Evaluierung in der SmartFactory

Die zwei möglichen Konzepte: Die Power Network Units werden in das Standard Ethernet eingebunden. Der Switch hat damit nur eine energietechnische Zusatzfunktion. ...

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Beide hier vorgestellten Konzepte haben abhängig von den Randbedingungen ihre Relevanz. In Bereichen einer festen Gebäude-Infrastruktur kann das Fehlen der Information über die Topologie durch die genaue Planung des Netzwerks ersetzt werden. Eine größere Flexibilität besteht, wenn die Informationen im Netzwerk generiert werden. In der Praxis wird sich zeigen, in welchen Bereichen welches Konzept die größeren Anwendungsvorteile bietet. Um anwendungsnahe Erfahrungen in die Entwicklung der Produkte einfließen zu lassen, hat Harting eine Kooperation mit dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) gestartet.

Dabei werden die Harting Smart Power Units in die SmartFactory integriert. Der modulare Aufbau der SmartFactory passt ideal zu dem Konzept „Smart Power Networks“. In einem ersten Schritt wird jedes Fertigungsmodul mit einer Smart Power Unit ausgerüstet. Ziel dabei ist es:

• Energieverbräuche in Echtzeit zu messen und damit die Grundlage für ein aktives Energiemanagement zu schaffen. So können durch die Steuerung über das Automatisierungssystem und Leitsystem zum Beispiel Lastspitzen vermieden werden.

... Oder aber, die Switche werden in die Topologie der Energieverteilung eingebunden, was mehrere Vorteile mit sich bringt.

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• Das Netzwerk-Management in die Energieverteilung zu integrieren und die Netzwerk-Topologie der Energieverteilung transparent machen. So sollen neue Diagnosefunktionen erprobt und damit die Verfügbarkeit in der Produktion gesteigert werden. Dieser Punkt wird bei zunehmender Energieverknappung ein entscheidender Nutzen für den Anwender sein.

Im Rahmen der SmartFactory wollen Harting und das DFKI den Nachweis liefern, dass es für die Energie-Effizienz zwei Stellschrauben gibt. Die Funktionen des Energiedatenmanagements, das im Prinzip ein Controlling mit Visualisierung darstellt, werden auch durch heutige Systeme im Rahmen der DIN EN 16001 in ausreichender Weise unterstützt. Diese können durch zusätzliche Leistungsoptimierungsanlagen, die Energielieferverträge kostenoptimiert bedienen, sinnvoll ergänzt werden, so dass die Industrie zukünftig ein wichtiger Teilnehmer im Smart Grid werden kann.

Die zusätzlichen Funktionen, die durch ein aktives Netzwerk-Management entstehen, werden aber heute nicht als ausreichend betrachtet. Die SmartFactory wird hier Beispiele liefern, wie „Smart Power Networks“ die Effizienz der Prozesse steigert.

Autoren: Andreas Huhmann ist Inhouse Consultant für die Strategie der Harting Technologiegruppe.

Lars Reichel ist Market and Application Manager Industrial Network Infrastructure der Global Business Unit Electric, Harting.

John M. Witt ist Manager Power Networks der Global Business Unit Electric, Harting.

Einsatz in der SmartFactory

Dr. Michael Groß, Managing Director ICPN/RFID bei der Harting Techno­logiegruppe: „Das heute diskutierte Energie-Monitoring ist erst ein aller­erster Schritt!“

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In der SmartFactory will Harting anwendungsnahe Erfahrungen mit Smart Power Networks sammeln, um diese in die Entwicklung der Produkte einfließen zu lassen. Dr. Michael Groß beschreibt den Status Quo.

Herr Dr. Groß, welchen Zeitraum planen Sie insgesamt für Ihre Arbeiten in der Smart­-Factory ein?

Dr. Groß: Für Harting ist die Beteiligung am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz ab diesem Frühjahr im Rahmen unserer Smart Network Infrastructure Vision zu sehen.
Die Informationstechnologie wird für die Automatisierung zur treibenden Technologie und kein Bereich bis hin zum Steckverbinder wird sich dem Ubiquitous Computing entziehen. Ohne innovative Softwarelösungen lassen sich keine lösungsorientierten Kommunikationsplattformen verwirklichen. Die gemeinsamen Entwicklungen mit dem DFKI sind langfristig ausgerichtet. Einzelne Projekte wie die Implementierung unserer Smart Network Infrastructure in die SmartFactory dagegen sehen wir als Technologie-Evaluierung, deren erster Schritt innerhalb eines halben Jahres abgeschlossen sein soll.

Warum eignet sich gerade die SmartFactory für Ihre Pläne?

Dr. Groß: Die SmartFactory liefert uns eine Modellfertigung mit modernsten Automatisierungssystemen, die dazu noch modular aufgebaut sind. Das passt ideal zu unserem Smart-Power-Networks-Konzept und weist in die Zukunft. Da es sich um eine Modellfertigung handelt, haben wir darüber hinaus den geistigen Spielraum, um auch ganz visionäre Szenarien zu erforschen. So kann man die Fertigung nicht nur durch die smarten Objekte steuern. Neben einer dezentralen Anlagensteuerung durch smarte Objekte in der industriellen Fertigung wird der smarte Energie-Einsatz im Fertigungsprozess eine größere Rolle spielen. Denn die aktuelle Denkweise, bei der die elektrische Energie als unendliche Ressource einfach aus der Steckdose kommt, ist heute schon von gestern!

