Geautomatiseerde proces- en machinebewaking met Siemens Sinumerik Edge

DIGITALISERING in bestaande producties is allesbehalve een bijzaak. Want hoe indrukwekkend de grafische analyses en algoritmen van veel softwareleveranciers ook mogen zijn, er blijft één uitdaging bestaan: voordat gegevens verwerkt kunnen worden, moeten ze uit de machines en processen gehaald worden. Digitalisering kan in de praktijk slechts stapsgewijs resultaten opleveren omdat tegelijkertijd moet worden gewaarborgd dat de technologische basis beschikbaar blijft voor verdere digitalisering.

Met Sinumerik Edge biedt Siemens een oplossing voor de vereisten van productiebedrijven met werktuigmachines. De compacte hardware kan op bestaande gereedschapsmachines aangesloten worden. De apparaten werken niet alleen met de Sinumerik-besturingen, maar kunnen bijvoorbeeld via SPS- of OPC-UA- en Umati-interfaces ook met andere gegevensbronnen en MES- of ERP-systemen worden verbonden. Het voordeel voor machineoperators: Sinumerik Edge maakt een machinespecifieke, maar van automatisering onafhankelijke en uniforme infrastructuur voor digitalisering in de productie mogelijk.

De belangrijkste taak van Edge Computing: de apparaten registreren in real time op machineniveau gegevens van de besturing (en andere signaalgevers). En dit zonder terugwerkende kracht op de besturing – wat belangrijk is voor de werking van de machines. De geoptimaliseerde hardware van de Sinumerik Edge zorgt ervoor dat dit ook lukt bij hoogfrequente gegevens (tot 1000 metingen per seconde) voor maximaal 100 variabelen tegelijk. Dankzij de geïntegreerde computerprestaties kunnen deze gegevens al in het Edge Device worden gefilterd of via rekenbewerkingen worden verwerkt en gereduceerd, nog vooraleer de gegevens via een selectie van communicatie-interfaces uitgevoerd worden. De gegevens kunnen ook worden verstuurd naar servers in het bedrijfsnetwerk en/of naar MindSphere, de cloudgebaseerde IIoT-oplossing (Industrial Internet of Things) van Siemens.

Maar Sinumerik Edge biedt meer dan alleen gegevensverzameling en communicatie: op de toestellen kunnen ook verschillende apps worden gebruikt. Bovendien is het Sinumerik Edge-platform open. Gebruikers kunnen verschillende apps centraal aankopen bij Siemens. Andere toepassingen kunnen eenvoudig via de Sinumerik Flow Creator worden gecreëerd of via een SDK (Software Development Kit) worden aangepast en geprogrammeerd, al naargelang de behoeften van machinefabrikanten en -operators. Belangrijk voor ondernemingen is dat die openheid zijn grenzen heeft, met het oog op veiligheid en betrouwbaarheid. Sinumerik Edge-toestellen zijn zogenaamde Managed Devices. Dat betekent dat Siemens verantwoordelijk is voor het beheer van het platform en zo de veiligheid van toestellen, gegevens, communicatie en de gebruiksomgeving garandeert. Daarom zijn er beveiligingsfuncties geïntegreerd, zoals versleuteling van gegevens en communicatie, toestel-ID’s, certificaten, toegangsrechten en authenticatie, rollen en rechten, gescheiden netwerklagen, back-ups en updates. Die functies verschillen niet van app tot app. Software kan enkel centraal als managementplatform geïnstalleerd worden via Siemens MindSphere. Op die manier wordt een externe, onbevoegde toegang tot machines of gegevens verhinderd.

De Sinumerik Edge-app ‘Analyze MyWorkpiece/Monitor’ voor kwaliteitsborging laat zien hoe coherent dit totaalconcept is. Deze app biedt een slimme oplossing: in plaats van alleen een selectie van werkstukken na de productie op omslachtige wijze handmatig of in afzonderlijke processtappen te controleren, worden kwaliteitsvariabelen tijdens de bewerking automatisch geregistreerd, direct op het niveau van de werktuigmachine. Alle werkstukken worden gecontroleerd; dus er is honderd procent testdekking. Dankzij continue procesbewaking kunnen defecte werkstukken betrouwbaarder, sneller en goedkoper geïdentificeerd worden.

In de software worden de te registreren kwaliteitsvariabelen met een klik geselecteerd en wordt de opdracht gegeven om deze variabelen in real time in de Sinumerik Edge te registreren. Variabelen kunnen elk type aandrijf-, as- of spoelparameters zijn, evenals gegevens van bijkomende sensoren of meetsensoren. De selectie gebeurt in grafische schema’s; programmeervaardigheden zijn niet nodig.

