Edge-Computing wird derzeit sowohl von Herstellern im Bereich der diskreten Ereignisse als auch von kontinuierlichen Produktionsanlagen zur Erfassung von Betriebsdaten und anderen Datenverarbeitungsaufgaben eingesetzt. Die Übernahme des industriellen Vorsprungs hat auch die Integration der Industrie 4.0-Geschäftsmodelle beschleunigt, die ihre eigenen Vorteile bringen. Zu diesen Vorteilen gehören unter anderem die Optimierung der Maschinen und die Steigerung der Produktivität. Um die Vorteile der Einführung industrieller Edge-Lösungen besser zu verstehen, zeichnen praktische Fallstudien genaue Bilder, auf die sich die Hersteller beziehen können.
Dieser Artikel umfasst folgende Themen:
- Wie Hersteller das industrielle Edge-Computing nutzen
- Hervorhebung industrieller Edge-Anwendungen durch Fallstudien
- Vorteile der Einführung der industriellen Edge anhand praktischer Fallstudien
Einführung der industriellen Edge in der Fertigung
Die Einführung von Edge-Computing beginnt mit der Definition oder Festlegung eines Anwendungsfalles, der zur Bildung einer Nutzungsstrategie führt. Der Anwendungsfall kann so einfach sein wie die Erfassung von Maschinendaten, um mehr über die Maschinenauslastung zu erfahren, oder so komplex wie die Steuerung automatisierter Systeme in der Fertigung.
Sobald ein Anwendungsfall bestimmt wurde, ist eine Strategie für den Einsatz von industrieller Edge-Hardware oder IoT-Geräten zur Bewältigung der Aufgabe erforderlich. Die folgenden Schritte können bei der Schaffung einer industriellen Edge-Umgebung für die Datenerfassung verwendet werden:
- Bestimmung und Auswahl der in der Fertigung zu verwendenden industriellen Edge-Hardware
- Die Wahl zwischen einer industriellen Cloud oder einer IoT-Plattform zur Unterstützung der Edge-Geräte
- Die Auswahl von Edge-Anwendungen zur Verarbeitung von Edge-Daten
- Die Anbindung von Fertigungsbereichsystemen an die Edge-Hardware oder Integration der Hardware in bestehende IT-Abläufe und Systeme
- Die Entwicklung einer Verarbeitungspipeline, die sowohl Edge- als auch Cloud-Computing-Anwendungen kombiniert
Mit diesen Elementen und Konzepten bringt die Einrichtung die Latenzverarbeitung näher an die Produktionsgeräte heran. Sie stellt auch eine symbiotische Beziehung zwischen der industriellen Edge und einem externen Rechenzentrum her, das in diesem Fall die Cloud ist.
Anwendungsfälle für die industrielle Edge
Die verschiedenen Arten, wie die industrielle Edge angewendet werden kann, erfordern eine Vielzahl praktischer Fälle, um die Bedeutung des Edge-Computing genau zu erklären. Hier werden drei Fallstudien vorgestellt, die seine Anwendung bei der Verbesserung der Gesamteffizienz der Geräte, der Ermöglichung einer vorausschauenden Instandhaltung und der Steigerung der Produktivität hervorheben.
BC Machining verbessert Maschinenauslastung mit industrieller Edge
BC Machining ist ein Auftragshersteller, der bearbeitete Metallteile für das US-Verteidigungsministerium und die Automobilindustrie herstellt. Zur Herstellung von Metallkomponenten setzte das Unternehmen 12 CNC-Maschinen (Computer Numerical Control) ein. Obwohl diese Maschinen digitalisiert sind, hatte BC Machining Probleme mit der Verfolgung der Maschinenauslastung. Dies wirkte sich auf die Produktivität und die Fähigkeit aus, ständig Aufträge zu erfüllen.
Um seinen Maschineneinsatz zu optimieren, wandte sich das Unternehmen der industriellen Edge zu. Innerhalb einer Woche erfassten Edge-Geräte Daten von Maschinen. Mensch-Maschine-Schnittstellen für das Bedienungspersonal zur Erfassung der Arbeitszeiten und Abwesenheitsgründe wurden an die Geräte im Fertigungsbereich angeschlossen. Ein Smart-Fernseher und Google-Chrome-Sticks dienten auch als IoT-Geräte zur Übertragung von Daten über die Maschinenleistung an die Operators in der Werkstatt.
Die Edge-Geräte wurden auch mit einer industriellen Edge-Plattform verbunden, um aktuelle Maschinendaten im Vergleich zu einem optimalen Richtwert oder historische Daten zu analysieren. Innerhalb eines Monats war BC Machining in der Lage, die Maschinenauslastung Tag für Tag zu verfolgen und die Ursache für die Unterauslastung zu verstehen. Am Ende der 3 Monate verzeichnete das Unternehmen die folgenden Vorteile:
- Eine 10-prozentige Erhöhung seiner OEE-Berechnungen
- Ein besseres Verständnis seiner Maschine und Produktionskapazität
- Eine verbesserte Zusammenarbeit zwischen den in der Fertigung tätigen Mitarbeitern
- Ungefähr 2.000 Dollar für den Aufbau einer industriellen Edge-Umgebung bei einer Produktivitätssteigerung von 10 %
Die Entwicklung einer vorausschauenden Instandhaltungsstrategie
Ein Auftragshersteller, der bearbeitete Teile für verschiedene Industriezweige herstellte, setzte 10 Drehmaschinen und CNC-Maschinen ein, um die eingegangenen Aufträge zu bearbeiten. Die Drehbänke arbeiteten mit Werkzeugeinsätzen, die Metall kontinuierlich aushöhlen und formen, um das fertige Teil zu erhalten.
