Wachsende Digitalisierung, kürze Entwicklungszyklen, höhere Kundenanforderungen und zunehmender Fachkräftemangel – die Welt der Automatisierung wandelt sich mit hoher Geschwindigkeit. So ziemlich alles, worauf in der Produktion bis dato Verlass war, steht jetzt auf dem Prüfstand. Was irgendwann am Horizont schwach leuchtete, wandelte sich in kürzester Zeit zu konkreten Zielvorgaben: modulare, standardisierte und digital unterstützte Planung, einfachere und schnellere Installation und Inbetriebnahme, mehr Flexibilität in der Fertigung bei gleichzeitig kürzeren Durchlaufzeiten, sicherere Maschinen und effizientere Service- und Wartungsprozesse. Das alles hochgradig digitalisiert, damit jederzeit und von jedem Ort auf die Maschinendaten zugegriffen werden kann. Ist die Zeit des digitalen Zwillings gekommen?

Offene Steuerungsplattform flexibel hinsichtlich Netzwerkwahl

Murrelektronik hat die Antwort auf all diese Anforderungen und präsentiert mit Vario-X eine modulare und hochflexible Automatisierungsplattform, mit der sich sämtliche Automatisierungsfunktionen erstmals komplett dezentral, also ohne Schaltschrank-Architektur, realisieren lassen. Herzstück von Vario-X sind robuste, wasser- und staubdichte Gehäuse in Schutzart IP65, die die Spannungsversorgung, Steuerung, Switches, Sicherheitstechnik und IO-Module beinhalten. Sie lassen sich nebeneinander in eine ebenso robuste Backplane mit integrierten Maschinenbauprofilen einrasten. So kann die gesamte Station ohne weiteren Schutz ganz an allen gängigen Profilsystemen befestigt werden. Ausgestattet mit einer Multicore-CPU ist der Vario-X-Controller allen Anforderungen gewachsen, und lässt sich als offene Steuerungsplattform in alle übergeordneten Industrial-Ethernet-Netzwerke einbinden.

Digitaler Zwilling für Planung, Installation, Betrieb und Service

Die mit Vario-X automatisierte Anlage hat von Anfang an einen digitalen Zwilling. Ein bewegliches 1:1-Abbild der realen Anlage, die alle Funktionen und Parameter des späteren Systems beinhaltet – und das bereits in der Projektphase, bevor das erste mechanische Bauteil bestellt oder montiert wurde.
Dafür kinematisiert Murrelektronik die Konstruktionsdateien von Maschinen und Anlagen in einer speziellen Software, in der dann die späteren Bewegungen und Abläufe simuliert werden können. Dazu läuft auf dem virtuellen Modell dasselbe Steuerungsprogramm wie später auf der realen Maschine. Die Anlage kann per Augmented Reality über eine App auf dem Handy oder Tablet direkt in die spätere Produktionshalle „gestellt“ werden. Damit lassen sich spätere Prozessabläufe schon vor Aufbau der Anlage simulieren und mögliche Kollisionsgefahren oder Montageprobleme frühzeitig erkennen. Auch die Planung der späteren Kabelführungen und möglichen Anbauten wird vereinfacht, weil die Planung immer mehr KI-unterstützt laufen kann und dadurch weniger fehleranfällig ist.

Predictive Maintenance

Der Digitale Zwilling leistet auch im Betrieb einen wichtigen Beitrag in Sachen Condition Monitoring und Predictive Maintenance. Durch Künstliche Intelligenz in Kombination mit dem Digitalen Zwilling von Vario-X wird die Nutzung zusehends einfacher: Werden die Daten in entsprechende Software- und Analysetools eingelesen, lassen sich Anomalien im Prozessablauf erkennen und Maßnahmen zu deren Behebung frühzeitig einleiten. Vario-X misst die Genauigkeit von Automatisierungsprozessen gemäß dem Lab-to-Field-Ansatz direkt im Feld. Weil der Zwilling auch die dafür notwendigen Bauteile kennt, können sie bereits im Vorfeld ausgelagert oder bestellt werden. Im besten Fall lassen sich so Maschinenausfälle vollständig vermeiden, ohne dass Teile unnötig oft getauscht werden. Durch die Langzeitanalyse der gesammelten Daten lassen sich zudem Aussagen zur Energieeffizienz treffen und Simulationen verschiedener Prozessänderungen fahren, die Aufschluss über mögliche Einsparpotenziale geben.
Der Umstand, dass Vario-X mit seinem Digitalen Zwilling der Maschine im Betrieb quasi laufend auf die Finger schauen kann, liefert auch Hinweise über die mechanischen und thermischen Einflüsse, denen die Maschine ausgesetzt ist. Ein weiterer Vorteil bezogen auf neue Geschäftsmodelle: Da Maschinen immer öfter verleast statt verkauft werden, hat der Anlageneigentümer Interesse daran zu wissen, wie mit seiner Maschine umgegangen wird.

