Drives 4.0 – Mehrwert aus dem Antrieb generieren

Welche Digitalisierungskonzepte verfolgen Antriebstechnikexperten, wie gewinnen sie Daten aus ihren Antrieben und in welcher Form werten sie diese aus bzw. bieten sie ihren Kunden daraus Mehrwerte? Vertreter von ABB, Schneider Electric und SEW-Eurodrive geben Ein­blicke in ihre Strategien, Lösungen und weitere Entwicklungsschritte.

Bild 1: Ein wesentliches Element des ABB Ability Condition Monitoring für den Antriebsstrang ist die Überwachung: Jeder Antriebsstrang mit all seinen Komponenten, wie Antriebe, Motoren, Lager, und Anwendungen, wie Pumpen und Kompressoren, sendet über ein IoT-Netzwerk Messdaten an die Cloud. Diese werden dann dem Bediener auf einem einfachen Dashboard angezeigt (Quelle: ABB)

Welche Wege verfolgen Sie, um Daten aus dem Antrieb zu gewinnen und mit welcher Zielsetzung (condition-based Monitoring, Predictive Maintenance, …)?

N. Wessel: Industrie-4.0-fähige Antriebe müssen heute in erster Linie kommunikativ sein, und das auf allen Ebenen – ohne Barrieren zwischen Antrieb und übergeordneten Prozessen. Da bringt Schneider Electric seine  offene, skalierbare und IoT-fähige Systemarchitektur Ecostruxure ins Spiel. Sie verbindet die drei Ebenen vernetzte Produkte, Edge Control sowie den oberen Software-Layer mit Apps, Analytics & Services nahtlos mitei­n­ander. Auf diese Weise wird die durchgängige Konnektivität auf allen Ebenen der Fertigung ermöglicht.

Frequenzumrichter spielen dabei eine Schlüsselrolle – denn diese können weit mehr als nur einen Motor antreiben. Mit integrierten intelligenten Messgeräten und Sensoren erfüllen die Frequenzumrichter unserer Altivar-Process-Serie in puncto Programmierfähigkeit und Echtzeitanforderungen schon heute alle notwendigen Voraussetzungen moderner Industrie-4.0-Umgebungen. Sie sind unter anderem mit integrierten, plattform­unabhängigen Webservern zum Monitoring und zur Parame­trierung ausgerüstet und haben eine integrierte Ethernet-Schnittstelle für den Informationsaustausch on Board. Das erlaubt die Erfassung dedizierter Maschinen- und Anlagendaten, die dann auf der Edge-Control-Ebene mittels leistungsstarker Steuerungsplattformen lokal oder in der Cloud gesammelt werden.

Nur aus gut aufbereiteten Daten lassen sich Rückschlüsse ziehen und letztendlich intelligente Geschäftsentscheidungen ableiten. Daher schlägt der nächste Schritt die Brücke von „Big Data“ zu „Smart Data“: Digitale Dienste wie der Ecostruxure Asset Advisor stellen ein zielgenaues Monitoring sowie eine umfassende Datenanalyse und -auswertung sicher.  

A. Wallnöfer: Frequenzumrichter nehmen heute mehr und mehr die Rolle als zentrale Einheit für die Datensammlung ein. Im Zuge von digitalen Services wie des Condition Monitorings werden die ­Antriebe daher zu einer wertvollen Komponente. Ihre Daten können für Diagnose und Analysen genutzt werden, um beispielsweise die Wartung der Geräte zu optimieren. Ein spezifisches IoT-Gateway für ABB-Frequenzumrichter vernetzt die Geräte für die lokale oder cloudgestützte Auswertung und das Monitoring.

J. Soder: SEW-Eurodrive bietet seinen Kunden über Driveradar ein breites Portfolio an Möglichkeiten, um aus Daten Mehrwerte zu generieren. Mit Driveradar ist es möglich, anhand der bereits vorhandenen Daten – die im Betrieb von SEW-Antriebssystemen erfasst werden – den Zustand von Produkten bzw. Maschinen und Anlagen zu bestimmen. Über moderne Datenanalyseverfahren lässt sich mittels eines digitalen Zwillings eine genaue Prognose zu einem sich anbahnenden Ausfall abgeben. Damit ermög­lichen wir es, unge­plante Störungen im Betriebs­ablauf zu ver­hindern, Verschleiß zu erkennen und Stillstandzeiten zu minimieren. Die Systemlösungen sind auf eine Erhöhung der Produktivität und eine Verbesserung ­der Gesamtanlageneffektivität ausgerichtet. Condition Monitorung und Predictive Maintenance nehmen dabei ­eine Schlüsselrolle ein.

Abbildung der Systemarchitektur von Ecostruxure von Schneider Electric

Die Systemarchitektur von Ecostruxure von Schneider Electric (Bild: Schneider Electric)

Mit welchen konkreten Lösungen und Serviceleistungen begleiten Sie Ihre Kunden?