Was möchten Sie alles anhand der SmartFactory untersuchen?

Dr. Groß: Als erstes möchten wir die bereits sehr weit entwickelte Harting-Smart-Power-Networks-Technologie realitätsnah einsetzen und erproben.
Unsere Fragen gehen aber weiter. Manche scheinen sogar etwas abwegig zu sein. Wir sind uns aber sicher, dass die Antworten auf diese Fragen ein Schlüssel zur Zukunftsfähigkeit der industriellen Produktion sind. Folgende Fragen versuchen wir zum Beispiel zu untersuchen: Was passiert, wenn die Energie den Prozess steuert? Wie flexibel kann ein Power Network sein? Sind auch Redundanz-
mechanismen im Power Network denkbar? Kann sich ein Power Network selbst organisieren? Kann jeder Verbraucher auch Erzeuger von Strom sein? Wie wird zukünftig ein intelligentes Power-Netzwerk geschützt?

Was haben Sie bereits realisiert? Was steht mittel- und langfristig noch alles an?

Dr. Groß: Wir bauen momentan die Smart Factory mit unseren Smart Power Units aus und werden diese in den nächsten Monaten in Betrieb nehmen. Die Ergebnisse präsentieren wir auf der SPS/IPC/Drives 2011 in Nürnberg.

Was stellt sich bis dato als schwieriger heraus, als Sie es erwartet haben?

Dr. Groß: Die Energieverteilung wird bei Kunden und auch selbst im eigenen Hause sehr
oft als sakrosankt, also als absolut unveränderbar angesehen. Selbst zu neu errichteten Standorten erhalten Neuerungen in diesem Bereich nur schwer Zugang. Dieses konservative Denken
muss aufgebrochen werden, damit Innovationen auf fruchtbaren Boden fallen. Die enormen Herausforderungen der Zukunft, wie der steigende Energiebedarf bei begrenzten Ressourcen, sollten die Bereitschaft fördern, die Dinge neu zu denken.

Eines Ihrer wesentlichen Ziele ist, die Verfügbarkeit der Produktion zu erhöhen. Zu diesem Ziel wollen sie neue Diagnosefunktionen erproben. Wie kann man sich solche neuen Diagnosefunktionen vorstellen?

Dr. Groß: Man kann auf bewährte Ethernet-Netzwerk-Management-Funktionen zurückgreifen. Da wäre zum Beispiel das Topology upload über ein Link Layer Discovery Protocol. Im Ethernet kann sich der Anwender jederzeit ein Bild über das Netzwerk verschaffen. Das erzeugt Transparenz. Ethernet beherrscht auch vermaschte Netzwerke durch RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol), was man sich zu
Nutze machen kann. Optische Strecken werden hinsichtlich ihrer Dämpfung überwacht.

In dem Zusammenhang ist beispielsweise heute bereits die Zustandsüberwachung von Power-Leitungen durch eine Spannungsfallüberwachung möglich. Kombiniert mit entsprechenden Ortsfunktionen wird im Fall der Wartung oder Reparatur das Servicepersonal direkt an die Fehlerquelle geführt. Nicht zuletzt kann an einem Switch der Port eines fehlerhaften Endgeräts einfach abgeschaltet werden, ohne dass große Netzwerk-Bereiche außer Betrieb genommen werden. Das wäre ein alternatives Schutzkonzept, bei dem für die Produktion vitale Funktionen immer funktionsbereit blieben.

Welche Ergebnisse werden Sie auf der SPS/IPC/Drives in diesem Jahr vorstellen?

Dr. Groß: Auf der SPS/IPC/Drives werden wir einen ersten Erfahrungsbericht geben. Dabei wollen wir den realen Nutzen für den Anwender formulieren. Wir sind überzeugt, dass das heute überall diskutierte Energie-Monitoring nur ein allererster Schritt ist und der Vorteil für den Anwender neben der Aufdeckung von Energie-Effizienz-Potenzialen in der Nutzung dieser steckt. Dabei kann er sogar zusätzlich seine Unternehmensprozesse optimieren. Das führt zu einer Steigerung der Energie-Effizienz und Anlagenverfügbarkeit des Anwenders.

Die SmartFactory

Die SmartFactory ist eine Technologie-Initiative, die sich zum Ziel gesetzt hat, innovative Industrie-Anlagetechnik mit einer weiten Bandbreite von Anwendungen in den verschiedensten Wirtschaftsbranchen zu entwickeln. Die SmartFactory, die Vision der „Fabrik der Zukunft“, ist eine herstellerunabhängige Forschungs- und Demonstrationsanlage, die beliebig modifizierbar und erweiterbar ist. In ihr verbinden sich vielfältige Komponenten verschiedener Hersteller.

Die Demonstrations- und Entwicklungsanlage füllt farbige Handwaschseife beziehungsweise farbiges Wasser in Dispenserflaschen ab, die etikettiert und schließlich kommissioniert werden. Dazu wurden ein verfahrenstechnischer Teil und ein Stückgut-Prozess mit industrietypischen Geräten aufgebaut.