Systemlösung für die Digitalisierung
IoT‑Lösung einfach in Betrieb nehmen und Prozesse optimieren!
Wie lassen sich Produktionsprozesse gezielt optimieren, ohne hohen Aufwand zu betreiben? Perinet und Zentinel MDS zeigen, wie eine skalierbare Digitalisierung einfach und effizient gelingt – flexibel integrierbar und auf Basis von Single Pair Ethernet.
Welche einfachen Möglichkeiten es gibt, Prozesse effizienter zu machen, zeigen die Applikationsbeispiele von Perinet und Zentinel MDS. In diesem Fall geht es um einen Schokoladenhersteller, der eine digitale OEE-Überwachung (OEE = Overall Equipment Effectiveness) einsetzt, um die Verpackungslinien zu optimieren. Eine IoT-Lösung erfasst dabei die Maschinendaten in Echtzeit und ermöglicht damit eine gezielte Analyse sowie datengestützte Optimierungen.
OEE steht für „Overall Equipment Effectiveness“, auf Deutsch „Gesamtanlageneffektivität“. Die Kennzahl gibt an, wie erfolgreich die Produktionsanlagen arbeiten. Der OEE-Wert ist das Produkt aus Verfügbarkeit, Leistung und Qualität in Prozent.
- Die Verfügbarkeit misst, wie oft und wie lange eine Maschine tatsächlich für die Produktion genutzt werden kann.
- Die Leistung bewertet, ob die Maschine ihre optimale Arbeitsgeschwindigkeit erreicht und aufrechterhält.
- Die Qualität gibt an, wie viele der produzierten Teile fehlerfrei sind.
Ein Wert von 100 Prozent bedeutet, dass eine Anlage ohne Unterbrechung, mit maximaler Geschwindigkeit und fehlerfrei produziert.
Transparenz im Verpackungsprozess
In Supermärkten und Discountern beginnt das Weihnachtsgeschäft kurz nach den Sommerferien. Erste Süßigkeiten und Schokoladen landen im Angebot und für die Schokoladenhersteller ist die Vorproduktion im zweiten Halbjahr ein Fixpunkt. Es ist gleichzeitig auch eine herausfordernde Phase für die Verpackungslinien; schließlich müssen viele Maschinen auf andere Schachteln oder Papierhüllen umgerüstet werden.
Größere Ausfälle führen hier leicht zu Umsatzverlusten. Vor allem aufwändige manuelle Reparaturen können die Fertigung einige Tage stoppen. Doch auch kleinere Probleme senken die Ausbeute. So können Schwierigkeiten mit der Technik, aber auch Schwachstellen in Prozessen oder zu langwierige Umrüstungen das Verpackungsvolumen deutlich senken. Das lässt sich verhindern, wenn die Betreiber der Maschinen genaue Angaben über die OEE (Gesamtanlagen-Effektivität) haben – in Echtzeit, um rasch eingreifen zu können.
Zu dieser Erkenntnis kam auch ein bekannter Schokoladenhersteller. Er sorgte sich um die Transparenz im Verpackungsprozess. Denn er wusste nur sehr grob, wie viel der Produktionszeit tatsächlich in die Verpackung verkaufsfähiger Schokolade fließt. Gerade wenn unterschiedliche Abnehmer verschiedene Produktvarianten bestellen und somit wechselnde Verpackungsmaterialien im Einsatz sind, muss das Unternehmen die Effizienz im Auge behalten.
Die Kennzahl OEE hat deshalb eine besondere Bedeutung. Der Hersteller beschloss, eine aktive Überwachung und gezielte Analyse aller OEE-Daten einzuführen, mithilfe einer integrierten IoT-Lösung. Sie ermittelt präzise Maschinendaten und sorgt damit für fundierte Entscheidungen. Technologie-Experte und Entwickler der technischen Basis dieser Lösung ist das Unternehmen Perinet.
