Industrie 4.0 in der Pneumatik – Höhere Prozesssicherheit und Condition Monitoring

Industrie 4.0 bedeutet, dass alle am Fertigungsprozess beteiligten Maschinen mit jeweils eigenständiger, autonomer Intelligenz zum optimalen Gesamtgelingen einer Fertigungskette beitragen. Dazu müssen alle zum Fertigungs- und Logistikprozess beitragenden Maschinen und Anlagen zum frühest möglichen Zeitpunkt einen Großteil eigener Intelligenz und Kommunikationsfähigkeit mitbringen. Beim Übergang in die Welt der Industrie 4.0 geht es daher um die Intelligenzsteigerung einzelner Steuerungselemente. Statt die Steuerungskomponenten zu zentralisieren, ist die Vereinzelung ein wesentlicher Aspekt von Industrie 4.0. Das prägende Modul, das in der Pneumatik eine wichtige Rolle übernimmt, ist das Ventil, das die Wege und die Kraft der Druckluft kontrolliert. Hersteller pneumatischer Anlagen können heute schon auf eine Vielfalt an intelligent konstruierten Ventilsystemen zurückgreifen, die bereits vorprogrammiert und Cloud-fähig den Anspruch an intelligente Vernetzungsstrategien erfüllen.

Condition Monitoring und Predictive Maintenance bei installierten Anlagen

Doch was ist mit bereits bestehenden Anlagen? In den Maschinen und Anlagen werden seit Jahren viele Sensoren zur Prozesskontrolle und zur Steuerung der Maschine eingesetzt. Die eigenständige Datensammlung über die Prozesse, die in Ventilnähe stattfinden, die Eigendiagnose und die Weiterleitung von Informationen an eine übergeordnete Steuereinheit und die dadurch mögliche Selbstoptimierung sind in der Pneumatik bereits greifbare Realität. Kurz gesagt: Die Daten von Sensoren können genutzt werden, um genauere Informationen über den Zustand der Maschine (Condition Monitoring) und insbesondere des Pneumatiksystems zu bekommen.
In der Verknüpfung der vorhandenen Sensordaten untereinander und insbesondere mit dem nötigen fachlichen Know-how lassen sich bereits sehr viele Informationen über den Zustand eines Pneumatiksystems ermitteln. Das vorrangige Ziel ist es, für den Anwender relevante Informationen mit so wenig Sensorik als möglich zu generieren. Es gilt, vorhandene Daten zu Nutzen und mit Hilfe von Edge Computing zunächst am System selbst zu verknüpfen und zu analysieren, um der Datenflut Herr zu werden. Systeme, die Pneumatikventile als Indikatoren für den „Gesundheitsszustand“ einer Maschine nutzen, gibt es bereits. Ein Beispiel bietet Aventics mit dem sogenannten Smart Pneumatics Monitor. Es erfasst diverse Parameter, analysiert die Daten und zielt mit der Bereitstellung von aufgearbeiteten Informationen auf die zustandsorientierte Instandhaltung. So spart der Anwender Kosten und profitiert von hoher Verfügbarkeit seiner automatisierten Anlagen.
In der Praxis bedeutet dies, dass auf Basis der Anwendungserfahrung geschriebene Algorithmen Daten intern auswerten und die Informationen entweder an definierte Personen senden – oder über die OPC-UA-Schnittstelle an übergeordnete MES- oder ERP-Systeme. Per Drag&drop werden die zu beobachtenden Komponenten zusammengefügt und miteinander verknüpft. Das Modul kontrolliert auf Wunsch zum Beispiel den aktuellen Energieverbrauch oder den Verschleißgrad. Anwender können frühzeitig im Sinne der vorausschauenden Wartung (predictive maintenance) optimierende Maßnahmen ergreifen und so die Anforderungen der EU-Energieeffizienz-Richtlinie erfüllen sowie ungeplante Stillstandzeiten der Anlagen minimieren.

Chancen der Digitalisierung für die Pneumatik

Optimierungen im Planungs- und Entwicklungsprozess, Prozessoptimierungen und letztendlich auch neue Geschäftsmodelle sind die Chancen, die sich sowohl für Anbieter von im Sinne von Industrie 4.0 entwickelten Pneumatiksystemen als auch deren Anwender aus den Bereichen industrieller Automation, Lebensmitteltechnik, Medizintechnik und Schiff- und Fahrzeugbau ergeben. Digitale Informationen zu pneumatischen Komponenten, auch für kundenspezifische Produkte, stehen jetzt schon zur Verfügung und unterstützen die Maschinen- und Anlagenbauer bei der Auslegung und Planung neuer Anlagen. Dieser Trend wird sich weiter vertiefen bis hin zur Simulation und Modifikation der virtuellen Anlagen per digitalem Zwilling.
Darüber hinaus ergeben sich hinsichtlich der Prozessoptimierung hohe Potentiale bei der Anlagenverfügbarkeit und der Anlageneffizienz. Abweichungen im Prozess können beispielweise über Veränderungen im Zeitverhalten zwischen Ereignissen – wie der Ventilbetätigung bis zum Erreichen eines bestimmten Druckes – erkannt werden. Im Sinne von Industrie 4.0 erfolgt das nahe am Prozess, idealerweise in den entsprechenden Komponenten selbst. Dadurch werden smarte Pneumatikkomponenten zu integralen Bestandteilen der Internet of Things (IoT)-Infrastruktur zukünftiger Maschinengenerationen.