Maschinendaten auf mobilen Endgeräten Smart visualisiert

Informationssysteme zwischen Maschinensteuerung und Endgeräte.
Informationssysteme zwischen Maschinensteuerung und Endgeräte.

Maschinendaten auf mobile Endgeräte oder Datenbrillen zu bringen ist nur der erste Schritt. Mitarbeiter sollen auch gleich maschinennahe Anwendungen ausführen können. Dafür sind Informationssysteme mit direkter Kommunikation zwischen Maschinensteuerung und Endgerät notwendig.

Schon lange sind mobile Endgeräte oder auch „Smart Devices“ wie Smartphones, Tablets oder Smart Watches in unseren Alltag etabliert. Durch die fortschreitende Digitalisierung und Vernetzung im Bereich der Produktion werden solche intelligenten Geräte auch zunehmend in industriellen Umgebungen eingesetzt. 54 Prozent der Mitarbeiter im produzierenden Umfeld setzen nach derzeitigen Studien elektronische Geräte wie Scanner oder Smart Devices ein. Im Maschinen- und Fahrzeugbau ist dieser Anteil mit 63 Prozent noch höher [1]. Weitere Beispiele für den Einsatz von intelligenten Geräten finden sich im Dienstleistungssektor (z.B. Remote Maintenance), der Qualitätssicherung (z.B. Fehlerdokumentation) oder der Logistik (z.B. Unterstützung beim Kommissionieren) [2]. Hier sind es vor allem Datenbrillen (Smart Glasses), welche in einer Vielzahl von Anwendungsszenarien zur Unterstützung der Mitarbeiter eingesetzt werden.

Essentiell für den erfolgreichen Einsatz von intelligenten Geräten im industriellen Bereich ist die vollständige Integration in die jeweilige Systemlandschaft. Im Gegensatz zu einer „Stand-Alone-Lösung“ müssen Informationen also mit Planungssystemen wie Enterprise-Resource-Planning (ERP), Manufacturing Execution Systems (ME-Systeme) oder Computer-Aided-Quality (CAQ) ausgetauscht werden können, um Smart Devices als integrales Visualisierungstool in den unterschiedlichen Szenarien nutzen zu können. Für moderne maschinennahe Anwendungen, bei denen vor allem Echtzeitinformationen von der Maschine kurzfristig dem Maschinenbediener zur Verfügung gestellt werden, ist ein direkter Austausch zwischen den Maschinensteuerungen und den Smart Devices erforderlich. Informationen sind hier in vielen Fällen äußerst zeitkritisch und erfordern schnelle Handlungs- und Eingriffsmöglichkeiten – zum Beispiel bei plötzlich auftretenden Störungen oder einem Werkzeugwechsel.

Das Fraunhofer IPT hat zusammen mit dem Maschinen- und Steuerungshersteller Mitsubishi Electric ein echtzeitfähiges Werker-Informationssystem entwickelt, das einen direkten Austausch von Informationen zwischen Endgeräten (in erster Linie Smart Devices) und der Maschinensteuerung möglich macht. Durch sinnvolle Visualisierung der Informationen hilft das System hierbei dem Mitarbeiter bei seinen Aufgaben im Bereich der laufenden Produktion, dem Monitoring, im Training und Produktionsanlauf sowie bei Dienstleistungs- und Wartungsaktivitäten.

Direkte Kommunikation zwischen Endgerät und Maschine

Der Datenaustausch zwischen Smart Devices und Maschinensteuerungen kann direkt via Socket-Kommunikation erfolgen, dabei ist keine zusätzliche Recheneinheit notwendig. Zunächst wurde das System für auf Android basierende Smart Glasses und Tablets als Endgeräte entwickelt. Für den Austausch von Informationen mit den Steuerungssystemen von Mitsubishi Electric wurde das herstellerspezifische SLMP (Seamless Message Protocol) in eine Android/PLC (Programmable Logic Controller) Schnittstelle implementiert. Hierdurch wird die Kommunikation allgemein für Endgeräte mit einem Android-Betriebssystem ermöglicht. Ferner können auch andere Protokolle wie OPC UA im System zusätzlich implementiert werden.

Ein Kommunikationsprotokoll definiert letztlich die Regeln und die Syntax, wie Daten konkreter Ein- und Ausgänge ausgelesen oder gesetzt werden können (Read/Write- Funktionen). Durch stetigen Abruf von Ist-Daten aus der Steuerung werden so Echtzeitinformationen zum Auftrag und der Maschine ausgelesen und im Informationssystem bis zur Visualisierung weiterverarbeitet. Der Austausch erfolgt hierbei kabellos über WLAN. Das generelle Konzept zum Datenaustausch zwischen Steuerungssystemen und Smart Devices ist in Bild 1 illustriert.

Informationssystem für Echtzeit-Maschinendaten

Das Informationssystem bildet den Kern der entwickelten Lösung zur Werkerassistenz. Es unterstützt die Bereiche Training, Monitoring, Support/Dienstleistung sowie Wartung. Neben den Echtzeit-Maschinendaten stellt das Informationssystem zudem eine Bibliothek mit spezifischen Video-Bedienungsanleitungen und Dokumentationen, wie z.B. PDF-Handbücher, bereit. Der Funktionsumfang des Informationssystems ist in Bild 2 zusammengefasst.

Insbesondere im Bereich Training können dem Anwender bequem und ortsunabhängig Video-Bedienungsanleitungen, beispielsweise zur Erstellung und Ausführung von NC-Programmen oder dem Einrichten der Maschine, direkt auf dem Tablet oder der Datenbrille visualisiert werden. So erhält der Mitarbeiter die benötigte Information und ist nicht auf papierbasierte Anleitungen oder PC-Terminals angewiesen. Bei der Nutzung von Smart Glasses kann der Mitarbeiter die Bedienungsanleitungen parallel zu seiner Arbeit öffnen, da die eingesetzte Datenbrille (ODG R7) die Informationen über ein integriertes, semi-transparentes Display übermittelt. Im Unterschied zu den Virtual-Reality-Brillen werden so Inhalte lediglich in die reale Sicht eingeblendet, anstelle diese zu ersetzen.