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Getriebe Digitaler Service rund ums smarte Getriebe

Autor / Redakteur: Michael Herkert und Bernd Vojanec / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Wie man smarte Produkte und Services in die digitale Infrastruktur von Maschinen und Anlagen integriert, zeigt Wittenstein anhand der smarten Getriebe mit „cynapse“-Funktion.

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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)

Getriebe von Wittenstein alpha mit „cynapse“-Funktion – also mit integrierter Sensorik, Logik und IO-Link-Datenausgabe – erkennen das Betriebsverhalten von Antriebsachsen. Sie bieten also die notwendige Intelligenz und Konnektivität, um in digital vernetzte Umgebungen einer smarten Maschine oder Fabrik integriert werden zu können. Gleichzeitig bilden solche „sprechenden“ Getriebe die technologische Grundlage für neue, digitale Services. Dabei werden analysierte Getriebedaten als Informationen für optimierte Anlagen, Prozesse und Produkte bereitgestellt.

Digitaler Smart Service „Anomalie-Erkennung“

So ist es beispielsweise durch die Analyse von Vibrationsdaten möglich, das „Weglaufen“ eines Sollprozesses frühzeitig zu erkennen und so die Produktion von Schlechtteilen oder einen Prozessstillstand zu vermeiden. Der hierauf aufbauende, bei Wittenstein in der Entwicklung befindliche, digitale Smart Service „Anomalie-Erkennung“ wird anhand der Daten in der Lage sein, Fehler vor dem Entstehen zu bemerken. „Predictive Quality“ und „Predictive Availability“ sind nicht mehr nur Vision, sondern können Realität werden. In der Praxis stellt sich jedoch oft die Frage der praktischen und zukunftssicheren Integration solcher Industrie-4.0-Produkte und -Services – denn sie sollen zugleich sowohl an der vernetzten Kommunikationsinfrastruktur der Feldebene als auch in der Informationswelt von Steuerungs- und Unternehmensebenen „andocken“.

Die Einbindung der Getriebe mit „cynapse“-Funktion kann über SPS, Industrie-PC oder spezielle IoT-Gateways erfolgen.
Die Einbindung der Getriebe mit „cynapse“-Funktion kann über SPS, Industrie-PC oder spezielle IoT-Gateways erfolgen.
(Bild: Wittenstein)

Smarte Produkte wie die Getriebe mit „cynapse“-Funktion 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.

Smarte Komponenten anwendungsspezifisch einbinden

Physikalisch kann ihre Einbindung über speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), über Industrie-PCs (IPC) oder über spezielle IoT-Gateways für das Edge Computing erfolgen. Abhängig von der Komplexität ihrer logischen Funktionen können smarte Geräte und damit deren digitale Services auch in der Cloud-Ebene ausgeführt werden – eingebettet als digitaler Zwilling in ein IIoT-Ökosystem. Ausschlaggebend sind letztlich die benötigten Ressourcen zur Verarbeitung und Speicherung von Daten sowie die aufgrund von Latenz und Datenvolumen erforderliche Nähe zum Entstehungsort der Daten.

Datenaustausch vom kleinsten Feldgerät bis in die Cloud

Mit der Anbindung und Vernetzung der smarten Komponenten stellt sich zugleich die Frage der vertikalen Kommunikation in die Informationswelt. Es geht um den transparenten Austausch von Daten vom kleinsten Feldgerät bis in die Cloud – um spätestens dort aus den Daten aussagekräftige und handlungsrelevante Informationen zu machen. OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) hat sich hierfür als der Standard für einen plattformunabhängigen und interoperablen sowie funktions- und zukunftssicheren Informationsaustausch herausgebildet. OPC UA ermöglicht es dem Maschinenbauer unter anderem, IO-Link oder eine vorhandene Feldbusstruktur in standardisierter Weise in übergeordnete Systeme zu integrieren, um beispielsweise Maschinendaten zu transportieren.

Whitepaper

Smarte Antriebssysteme und digitale Services im Industrial Internet of Things

Mit dem Whitepaper „Smarte Antriebssysteme und digitale Services im Industrial Internet of Things“ geht Wittenstein auf verschiedene Integrationskonzepte im Maschinen- und Anlagenbau ein. Für Unternehmen, die durch den Einsatz von smarten Produkten und Services die eigenen Produktionssysteme digitalisieren möchten, soll es ein übergreifendes Verständnis rund um die Integration von smarten Produkten und Services schaffen.

Zum Whitepaper

Integration über eine SPS

Bei der Integration über eine SPS kann das smarte „cynapse“-Getriebe dank integrierter IO-Link-Interface über einen IO-Link-Master, der seinerseits per Feldbus mit der Steuerung kommuniziert, eingebunden werden. Eine Verarbeitung der Daten findet dabei ausschließlich auf dem Getriebe selbst und in der SPS statt. Im Automatisierungssystem können über Bausteine oder direkt im Code die zyklisch übertragenen Sensordaten ausgewertet werden. Zusätzlich ist es möglich, durch azyklische Abfragen auch gezielt auf Parameter und die Historie des smarten Getriebes zuzugreifen. Gleichzeitig erlaubt der OPC-UA-Server der SPS als zentraler Baustein eine Integration der smarten Komponenten in übergeordnete IIoT-Systeme.

Integration über IO-Link-Master

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 lassen sich smarte Getriebe unabhängig von der SPS integrieren. Die Daten können direkt auf dem Gateway ausgewertet werden – 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 und aktualisieren zu können, spricht ebenfalls für das Gateway-Konzept mit einem OPC-UA-fähigen IO-Link-Master.

Smarter Antrieb als digitaler Zwilling

Die zukünftige Ausbaustufe der Vernetzung dürfte die Einbindung und Abbildung eines smarten Antriebes als digitaler Zwilling in einem IIoT-Ökosystem darstellen. Durch den hohen Vernetzungsgrad kann ein smarter digitaler Service dann Daten aus der realen Komponente, der Steuerung und dem virtuellen Getriebeabbild des Getriebes beziehen.

Buchtipp

Das Buch Praxishandbuch Antriebsauslegung hilft bei der Auswahl der wesentlichen Bestandteile elektrischer Antriebssysteme: Motor, Getriebe, Stellgerät, Netzversorgung sowie deren Zusatzkomponenten. Auch auf die Berechnung wird intensiv eingegangen.

* Michael Herkert ist im Produktmanagement bei der WITTENSTEIN alpha GmbH tätig, Bernd Vojanec arbeitet im Digitalization Center der WITTENSTEIN SE.

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