De geregistreerde evolutie van deze signaalwaarden uit foutloze bewerkingen wordt door de software gebruikt als Training Data Units (TDU). Via statistische procedures wordt op basis van deze TDU’s een bewakingsmodel met maximaal toegestane afwijkingen berekend. Het bewakingsmodel vormt de basis voor de concrete bewaking. De app Analyze MyWorkpiece/Monitor slaat dan voor elk werkstuk een testrapport op en documenteert zo of de parameters binnen het bereik blijven. Wanneer een ontoelaatbare afwijking in het proces wordt geregistreerd, dan zal dat een alarm activeren en kan het eventueel defecte werkstuk onmiddellijk worden bewerkt of eventueel worden verwijderd.

Juist daar waar kleine oorzaken een groot effect kunnen hebben, wordt zeer snel duidelijk welke voordelen continue procesbewaking via de Sinumerik Edge-app te bieden heeft. Een praktisch voorbeeld zijn tapgaten in aandrijvingsonderdelen, waarbij men fouten zonder een manuele of afzonderlijke controle pas in een latere fase bij de montage zou ontdekken. Dat brengt veel kosten met zich mee.

De uitbouw van de Sinumerik-Edge-infrastructuur kan stapsgewijs gebeuren – in vele richtingen. Dat is een groot voordeel. Je kunt bijvoorbeeld in het begin alleen machines met Edge Devices aansluiten. Een volgende stap zou kunnen zijn om meer machines aan te sluiten en/of meer apps te gebruiken op de bestaande Sinumerik Edge Devices. Alleen Siemens biedt een groot aantal apps aan.

Zo werkt ook de app ‘Analyze MyMachine/Condition’ met een referentiemodel. De toepassing genereert uit hoogfrequente gegevens over asbewegingen, stijfheid, wrijving, speling enz. een mechanische vingerafdruk van individuele machines. De machine wordt regelmatig en langdurig bewaakt en actuele gegevens worden altijd vergeleken met het referentiemodel. Als afwijkingen en tekenen van slijtage aan het licht komen, wordt een alarm geactiveerd. Onderhoud kan al naargelang de behoefte tijdig worden gepland. Onderhoud op maat wordt beschouwd als de manier om de beschikbaarheid van werktuigmachines te optimaliseren en het onderhoud af te stemmen op de snel veranderende productiebehoeften.

Via de Siemens Software Marketplace ( https://www.dex.siemens.com/ ) kunnen Edge-apps online aangekocht worden. Bij het ontwikkelen en plannen van een specifieke toepassing kan het winkelwagentje in het systeem aangemaakt, gedeeld en gecontroleerd worden door de klant, de verkoper en de consultant. Klanten krijgen op elk moment toegang tot actuele informatie. Zoals Sinumerik Edge een open systeem is voor apps van andere ontwikkelaars, zal er in de toekomst in de Siemens Software Marketplace ook een verscheidenheid aan Edge Apps van alle leveranciers beschikbaar zijn.

Bovendien bouwt Siemens de Software Marketplace uit tot een uitgebreid platform voor digitale toepassingen, zodat klanten betrouwbaar alle onderdelen van de oplossing op één centrale plek kunnen bestellen.

De gegevens van app-oplossingen zoals Analyze MyMachine/Condition kunnen ook naar MindSphere worden overgezet en daar in overeenkomstige MindSphere-apps locatieoverschrijdend en plaatsonafhankelijk worden gebruikt, bijvoorbeeld om locatieoverschrijdende gegevens van machines met dezelfde kenmerken te vergelijken. Op die manier kan men de machines in heel de onderneming bewaken, en serviceteams op andere locaties en machinefabrikanten betrekken bij de service in het onderhoud – automatisch, onafhankelijk van de locatie en zonder extra kosten.

Siemens heeft met zijn platforms voor de meest uiteenlopende niveaus en werkvelden een consistent en schaalbaar concept ontwikkeld – zowel op het niveau van de machine (in de machine), over verschillende machines heen (in line) als locatieoverschrijdend (in de cloud). Via de standaard OPC UA- en Umati-interfaces kunnen ook besturingen van andere fabrikanten via Sinumerik Edge worden aangesloten.

Procesbewaking of op de behoefte afgestemd onderhoud via de app kan voor veel bedrijven een eerste, snel bruikbare stap zijn in de analyse van toestands- en procesgegevens. Sinumerik Edge is de optimale oplossing voor de verdere digitalisering van de productie.