Parametrieren statt programmieren

Bedienung über Apps, sprachgesteuerte Assistenten und Gestensteuerung sind durch Smartphone und Smartwatch im Alltag nicht mehr wegzudenken. Warum sollten also nicht auch Maschinen so gesteuert werden? Die Inbetriebnahme mit Vario-X funktioniert per App und die Steuerung eines Roboters per Gesten oder Sprache. Die Inbetriebnahme kann so verkürzt und Maschineninstallateuren und späteren Bedienern die Arbeit erleichtert werden. Parametrieren statt programmieren lautet die Devise. So bleibt die Handlungsfähigkeit von Unternehmen trotz Fachkräftemangels bestehen.
Vario-X verlegt also die Planung, Simulation und das spätere Betriebs-Monitoring sowie das Wartungsmanagement einer Anlage komplett in die digitale Welt und kann mit den dort zur Verfügung stehenden Möglichkeiten zum Schlüssel einer zukunftsfähigen Automatisierungstechnik werden. Denn: Die industrielle Welt dreht sich immer schneller. Digitale Disruption, kürzere Entwicklungszeiten und ein wachsender Fokus auf individuelle Kundenbedürfnisse erfordern nachhaltige und agile Lösungen. Der klassische sequenzielle Produktentwicklungsprozess kann diesen Anforderungen nicht mehr gerecht werden. Es mangelt ihm an Transparenz und Flexibilität, gleichzeitig sind die Durchlaufzeiten zu lang – was alles zwangsläufig zu steigenden Kosten führt.

Pneumatik statt Elektrik

Vario-X treibt die konsequente Elektrifizierung von Fertigungsprozessen voran und setzt der Pneumatik eine deutlich effizientere Alternative entgegen. Denn mit einem Wirkungsgrad von nur rund zehn bis 20 Prozent verpufft beim Energieträger eine ganze Menge Energie. Pneumatik durch Elektrik zu ersetzen – etwa im Bereich der Spanneinheiten im Karosserierohbau – bringt Vorteile: dem Unternehmer, der die ineffiziente, schlecht steuerbare und verhältnismäßig teure Pneumatik in seinen Werkshallen reduzieren kann, dem Produktionsplaner, der sich jetzt auf einen Energieträger – nämlich Elektrizität – fokussieren kann, den Mitarbeitenden, die in einem merklich leiseren Arbeitsumfeld arbeiten können, und nicht zuletzt der Umwelt.
Der Energieverbrauch beziehungsweise CO2-Ausstoß einer durchschnittlichen Fertigung mit zwölf Einheiten sinkt nach der Umrüstung von Pneumatik auf Elektrik deutlich. Zusätzlich ist das Netzteil im Vario-X-System rückspeisefähig, so dass sich Energie aus dem System zurückgewinnen und ins Netz rückspeisen lässt. Vario-X ist also ein wichtiger Baustein auf dem Weg zur CO2-neutralen Fabrik.

100 Prozent schaltschranklose ­Automatisierung, 40 Prozent schnellere Installation

Die Installation und Verkabelung der Sensorik und Aktorik erfolgt bei Vario-X nach dem Plug&Play-Prinzip mit vorkonfektionierten M12- und MQ15-Steckern fehlerfrei und in kurzer Zeit. M23-Steckverbinder sind nicht notwendig. Damit entfallen die zeitintensiven und teuren Installationsarbeiten am Schaltschrank wie dem Abisolieren, dem Setzen von Adern-Endhülsen und dem Anklemmen. Reicht eine Station für die gesamte Maschinensteuerung nicht aus, können problemlos weitere Stationen etwa für eine zusätzliche Stromeinspeisung dezentral in der Maschine platziert und miteinander verbunden werden. Ebenso lassen sich einzelne IO-Module ohne Backplane direkt an der Sensorik/Aktorik installieren, um Signale direkt dort einzusammeln. Das entschlackt die Maschinenanbauten und verschlankt die Kabelarchitektur enorm.  
„Vario-X bietet 100 Prozent dezentrale, schaltschranklose Automatisierung“, so Olaf Prein, Leiter Global Business Unit Automation bei Murrelektronik. „Unsere Automatisierungsplattform gewährleistet modulare und transparente Prozesse, eine höhere Wertschöpfung in allen Unternehmensbereichen und damit mehr Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit im Maschinen- und Anlagenbau. Allein durch das durchgängige Installationskonzepts verkürzt Vario-X eine Maschineninstallation um rund 40 Prozent.“

Autor
Olaf Prein, Leiter Global Business Unit Automation

© Bilder: Murrelektronik