Use Cases
Zwei Use Cases liefern im Zuge der Projektlaufzeit dringend benötigte Lösungsansätze für mehr Effizienz, Nachhaltigkeit, Flexibilität und Kostenersparnisse. Sie decken die aktuellen Bedarfe der Industrie ab und werden prototypisch in einem Reallabor-Demonstrator umgesetzt. Die hohe Bedeutung der Praxistauglichkeit macht Antrieb 4.0 einzigartig. Denn anders als in anderen Forschungsvorhaben sind die relevanten Anwendungsfälle mit relevanten Stakeholdern erarbeitet worden. Der ergebnisoffene Ansatz stellt den ökologischen und ökonomischen Mehrwert für die Industrie sicher. Umfassende Datenbankrecherchen, mehrere Workshops, Expertengespräche und eine Online-Umfrage bei relevanten Unternehmen und Institutionen führten schließlich zur Auswahl der Use Cases mit dem größten Innovationspotential.
High Priority Use Cases
Digitalisiertes Asset Management
Industrieanlagen werden zunehmend komplexer und bestehen aus einer unüberschaubaren Menge an Komponenten und Bauteilen. Die daraus resultierende mangelnde Transparenz über die installierte Basis führt zu einer Informationsasymmetrie bei den Akteuren, die im schlimmsten Fall Sicherheitslücken, Effizienzeinbußen, erhöhte Ausfallzeiten oder verkürzte Lebenszyklen zur Folge haben kann. Das digitalisierte Asset Management setzt bei dieser Problematik an und sorgt dafür, dass die Anlagenhersteller und -betreiber den Überblick über eine immer komplexer werdende Anlagenstruktur behalten. Alle wichtigen Informationen eines Assets über seinen gesamten Lebenszyklus hinweg werden an einer zentralen Stelle und in einem standardisierten Format bereitgestellt und nur autorisierten Akteuren im Ökosystem zugänglich gemacht. Ziel des Use Cases ist es, die Effizienz des Antriebssystems einer Anlage zu verbessern, Stillstandszeiten zu reduzieren, die Sicherheit zu verbessern, den Lebenszyklus zu verlängern und zirkuläre Strategien zu ermöglichen
Ganzheitliche energieeffiziente Auslegung von Antriebslösungen
Elektrische Antriebe werden in Produktionsprozessen eingesetzt, die hochtechnologisch und kundenspezifisch sind. Für den Anlagenhersteller ist die Auswahl der geeigneten Antriebskomponenten deshalb ein komplexer Prozess, der nicht nur ökonomische und technische, sondern auch ökologische Aspekte beinhaltet. Bei dieser Problematik setzt der Use Case „Ganzheitliche energieeffiziente Auslegung von Antriebslösungen“ an. Konkret geht es um die Möglichkeit für Anlagenhersteller, Antriebssysteme für ein vom Betreiber vorgegebenes Last- und Bewegungsprofil durch die Kombination von Antriebskomponenten unterschiedlicher Hersteller möglichst energieeffizient auszulegen. Für das vorgegebene Last- und Bewegungsprofil und die ausgewählte Konfiguration des Antriebssystems können Energieverbräuche prognostiziert und während der Inbetriebnahme verifiziert werden. Die verifizierten Prognosen für den Energieverbrauch ermöglichen einen kontinuierlichen Abgleich mit den aktuellen Energieverbräuchen im laufenden Betrieb. Auf diese Weise können Anomalien frühzeitig erkannt werden. Gleichzeitig können dem Antriebshersteller Betriebsdaten zur Verfügung gestellt werden, um die Entwicklung der Antriebstechnologie zu optimieren.
Enabling Use Cases
Erfassung und Visualisierung von hochauflösenden Signaldaten
Use Case 03
Signaldaten einer Antriebsachse richtig auszulesen, stellt eine große Herausforderung für Unternehmen dar. Zum einen liegen die Mess- und Zustandsdaten nicht in einer geeigneten Auflösung vor oder können nur zeitverzögert erfasst werden. Zum anderen gibt es keine Möglichkeit, die Daten auf einem einzigen herstellerneutralen Tool abzubilden. Der Entwicklung eines standardisierten Oszilloskops soll im Use Case Abhilfe schaffen und hochaufgelöste Signaldaten eines Antriebssystems herstellerneutral erfassen können. Der Anwender profitiert von einer einheitlichen Bedienung, der selektiven Auswahl von Informationen und der Visualisierung der Daten in Echtzeit. Eine schnellere Inbetriebnahme von Antrieben, Maschinen und Anlagen kann damit gewährleistet werden.
