Lenze optimiert Prozesskette mit Software und Digitalem Zwilling

Theunissen: Die Automatisierer müssen ihre vertraute Arbeitsweise nicht grundlegend ändern sondern vielmehr weiterentwickeln. Die IT-Branche hat hier schon vor Jahren viel Erfahrungen durch viele teilweise katastrophal verlaufende Softwareprojekte sammeln können. Dadurch sind erfolgreiche Entwicklungs- und Organisationsmethoden entstanden, die heute zur Bewältigung großer veränderlicher Softwaresysteme mit einer Vielzahl von Entwicklern und verteilt arbeitender Teams funktionieren. Hier können sich die Automatisierer viel abschauen, auf ihre eigenen Softwareprojekte anpassen und erfolgreich anwenden. Dazu zählen unter anderem agile, teambasierte Entwicklungsprozesse wie etwa SCRUM, Methoden zur Optimierung der Softwarequalität durch z.B. eine testgetriebene Softwareentwicklung oder zur Auslieferung von großen Softwaresystemen mittels Continuous Delivery Toolchains.

elektro AUTOMATION: Lassen sich speziell bei der disziplinübergreifenden Zusammenarbeit Methoden des vor allem in der Luft- und Raumfahrt erprobten Systems Engineering auch in den eher mittelständisch aufgestellten Maschinenbau-Unternehmen erfolgreich und zu vertretbaren Kosten nutzen?

Theunissen: Diese Frage ist nicht so leicht mit ja oder nein zu beantworten. Einerseits stellen die Methoden unbestritten einen enormen Vorteil im Sinne einer schnellen, gut abgesicherten und optimierten Systementwicklung dar. Andererseits sind die Werkzeuge nur so hilfreich, wie die Experten die diese bedienen können. Und das ist oftmals der Haken. Neben den Schwierigkeiten beim Recruiting stellt sich die Frage nach den hohen Kosten für derartige Experten oder gar Expertenteams, die vielleicht gerade bei kleineren Unternehmen nicht immer voll ausgelastet werden können. Ein Ausweg aus dem Dilemma erscheint für mittelständische Betriebe die enge Zusammenarbeit mit Hochschulen und spezialisierten Systempartnern. Diese können in den Frühphasen der Entwicklung das erforderliche Expertenwissen einbringen, müssen aber nicht zwingend die gesamte Entwicklung bis zur Produktionsreife begleiten.

elektro AUTOMATION: Welches Angebot kann an dieser Stelle ein Automatisierungsanbieter wie Lenze konkret machen?

Theunissen: Lenze als Systemanbieter unterstützt die entwickelnden Unternehmen bei mehreren entscheidenden Punkten:

elektro AUTOMATION: Blickt man weiter auf die zunehmende Digitalisierung – und die damit möglichen neuen Geschäftsprozesse – rückt neben dem Zusammenspiel von Mechanik, Elektrotechnik und Software insbesondere die Vernetzung mit der IT-Welt wie MES und ERP in den Vordergrund (Konvergenz von IT und OT). Welche Forderungen stellt dies an den Maschinenbau?

Theunissen: Die Kernforderung ist schon in der Frage verpackt. Es geht um Konvergenz oder in anderen Worten um die Verbindung der Software beziehungsweise der Informations- und Datenströme aus dem organisatorischen Bereich der IT mit dem operativen produzierenden Bereich der OT, deren Aufgabe die Kontrolle des physischen Produktionsprozesses ist. Die vernetzen Maschinen stellen dabei die Schnittstelle zwischen der digitalen Welt und der physischen Welt dar. Die Maschinentypen mit dem geringsten Integrationsaufwand werden am Markt dominieren. Die Kernforderung an die Maschinenbauer ist demnach einerseits die Welt der ERP- und MES-Lösungen genau zu kennen und deren Standards bestmöglich im Sinne einer einfachen, vertikalen Maschinenintegration umzusetzen. Andererseits sind die Maschinenbauer aber auch gefordert die horizontale Vernetzung auf Maschinenebene zu standardisieren. OPC UA ist wie schon gesagt hier derzeit dass Mittel der Wahl. Die technologische Weiterentwicklung von OPC UA mittels TSN (time sensitive networking) um dieses Übertragungsprotokoll auch auf der Feldebene einsetzen zu können, unterstreicht nochmals dessen Bedeutung für den Maschinenbau.

elektro AUTOMATION: Können Sie bereits Beispiele für die in Zusammenhang mit Industrie 4.0 oft genannten ‚neuen digitalen Services‘ und damit ‚neuen Geschäftsmodelle‘ nennen? Wie lassen sich solche digitalen Ökosysteme effizient aufbauen?

Theunissen: Das sich derzeit am schnellsten entwickelnde Gebiet ist die durch datengestützte Vorhersagemodelle vorausschauende, optimierte Wartung. Hier lässt sich das enge Zusammenspiel aus IT-Technologie in der Cloud, fortschrittlichen Methoden der Datenanalyse und der OT im Sinne von Maschinensteuerungen und Maschinenüberwachung am besten veranschaulichen. Durch die höhere Transparenz des Maschinenbetriebs werden z.B. Betreibermodelle als Ausgangspunkt für neue Geschäftsmodelle für Kunde und Anbieter attraktiver als in der Vergangenheit. Das „Rückrad“ für neue digitale Ökosysteme stellt dabei immer eine flexible und durch den Kunden selbst oder durch Partner erweiterbare Cloudlösung dar.

elektro AUTOMATION: Wie unterstützt Lenze den Aufbau solcher digitalen Ökosysteme konkret?