Ebenfalls mit von der Partie ist der IoT-Experte Zentinel MDS, der auf Basis von Perinets Komponenten für den Hersteller eine durchgängige digitale OEE-Überwachung realisierte. Sie erfasst Maschinensignale in Echtzeit. Dazu zählen die Produktionsgeschwindigkeit, die Anzahl fehlerfreier und fehlerhafter Einheiten sowie Lauf- und Stillstandszeiten. Intuitiv bedienbare Dashboards visualisieren die Kennzahlen und Detailberichte analysieren sie gezielt.
Technische Basis der IoT-Lösung
Die technologische Basis besteht aus speziellen, für die Industrie optimierten Komponenten. Sie eignen sich sowohl für die Integration in eine neue Produktionsanlage als auch für einen Retrofit. Das IoT-System besteht insgesamt aus einem einen IoT-Adapter, einem Edge-Server und Single Pair Ethernet (SPE) für die Konnektivität zwischen diesen Komponenten. Die Architektur ist skalierbar angelegt, sodass weitere Maschinen oder zusätzliche Sensoren problemlos eingebunden werden können, auch bei wachsenden Produktionsumfängen.
Das System nutzt einen speziell für die automatische Erfassung von Produktionsdaten in Industrieumgebungen entwickelten Adapter (ZentNodeOEE-Adapter). Er überwacht kritische Leistungskennzahlen wie produzierte Einheiten, Ausschussraten, Verfügbarkeit und Ausfallzeiten. Seine Daten sendet er an einen robusten Edge-Computer (ZentEdge-Server). Der sammelt, speichert und verarbeitet alle Daten aus der gesamten Produktionsumgebung.
Dafür können je nach Auslegung der Schnittstellen unterschiedlich viele Adapter angeschlossen werden. Die Daten landen in einer SQL-Datenbank und werden über Standard-IT-Protokolle an Anwendungen in der Cloud weitergereicht. Das können beliebige Anwendungen sein, von SAP über Microsoft bis hin zu Cloudservices. Sie müssen lediglich in der Lage sein, SQL-Datenformate zu lesen.
Die Rolle von Single Pair Ethernet
Die Verbindung zwischen den einzelnen Komponenten übernimmt Single Pair Ethernet (SPE). Der Kommunikationsstandard ermöglicht die Datenübertragung mit 100 Mbps und die Stromversorgung über ein einziges Kabel, wodurch der Installationsaufwand erheblich verringert wird. SPE macht komplexe Gateways überflüssig und erlaubt die Integration industrieller Geräte in IT-Netzwerke mit Standardprotokollen wie MQTT oder eine REST-API. Die gesamte Datenübertragung ist zudem durch mTLS-Zertifikate abgesichert.
Mehr Effizienz durch OEE-Überwachung
Mit der neuen OEE-Überwachung erhält der Schokoladenhersteller unmittelbare Transparenz über den Zustand seiner Verpackungslinien. Die gesammelten Daten ermöglichen eine fundierte, langfristige Analyse zur kontinuierlichen Verbesserung der Prozesse. Die Verantwortlichen können nun gezielt auf Ursachen für Leistungsverluste reagieren und frühzeitig Gegenmaßnahmen einleiten.
Einer der großen Vorteile des neuen Systems: es erfordert keine Änderung an der Maschinensteuerung. Durch den modularen Aufbau lässt es sich problemlos auf weitere Maschinen und Anlagen ausweiten. Grundsätzlich können sämtliche Typen von Maschinen und Anlagen mit dem Perinet-System IoT-fähig gemacht werden, auch wenn in einzelnen Unternehmen noch zusätzliche Maßnahmen möglich sein könnten.
Die große Flexibilität erlaubt Unternehmen eine stufenweise Digitalisierung, angepasst an die eigenen Rahmenbedingungen. Darüber hinaus ist die Datensammlung für andere KPIs ebenso möglich, beispielsweise ESG-Daten oder Qualitätsdaten sowie das Erfassen von basalen Maschinenparametern für Wartungszwecke. Damit trägt das System dazu bei, Prozesse transparent zu gestalten und eine Grundlage für datengestützte Entscheidungen aufzubauen.
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