Diagnose Logbuch – Der erweiterte Fehlerspeicher
Use Case 04
Kommt es bei Betriebsausfällen oder Fehlermeldungen einer Maschine zu Störungen, werden bei der Behebung mögliche Antriebsprobleme oder -ausfälle nur unter erschwerten Bedingungen festgestellt. Auftretende Fehler im Bereich der Antriebe werden bisher isoliert betrachtet, ohne einen Zusammenhang mit dem Monitoring von Prozessgrößen der Maschine herzustellen. Im Use Case wird deshalb an einem erweiterten Fehlerspeicher geforscht, der sowohl bei der Inbetriebnahme als auch im laufenden Betrieb Meldungen über Ereignisse und Betriebszustände geben kann. Eine standardisierte Schnittstelle ermöglicht dabei in der übergeordneten Steuerung oder im Falle eines Fernzugriffs auf diese Meldungen zuzugreifen. Der Use Case arbeitet darüber hinaus an der Bereitstellung der Daten in einem einheitlichen Format, damit generische Tools entwickelt und proprietäre Lösungen vermieden werden können.
Externe Smarte Sensorik zur Erweiterung der Datenbasis
Use Case 05
Die hohe mechanische Nutzung einer Maschine führt zu Verschleiß und häufig zu längeren Ausfallzeiten. Momentan kann die Häufigkeit der Nutzung aufgrund fehlender Sensorik nicht ausreichend dokumentiert werden. Abhilfe sollen hier externe smarte Sensorikmodule schaffen, indem sie die Datenbasis für Antriebssysteme bei der Nutzung erweitern. Dafür werden die Daten von dem jeweiligen externen Modul an die Speicherungs- und Analyseapplikation gesendet und mit den bestehenden Daten aus dem Antriebssystem verknüpft. Auf diesem Weg lassen sich Antriebssysteme überwachen und Daten über den Maschinenzustand sammeln, die bislang nicht zur Verfügung standen. Maschinenstillstände können dank des Use Cases verhindert werden.
Elektronisches Leistungsschild mit Industrie 4.0-Funktionalität
Use Case 06
Eine einheitliche Datenstruktur für Antriebe ist das Thema des Use Cases Elektronisches Leistungsschild mit Industrie 4.0-Funktionalität. Mit Hilfe von ECLASS, ein Datenstandard für die Klassifizierung von Produkten und Dienstleistungen, wird an der Möglichkeit der digitalen Speicherung und Darstellung der Produktstammdaten geforscht. Dadurch sollen künftig die Daten digital über Branchen, Länder, Sprachen oder Organisationen hinweg ausgetauscht werden können. Bislang ist keine eindeutige Identifikation von Antrieben möglich. Wertvolle Informationen zu Leistungsdaten wie Schaltart, Spannung, Frequenz und Leistungsfaktor sind dadurch nicht vorhanden. Das elektronische Leistungsschild ermöglicht eine eindeutige und herstellerunabhängige Identifikation. Damit verringert sich der Installationsaufwand, da Antriebe unterschiedlicher Hersteller nicht mehr für den jeweiligen Umrichter konfiguriert werden müssen. Unternehmen profitieren von einer deutlich schnelleren Motor-Inbetriebnahme, effizienteren Maschinen und einer hohen Flexibilität bei der Komponenten-Wahl.
User spezifischer Zugriff auf Daten im Datenraum durch Authentifizierungsmanager
Use Case 07
Daten müssen zu jeder Zeit geschützt werden. Um Datenmissbrauch vorzubeugen, ist die Identifikation einer Person unabdingbar. Dies erfordert erhöhte Sicherheitsanforderungen in allen Bereichen der Automatisierung. Aktuell gibt es dafür nur unzureichende Sicherheitsmechanismen. Ziel des Use Cases ist der Aufbau eines schrittweisen Konzeptes zur Identifizierung einer Person. Entsprechende Zugriffskontrollsysteme sollen die benötigten Antriebs-, System- und Steuerungsdaten ausschließlich autorisierten Stakeholdern innerhalb des Netzwerks zur Verfügung stellen und damit reibungslose Prozesse und Abläufe bei gleichzeitiger Wahrung der Datensicherheit gewährleisten.
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