Theunissen: Lenze unterstützt seine Kunden bei der Realisierung von digitalen Ökosysteme auf unterschiedliche Art und Weise. Die Herausforderung für viele unserer OEM-Kunden ist, dass sie noch kein klares Bild über die individuelle Use Cases, Prioritäten oder technische Möglichkeiten haben. Hinzu kommt, dass die Fachleute zum Aufbau digitaler Geschäftsmodelle nur schwer oder gar nicht zu bekommen sind. Daher bietet Lenze seinen Kunden nicht nur eine IIoT-Connectivity-Plattform, sondern auch die notwendigen Beratungsleistungen, um die Chancen der Digitalisierung für unsere Kunden nutzbar zu machen. In der neugegründeten Business-Einheit ‚Digital‘ vereinen wir die entsprechenden Kompetenzen. Ein interdisziplinäres Team aus Maschinenautomatisieren, UX-Spezialisten, Softwarearchitekten, Cloud-Experten und IIoT-Fachleuten entwickelt gemeinsam Leistungen mit und für unsere Kunden.

Zweitens ist Konnektivität zwischen Maschine und Cloud eine zentrale Voraussetzung für die Entwicklung digitaler Geschäftsmodelle. Dafür hat Lenze mit seiner IIoT-Plattform X4remote eine einfache, skalierbare und individualisierbare Lösung geschaffen, die es OEMs ermöglicht die Maschine einfach online zu bekommen, die relevanten Daten in unserer Cloudplattform zu speichern und Dashboards für Maschinen-Analyse und Produktivitätsoptimierung zu erstellen und seinen Kunden zur Verfügung zu stellen. Und das mit einem Zeit-Invest von weniger als vier Stunden, um die ersten Dashboards auf dem Smartphone zur Verfügung zu haben.

Drittens entwickelt Lenze auf der Basis seiner IIoT-Plattform erweiterte Digital Services wie Condition Monitoring und Predictive Maintenance. Dabei ist die Kombination aus Wissen zwischen Maschinenautomatisierung, IIoT und Domain Knowledge im Bereich Motion Control sehr wertvoll. Über die Analyse der Daten aus dem Antrieb und den unterschiedlichen Ebenen der Automatisierungstopologie können wir mit Hilfe von Machine Learning, Anomalien in der Mechanik der Maschine identifizieren. Die Verschmutzung einer Kette zum Beispiel kann erkannt werden, ohne dass zusätzliche Sensorik in der Maschine verbaut werden muss. So können ungeplante Wartungen vermieden werden.

elektro AUTOMATION: Welche Rolle spielt der Digitale Zwilling? Welche Chancen bietet er den Maschinenbauern?

Theunissen: Der digitale Zwilling ist eine begriffliche Klammer für die unterschiedlichsten Modelle einer Maschine. Es kann sich hierbei um CAD-Modelle, Schaltpläne, Prozessmodelle und deren Simulationen oder aber auch um Schnittstellenbeschreibungen oder gar Teilelisten handeln. Jede Art von Modellbildung ergänzt den digitalen Zwilling weiter und erhöht dessen Aussagekraft. Die Chancen für die Maschinenbauer aber auch deren Kunden liegen in einem besser abgesicherten und dadurch schnelleren Engineeringprozess aber auch in der höheren Transparenz von der ersten Designstudie bis hin zu Wartung und Betrieb der Maschinen und Anlagen. Je mehr ein Maschinenbauer auf die digitalen Zwillinge seiner Komponenten- und Systemzulieferer zurückgreifen kann, desto leichter und wirtschaftlicher wird es für ihn selbst sein, einen digitalen Zwilling seiner Maschine zu erstellen und zu pflegen. In Zukunft wird kein Maschinenbauer mehr um dieses Thema herumkommen und die Lieferketten werden sich nicht nur nach den Faktoren der physischen Produkte und Komponenten richten, sondern auch von der damit verbundenen Verfügbarkeit der digitalen Zwillinge abhängen.

elektro AUTOMATION: Welche Chancen bieten auf dem digitalen Zwilling aufbauend Methoden wie die Virtual (VR) oder Augmented Reality (AR)?

Theunissen: VR und AR sind mobile Visualisierungsmethoden. Sobald die Geräte für den industriellen Einsatz weit genug entwickelt sind, bieten sie die Möglichkeit die Daten direkt dort zu visualisieren, wo die Ursache oder das Problem ist. VR und AR sind aber nichts desto trotz lediglich Visualisierungsmethoden, der eigentliche Wert liegt in der Aussagekraft der digitalen Zwillinge bzw. der zugrunde liegenden Informationsmodelle im MES, ERP oder weiteren Verwaltungssystemen. Die Möglichkeiten eines integrierten Ansatzes im Bereich Digitaler Zwilling, erweitert um die Diagnose der Maschinen und Systeme mit AR und VR hat Lenze bereits auf der letzten SPS gezeigt. Die InA-App ermöglicht Maschinenbauern die Softwaregenerierung auf Basis der Daten aus dem Digitalen Zwilling sowie des Lenze FAST Software Frameworks. Nach der Inbetriebnahme können die Daten im Digitalen Zwilling für eine intelligente Maschinen-Diagnose mit AR genutzt werden.

Details zur Whitepaper-Reihe zum Thema Digitalisierung von Lenze:

„Die Software wird in Bezug auf flexiblere Maschinen eine extrem wichtige Rolle einnehmen. Flexiblere Maschinen bedeuten in der Regel mehr geregelte Achsen, die wiederum durch eine Softwarelogik kontrolliert und orchestriert werden müssen.“