J. Soder: Mit Driveradar bieten wir unseren Kunden ein ganzheitliches, digitales Abbild der Antriebskomponenten (SmartProduct) und Systemlösungen. Die Basis dafür ist der SmartSupport, welcher die technische Infrastruktur zwischen lokalen oder aggregierten Antriebs- oder Systemdaten, zum Beispiel aus einem Edge Computing, und der übergelagerten IT-Systeme bildet. Die Grundlage für all das ist bestenfalls unser Automatisierungsbaukasten Movi-C, da hier bereits Mechanismen zur einfachen Anbindung, Datenerfassung und optionalen Vorverarbeitung integriert sind. Mit dem Einsatz von Produkten aus dem ­Driveradar-Portfolio eröffnen sich für Betreiber solcher Systeme eine ganze Reihe von Mehrwerten und Optimierungspotenziale. Dazu zählen zum Beispiel eine verbesserte Transparenz über die Einsatz- und Betriebsbedingungen des be­trach­teten Antriebs, eine Steigerung der Gesamtanlageneffizienz, verbesserte Plan­barkeit von Instandhaltungsmaßnahmen, reduzierter Bedarf an bevorrateten Ersatzkomponenten und die Möglichkeit zur Prozessoptimierung.

N. Wessel: Ob in der Siebtechnik, in der Wasserwirtschaft oder in der Verpackungsindustrie – wo auch immer Antriebstechnik zum Einsatz kommt, werden besondere Anforderungen an den Service gestellt. Hinzu kommt, dass allein die Anreise zum fehlerhaften Gerät mit bis zu 50 % der Instandsetzungszeit zu Buche schlägt.
In der IIoT-Ära muss es aber gar nicht so weit kommen. Ist der Frequenzumrichter in eine ganzheitliche Lösungsarchitektur wie Ecostruxure eingebettet, lassen sich aus den gewonnenen Felddaten mit Unterstützung cleverer Softwaretools wie Eco­struxure Maintenance Advisor nützliche Infos ableiten, per Ferndiagnose und Zustandsüberwachung Anomalien im Betrieb frühzeitig erkennen und auf Basis smarter Daten gezieltere und proaktive Wartungs- und Geschäftsentscheidungen treffen. Die Vorteile: Die Anlagenperformance wird dadurch langfristig gesteigert, was die Produktivität erhöht und die Betriebskosten senkt.

Dabei bietet ein cloudbasiertes Servicemodell Herstellern und Betreibern mehrere Vorzüge: So haben sie immer den Status ihres Antriebs im Blick und können sich im Fall eines Ereignisses per SMS oder E-Mail mit Nennung der Antriebs-ID und -Lokalisierung benachrichtigen lassen. Ist der Fehler identifiziert bzw. die Fehlernummer bekannt, wird zur FAQ-Datenbank verlinkt, sodass sich das Problem mit kontextueller Hilfe schnell und komfortabel beheben lässt. Instandhaltungsmaßnahmen sind aus der Ferne planbar, sodass das Serviceteam nicht mehr zwingend vor Ort sein muss, um sich einen Überblick über die Vitalität und Performance des Antriebs zu verschaffen.

A. Wallnöfer: Für unsere Antriebe bieten wir den Service ABB Ability Condition Monitoring für Drives an. Er liefert den Kunden Echtzeitinformationen zu Ereignissen der angeschlossenen Frequenz­umrichter, um deren Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit sicherzustellen und den Wartungsbedarf zu ermitteln. Zu den überwachten Parametern gehören die Verfügbarkeit der Frequenzumrichter, Umgebungsbedingungen sowie Störungen. Mögliche Probleme können damit frühzeitig erkannt werden, und Unternehmen können notwendige Wartungsmaßnahmen rechtzeitig einleiten, bevor es zu einer Störung kommt.

Der Trend geht klar weg von einer reaktiven Reparatur oder zeitbasierten Wartung hin zu einer zustandsbasierten Instandhaltung, um Serviceteams nach Bedarf einzusetzen und nicht nach einem festen Zeitpunkt. Natürlich ersetzt das nicht den Servicetechniker vor Ort. Durch die vorherige Analyse weiß er aber, welche Maßnahmen er voraussichtlich vornehmen muss. Mögliche Maschinenstillstände lassen sich dadurch verkürzen oder sogar vermeiden.

Abbildung des Driveradar von SEW-Eurodrive

Driveradar ist der ­Ansatz von SEW-Eurodrive für ein ganzheitliches digitales Abbild von Antriebskomponenten und Systemlösungen mit der Vision, dem ­Kunden tiefe Einblicke in Antriebskomponenten, Systemlösungen und Prozesse zu ermöglichen (Bild: SEW-Eurodrive)

Was sind die nächsten Schritte auf Ihrer „Drives-4.0“-Roadmap, wo geht die Reise hin?

A. Wallnöfer: Mit Blick auf die Entwicklung im Bereich des Predictive Maintenance in den nächsten Jahren geht ABB davon aus, dass mehr Komponenten in die vorausschauende Wartung eingebunden werden. Ziel ist das Monitoring von komplexeren Teilsystemen. So zum Beispiel dem Antriebsstrang mit Kom­ponenten, wie Transformator, Frequenzumrichter, Motor, Kupplung, Getriebe, Lager und Pumpen.

