Schon vorher haben bei Kuka Roboter Roboter gebaut, jetzt tun sie es aber verbunden mit der Cloud – mit allen Vorteilen wie höherer Durchsatz, kompletter Fertigungstransparenz und Predictive Maintenance. Das Besondere an diesem Anwendungsbeispiel ist die Art der Umsetzung: Denn Ausgangspunkt war die laufende Produktion und kein Versuchsaufbau in einer Ecke der Kuka-Zerspanung.
Daher wurde die IIoT-Anwendung mit Komponenten implementiert, die schon seit einiger Zeit in Betrieb sind, also quasi im „Brownfield“. Das bedingte auch ein paar kleine Retrofits, etwa mit Maschinen und Software, die nicht von Allianz-Mitgliedern stammen, aber gleichwohl in den Ablauf eingebunden werden mussten.
„Die Herausforderung besteht darin, dass in vielen Fabriken einige Maschinen 30 Jahre alt sind und sie quasi nicht wissen, was IIoT oder Smart Factory bedeuten. Daher gibt es eine große Anzahl von Retrofit-Anforderungen, die sich auf das Thema Interoperabilität beziehen und die meiner Meinung nach ein zusätzliches Element zur Komplexität hinzufügen“, erläutert Nils Herzberg, Sprecher der Open Industry 4.0 Alliance und Senior Vice President sowie Global Head for Strategic Partnerships for Digital Supply Chain & Industrie 4.0 bei SAP.
Digitale Zerspanung
„Unsere vollautomatisierte und vernetzte Roboterzelle verbindet die analoge und digitale Welt der smarten Produktion“, sagt Dr. Christian Liedtke, Head of Strategic Alliances bei Kuka. Ein Roboter vom Typ KR 500 L480–3MT greift Gussbauteile mit Hilfe pneumatischer Greifer von Zimmer auf und führt sie einem der Heller-Bearbeitungszentren zu. Nachdem die Bauteile gebohrt und gefräst sind, werden sie in der Außenposition vom Roboter noch entgratet und anschließend entnommen. Um beide Bearbeitungszentren aus insgesamt vier Zuführstationen versorgen zu können, ist der Roboter auf der Lineareinheit KL 1500–3 verbaut.
Mit Senseforge von Altran kann zudem gezielt die Temperatur und Abkühlzeit der Werkzeuge überprüft werden. Bei der Vernetzung der Produktionszelle mit den CNC-Maschinen setzt Kuka auf die moderne Industrie 4.0-Architektur der Allianz. Die Verbindung zur digitalen Welt erfolgt durch die Vernetzung aller beteiligten Komponenten miteinander und mit der Cloud.
Edge Gateway sammelt Daten
„Die Daten werden in einem Edge-Gateway von Fujitsu gesammelt und an unsere Operator-Cloud weitergegeben“, berichtet Bastian Jehl, Industrial Internet of Things Solution Engineer bei Kuka. „In der Cloud selbst werden dann Services wie Datenverarbeitung, vorausschauende Wartung und Ereignisauswertung bereitgestellt. Derzeit erhalten unsere Werktätigen mittels 3D Signals einen Überblick über das Geschehen in den Heller Bearbeitungszentren“, ergänzt Jehl.
Mittels der Architektur der Open Industry 4.0 Alliance laufen die Daten via MQTT-Broker über die eigene Cloud des Kunden. Der Kunde wird die Auswahl und Darstellung der Daten aus den verschiedensten Quellen mit passenden Dashboard-Werkzeugen nach seinen Bedürfnissen zuschneiden. „Der Kunde besitzt die Datenhoheit und entscheidet, wie der Datenfluss erfolgt“, so Jehl.
Digitaler Zwilling erhöht Nutzen
In dem Projekt spielt auch der digitale Zwilling eine Rolle: Die Daten des physischen Produkts werden als digitaler Zwilling letztlich in der Kuka-Cloud einseh- und auswertbar. Zugang zum Zwilling bekommen die Anwender über das SAP Asset Intelligence Network (AIN), bei dem neben dem Zwilling auch Dokumentationen, Zertifikate, aber auch Instandhaltungsanleitungen hinterlegt sind. Der Nutzen des SAP AIN aus der Sicht der Open Industry 4.0 Alliance: Ein Hersteller stellt seine Stammdaten für ein bestimmtes Modell zur Verfügung. Kunden, die dieselbe Maschine nutzen, übernehmen diese einfach und verbinden sie mit ihren bereits vorhandenen Daten.
Die Lösung 3d Signals aus Israel umfasst eine Cloud-basierte Lösung und ein IoT-Gerät, das Echtzeit-Algorithmen und KI zur automatischen Erkennung des Maschinenzustands und des Bearbeitungsprozesses für eine Vielzahl von Maschinen und Prozessen anwendet. Der Datenfluss erfolgt von einem Connectivity Box-Gerät zur Fujitsu Edge via Kuka Cloud und schließlich zu 3d Signals. Die 3d Signals-Cloud präsentiert ein Dashboard, das Daten und Prozesse in der Heller-Zelle für den Nutzer übersichtlich zusammenfasst. Außerdem übernahmen die Spezialisten die Einbindung der Heller-Bearbeitungszellen mittels Sensoren, da Heller nicht Mitglied der Allianz ist.
Die zwei Phasen des Projekts
In der Software-Architektur insgesamt kommen Protokolle und Standards wie OPC-UA und MQTT sowie proprietäre Protokolle auf der Fujitsu-Edge-Ebene zum Einsatz. Auf der Cloud Computing Plattform Microsoft Azure IoT Edge werden die Prozesse orchestriert und via Message-Bus, dem MQTT-Broker, an andere Instanzen weitergegeben, etwa an die 3d Signals Cloud, Siemens MindSphere und an SAP AIN.
Das Referenzprojekt gliedert sich in zwei Phasen: Der erste Abschnitt – die komplette Digitalisierung der Fertigungszelle nach Brownfield-Gesichtspunkten bei laufender Fertigung – ist erfolgreich abgeschlossen. In der nun laufenden zweiten Phase werden die Prozesse anhand von praktischen Erfahrungen und vorausschauenden Analysemethoden kontinuierlich optimiert.
