des Demonstrators aus softwaretechnischer Sicht sind Verwaltungsschalen, die auf der vorhandenen Hardware und Software der bereitgestellten Antriebssysteme aufbauen und typische Industrie-4.0-Funktionen wie ein elektronisches Typenschild sowie das Industrie-4.0-Oszil­loskop anbieten. Die entsprechenden Datenstrukturen und Software-Schnittstellen werden von den beteiligten Unternehmen im Arbeitskreis in verschiedenen Ausbaustufen untereinander abgestimmt. Mit der Verwendung des Standards OPC UA wird eine weitgehend Plattform-unabhängige Implementierung der Verwaltungsschalen ermöglicht. OPC UA unterstützt den Austausch von Daten verschiedener Geräte sowie deren Aufbereitung und Aggregation auf den übergeordneten Ebenen der Produktionssteuerung (MES, ERP, usw.) – und das unabhängig von den zur Verfügung stehenden Kommunikationsprotokollen (TCP, HTTP, SOAP). Dabei kommen sowohl Konzepte der ereignisgesteuerten als auch der prozeduralen Programmierung zum Einsatz.

Mit dem Industrie-4.0-Antriebstechnik-Demonstrator wollen die Projektbeteiligten noch im Jahr 2019 die ersten Ergebnisse präsentieren.

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