Mit ABB Ability Condition Monitoring für den Antriebsstrang sind wir diesen Schritt bereits großteils gegangen. Es handelt sich hierbei um eine Lösung vom Feld bis in die Cloud, mit der Kunden alle Antriebskomponenten überwachen und leicht auf Zustandsinformationen zugreifen können. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass alle Komponenten ihren Zustand im Dashboard des Nutzerportals über ein Ampelsystem melden. Dieses zeigt an, ob der Stresslevel noch im grünen Bereich ist oder sich schon im roten befindet. Das Wartungspersonal erhält dadurch einen systematischen Blick auf die Antriebsstränge, kann aber auch Details, wie Schwingungs- oder Temperaturdaten, einsehen.

Auch für das Zukunftsthema Digital Twins bietet ABB bereits praxistaugliche Lösungen. Die erste Stufe kann hier der Frequenzumrichter bilden. Als intelligentes Gerät im Prozess lässt er Rückschlüsse auf den Gesamtprozess zu. Mithilfe von Data-Analytics-Lösungen können sogar ganze Maschinen überwacht und Vorhersagen über notwendige Wartungen getätigt werden. Die nächste Stufe stellt die Prescriptive Maintenance dar. Bei diesem Service wird der Anwender nicht nur bei der Diagnose eines Problems unterstützt, sondern ihm werden auch Handlungsempfehlungen an die Hand gegeben, wie er genau das Problem vermeiden oder beseitigen kann. Stufe 3 bildet schließlich der Digital Twin. Beispielsweise kann der Digital Twin eines Frequenzumrichters Simulationsmodelle in einer digitalen Fabrik ergänzen, um die Systemintegration ganzheitlich zu testen, um Auswirkungen von Defekten vorherzusagen. Mit Digital Twins lässt sich also ein kompletter Antriebsstrang abdecken.  

J. Soder: SEW-Eurodrive geht dahin, die komplette Wertschöpfungskette vom Kundenauftrag bis zur Auslieferung des Produkts beim Kunden digital abzubilden. Darüber hinaus gehen wir mit Drive­radar den Schritt in die Optimierung einer Maschine, Anlage oder Produktion im laufenden Betrieb. Das bietet unseren Kunden einen wesentlichen Mehrwert: Zustände werden transparent, Wartungen planbar, Ausfälle minimiert. Denn gerade die Stillstandszeiten einer Maschine, Anlage oder Produktion sind keine produktiven Zeiten im Sinne der Wertschöpfung. Wir wollen mit intelligenten Produkten, Lösungen und Services für den Anwender die Gesamtanlageneffizienz weiter erhöhen. Um Kunden und Interessenten auf dem Weg zu dieser Smart Factory zu unterstützen, haben wir den Bereich Maxolution Factory Automation gegründet. Mit einem vielfältigen Portfolio, bestehend aus Consulting- und Planungsdienstleistungen, Smart Services wie Simulationen, Virtual Reality und Augmented Reality, vorgedachten intelligenten Prozessmodulen und fahrerlosen Assistenzsystemen, können unsere Experten schon ­heute die Fabrik von morgen realisieren.

N. Wessel: Mit unserem jüngsten Neuzugang in der Altivar-Process-Linie, dem ATV6000 als Komplettlösung für Mittelspannungsantriebe, werden Unternehmen durch verbesserte Prozessleistung und Asset-Management-Fähigkeiten im Zusammenspiel mit dem bereits genannten Ecostruxure Asset Advisor in die Lage versetzt, bis zu 30 % Energie einzusparen: Durch intelligente Datenerfassung, Zugang zu Echtzeitinformationen und Schlüsselindikatoren sowie Lebensdauerüberwachung des Energieverbrauchs mithilfe des integrierten Energie-Dashboards lassen sich ein besseres Energiemanagement erreichen und Stromkosten senken.

Der Fokus auf Energieeffizienz – bei gleichzeitiger Produktivitätssteigerung und weniger Ausfallzeiten – ist ein Kernpunkt unserer „Drives-4.0“-Roadmap, denn dem Thema kommt wachsende Bedeutung zu. Schon heute setzen immer mehr Kunden auf Frequenzumrichter, um Energie zu sparen. Diese Entwicklung wird sich auch in Zukunft weiter fortsetzen.

www.abb.de

www.sew-eurodrive.de

www.se.com

Portrait von Armin Wallnöfer, ABB Automation Products GmbH

Armin Wallnöfer ist Digital Leader Motion bei der ABB Automation Products GmbH (Bild: ABB)

Portrait von Niels Wessel, Schneider Electric

Niels Wessel ist Product Manager Drives & HMIs DACH im Marketing Global Operations bei Schneider Electric (Bild: Schneider Electric)

Portrait von Johann Soder, SEW-Eurodrive

Johann Soder ist COO bei SEW-Eurodrive (Bild: SEW-Eurodrive)