Wegbereiter in die Industrie 4.0 für KMU
In kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) fanden Industrie 4.0 sowie digitale Tools bislang noch relativ wenig Anwendung. Die Gründe sind vielfältig und reichen von fehlenden Personalkapazitäten bzw. fehlendem Know-how der Mitarbeiter zur Umsetzung und Implementierung bis hin Skepsis gegenüber dem Mehrwert digitaler Lösungen. Daher sollten im Projekt WIN4KMU praxistaugliche Lösungen entwickelt werden, die vor allem KMU einfach und kostengünstig an Industrie 4.0 heranführen, um so ihre Position am Markt und Wettbewerbsfähigkeit zu stärken bzw. zu bewahren.
Die Digitalisierung und die entstehende Plattform-Ökonomie eröffnen der Industrie neue Möglichkeiten zur Entwicklung innovativer Produkte, Services und Geschäftsmodelle. Ein Wegbereiter dieser Transformation ist die lückenlose Digitalisierung der Produktion entlang der Wertschöpfungskette. Grundsätzlich gilt es dazu, Maschinen und Anlagen standort- und unternehmensübergreifend so miteinander zu verbinden, dass sich industrielle Prozesse durchgängig automatisieren und die gewonnen Daten wertbringend nutzen lassen. Während sich bereits ein wichtiger Bestandteil dieser „Ökonomie“ in Form von cloud-basierten Industrial-Internet-of-Things-Plattformen (IIoT-Plattformen) gebildet hat, schreiten die Datenintegration und deren unmittelbare Nutzung in der Produktion nur langsam voran.
Daher ging es im Projekt WIN4KMU sowohl um eine standardisierte und universelle Cloudanbindung von KMU an IIoT-Plattformen via 5G, Entwicklung flexibler Standards zur herstellungsübergreifenden Datenextraktion aus Maschinen sowie um die aufwandsarme Datenextraktion aus Maschinen und deren Übermittlung an eine Cloud.
© IKVFür eine standardisierte und universelle Cloudanbindung wurden zunächst die gängigsten Netzprotokolle evaluiert. Darauf aufbauend wurde mit der Entwicklung einer geeigneten Infrastruktur zur Übermittlung der Daten von der Maschine in die Cloud begonnen, wobei die Übermittlung via 5G-Mobilfunknetz erprobt wurde. Auf diese Weise wurde der Datenfluss bei schlechter Netzinfrastruktur über Zwischenspeicherung auf der Ebene des Connectors bzw. des Edge-Devices berücksichtigt. So konnten die Daten auch bei einem Verbindungsabbruch vorgehalten und nach dem Neuaufbau der Verbindung konsistent übertragen werden, sodass eine sichere und stabile Datenübertragung in die Cloud ermöglicht wird.
Anschließend lag der Projektfokus auf der Entwicklung von Standards und Möglichkeiten zu herstellerübergreifenden Datenextraktion, den sogenannten Integration Service Devices. Dazu wurde neben Identifizierung von relevanten Messgrößen und deren Messpräzision ein Demonstrationssensorsystem entwickelt. Mithilfe dieses Sensorsystems ist eine aufwandsarme Datenextraktion aus der Maschine möglich. Durch Implementierung des Systems in die Umgebung des Plastic Innovation Centers 4.0 konnten das System getestet werden.
Die Testung lieferte wesentliche Erkenntnisse und identifizierte Herausforderungen für eine Umsetzung in der KMU-geprägten Kunststoffindustrie: So erfolgt die initiale Implementierung sowie Konfiguration an der Anlage inkl. dem notwendigen Mapping der verfügbaren Datenpunkte für standardisierten Größen meist manuell. Eine weitere Herausforderung ist das Mapping der Maschinengrößen zu den standardisierten Service-Größen. Dies kann entweder über Erstellung von Maschinentemplates behoben werden oder es wird auf standardisierte Maschinenschnittstellen wie in der Kunststoffverarbeitung die EUROMAP77 oder Verwaltungsschalen (Asset Administration Shells) zurückgegriffen.
Um einen niedrigschwelligen Zugang der entwickelten Lösung zu ermöglichen, wurde ein Konzept für ein Minimal Viable Product basierend auf der Containerisierungslösung Docker entwickelt. Dies ermöglicht eine Implementierung beziehungsweise Depolyment in vier, modular verwendbaren Services vor, die sich zentral konfigurieren lassen. Somit können bedarfsgerecht folgende Szenarien instanziiert werden:
- Eine Datenerfassung ist bereits vorhanden: lediglich Back- und Frontend
- Noch kein vorhandenes System: alle vier Services (Datenbank, Connector, Back- und Frontend)
- Es existiert eine zentrale SQL-Datenbank: nur Connector, Back- und Frontend
Förderung und Projektdaten
Projekttitel: Wegbereiter in die Industrie 4.0 für kleine und mittlere Unternehmen
Kurztitel: WIN4KMU
Projektlaufzeit: 07/2021 – 09/2024
Projektpartner: SHS plus GmbH (SHS), Teleport Köln GmbH (Teleport), Lehrstuhl für Produktionssysteme (LPS) an der Ruhr-Universität Bochum
Projektförderung durch: Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen im Rahmen des Spitzenclusters für industrielle Innovationen (SPIN), Förderkennzeichen EFO 0015A-E