Die ständigen Vibrationen und die von der Drehmaschine ausgeübte Kraft verursachten Verschleiß an Bereichen wie dem Spindelstock. Dies führte auch zum unregelmäßigen Austausch von Teilen wie der Leitspindel, was wiederum ungeplante Ausfallzeiten und Produktionsunterbrechungen zur Folge hatte. Um diese Herausforderungen zu meistern, integrierte der Hersteller den Einsatz von industrieller Edge-Hardware, um die Funktionen und den Zustand seiner Drehmaschinen zu verfolgen. In diesem Fall wurden Sensoren an der Maschine angebracht, die deren Schwingungen und Arbeitsgeschwindigkeit nachverfolgten. An den Maschinen wurden auch intelligente Geräte angebracht, um die von den Sensoren gesammelten Daten zu visualisieren und den gesamten Betrieb mit einer industriellen Cloud-Plattform zu verbinden.
Mit den erfassten Daten und den Richtwerten konnte der Hersteller sowohl ressourcenintensive Aktivitäten oder Projekte, bei denen die Geräte in Betrieb genommen wurden, als auch weniger aufgabenbezogene Aktivitäten aufzeichnen. Die Möglichkeit, die Auswirkungen von Projekten auf Maschinenkomponenten zu verfolgen, stellte sicher, dass der Hersteller in der Lage war, die für einzelne Maschinen verfügbare Betriebsdauer annähernd zu bestimmen, bevor deren Teile defekt wurden. So erhielt der Hersteller die folgenden Vorteile durch das Wissen, das die Anwendung der industriellen Edge zur Verfügung stellte:
- Maschinendaten, die die Optimierung des Maschineneinsatzes ermöglichten
- Maschinendaten bildeten die Grundlage für die Entwicklung einer vorausschauenden Instandhaltungsstrategie
- Drastische Reduzierung ungeplanter Ausfallzeiten, wodurch die Produktivität optimiert wurde
Die Eliminierung von Ausfallzeiten mit industriellem Edge-Computing
Wiscon Products, ein Teilehersteller, der zur Herstellung von Teilen fortschrittliche CNC-Präzisionsmaschinen einsetzt, kämpfte damit, die Hauptursachen für seine Ausfallzeiten zu ermitteln und die Zykluszeit zu verstehen. Um dies zu erreichen, musste das Unternehmen genaue Daten aus der Produktion erfassen, und es war überzeugt, dass der Einsatz von Edge-Geräten dabei helfen würde.
Wiscon Products setzte Sensoren und intelligente Geräte ein, um Maschinenspindeln und ihre Geschwindigkeit während des Betriebs zu verfolgen und um Zeiträume geplanter oder ungeplanter Ausfallzeiten zu überwachen. Die Edge-Geräte waren auch mit einer IIoT-Plattform verbunden, die eine Richtwertanalyse zum Vergleich der Maschinenleistung ermöglichte. Mit den erfassten Daten konnte das Unternehmen die Ursachen für die Ausfallzeiten eingrenzen und feststellen, warum bestimmte Produktionszyklen nicht den Richtwert-Produktionsdaten entsprachen.
Die IoT-Plattform lieferte die Richtwertdaten unter Verwendung historischer Daten aus ähnlichen Prozessen, und die Edge-Geräte lieferten Warnungen, sobald eine Maschine im Rückstand war. Diese Warnungen stellten sicher, dass die Zykluszeiten eingehalten wurden und die Maschinen während des größten Teils eines Produktionszyklus mit ihrer optimalen Kapazität liefen. In diesem Fall hatte die industrielle Edge folgende Vorteile:
- Die Bereitstellung eines Mittels zur Automatisierung der kontinuierlichen Verfolgung und Berichterstattung von Maschinenfunktionen
- Die Fähigkeit, Ausfallzeiten während der Produktionszyklen zu verfolgen und die Ursache zu lokalisieren
- Einsicht in Produktionszyklen zur Optimierung der Produktion
Schlussfolgerung
Die Anwendungen von industriellen Edge-Lösungen ermöglichen es produzierenden Unternehmen, Konzepte der Industrie 4.0 in die Produktionszyklen zu übernehmen. Mit Edge-Geräten und einer Kombination aus industrieller Edge und Cloud wird die Erfassung von Daten aus den tiefsten Teilen einer Anlage möglich. Die erfassten Daten werden dann zur Vorhersage von Instandhaltungsarbeiten, zur Verbesserung der Produktion, zur Optimierung der Anlagennutzung und zur Entwicklung von Cybersicherheitsstrategien in industriellen Umgebungen verwendet. Aus diesem Grund wird erwartet, dass bis 2021 mehr als 50 % der Unternehmen die industrielle Edge einführen werden.
