Dieses Umsetzungsprojekt ist Bestandteil unseres Verbundprojektes Cloudanwendungen für die Fertigung im Rahmen des Swedish-German Testbed for Smart Production bei welchem Industrie 4.0 Technologien länderübergreifend vernetzt werden.

Motivation:

Produktionsprozesse von Rohteil bis zum fertigen Produkt erstrecken sich heutzutage oftmals über viele Fertigungsstandorte  hinweg. Insbesondere Prozesse der mechanischen Fertigung finden an vielen unterschiedlichen Standorten – teilweise über Landesgrenzen hinweg – statt. Zur Sicherstellung der Qualität und Rückverfolgbarkeit von Produkten und Prozessen sind vielerlei Schnittstellen notwendig. Ebenso ist die Übertragung von hochfrequenten Daten zwischen den Standorten eine Herausforderung bei der Überwachung von Prozessen und Fehlersuche. Im Falle von Schwankungen der Qualität, der Prozessoptimierung oder Einfahrprozessen von Maschinen sind zumeist nur wenige Prozessverantwortliche verfügbar, welche teilweise lange und kostenintensive Reisewege zurücklegen müssen.

Entsprechende Assistenzsysteme zur Echtzeit-Überwachung von Maschinen- und Prozessdaten können an dieser Stelle einen Mehrwert leisten, um die Aufwände für Prozessverantwortliche zu reduzieren. Voraussetzung dafür ist es, den Datenaustausch zwischen Fertigungsstandorten anforderungsgerecht auszulegen und performant zu gestalten.

Zielstellung:

Die fortschreitende Digitalisierung und Entwicklungen im Bereich der Industrie 4.0 ermöglichen es, dass Prozessverantwortliche mittels digitaler Hilfsmittel den Fertigungsprozess remote betrachten können. Schnittstelle hierfür kann ein sogenanntes Fertigungscockpit darstellen, das relevante Prozessinformationen konsolidiert auswertbar macht. Für kleine und mittlere Unternehmen kann durch die Umsetzung des Fertigungscockpits die Eintrittsbarriere in datengetriebene Dienste verringert werden, wodurch weitere Unternehmen für die Nutzung von Cloud-Lösungen gewonnen werden können.

Vorgehen:

Zur Umsetzung wurde im Rahmen einer Versuchsapplikation bei einem schwedischen Partner eine 5-Achsfräsmaschine an eine Cloud-Plattform angebunden und Live-Daten während der Fertigung übertragen. Ein entsprechendes Fertigungscockpit wurde derart weiterqualifiziert, dass der Fertigungsprozess und die relevanten Fertigungsdaten konsolidiert am Standort Aachen visualisiert und damit für den Prozessexperten analysierbar gemacht werden können. Dieses simuliert den Fall eines standortübergreifenden Fertigungsprozesses, den der Prozessverantwortliche remote überwachen kann. Als Cloud-Umgebung wurde das Fraunhofer Virtual Fort Knox gewählt. In diesem wurde ein Cloudservice initialisiert, der in der Lage ist, Datenströme zu empfangen und abonnierenden Clienten geeignet bereitzustellen. Die entwickelte Software-Architektur basiert auf einem Publisher-Subscriber-Modell in welchem kontinuierliche Datenpakete über eine sichere VPN-Verbindung von der Maschine direkt an die Cloud-Plattform weitergeleitet werden.  Innerhalb des Fertigungscockpits wurden anschließend für die mechanische Fertigung relevante Kenngrößen wie Beschleunigungswerte, Vorschub oder akustische Signale zusammengefasst und visualisiert. Neben der reinen Visualisierung ermöglicht das Cockpit auch verschiedene Auswertungen zur Signalbereinigung oder Kombination verschiedener Eingangs- und Ausgangsgrößen in der Darstellung.

Nach erfolgreicher Anbindung der Maschine der schwedischen Partner wurde die Funktion des Cockpits anhand eines gefertigten Demo-Bauteils validiert. Dazu wurde die Fertigung eines Referenzbauteils am entfernten Standort live am Standort Aachen beobachtet und die Werteverläufe verfolgt. Zudem wurde dieses Referenzbauteil zusätzlich am Standort Aachen gefertigt und die Prozessdaten mit denen des schwedischen Bauteils abgeglichen.

Konsortialpartner

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTLogo Fraunhofer IPT

Ansprechpartner

Alexander Ibach, M. Sc.
+49 241 8904-396
alexander.ibach@ipt.fraunhofer.de

 

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