Anwendung von Industrie 4.0 in der ZfP

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1 DGZfP-Jahrestagung 2018 More info about this article: Anwendung von Industrie 4.0 in der ZfP Kurzfassung Johannes BÜCHLER 1, Ralf RATERING 1 1 GE Sensing & Inspection Technologies GmbH, Hürth Kontakt johannes.buechler@bhge.com ralf.ratering@bhge.com Die zunehmende Automatisierung und Digitalisierung in der ZfP bilden wesentliche Elemente für Industrie 4.0, das aus der Vernetzung von Sensoren, Geräten, Maschinen und Menschen besteht. Dazu werden durch Sensoren und Messgeräten große Datenmengen erfasst, bearbeitet, analysiert und Ergebnisse wieder zum Messsystem zurückgeführt um die Prüfung zu optimieren. Für den Anwender ergeben sich dadurch u.a. folgende Vorteile: Nachvollziehbarkeit der Messungen Verbesserte Prüfaussage Automatisierung der Prüfung Optimierung der Produktionsprozesse Vorausschauende Instandhaltung der Prüfanlagen Eine wesentliche Voraussetzung für die Speicherung von großen Datenmengen und der Vernetzung von Komponenten ist eine industrielle Internet Platform, die mit Predix als Cloud basierte Lösung von GE eingeführt wurde. Diese wird am Beispiel der vorausschauenden Korrosionsüberwachung an Rohren vorgestellt. Die Automatisierung der Prüfung erfordert eine robotergesteuerte Führung der Sensorik mit der anschließenden automatischen Auswertung der Messdaten. Zur Entwicklung und Optimierung der erforderlichen Auswertealgorithmen sind große Datenmengen zur Analyse notwendig. Um die Ausfallzeiten bei automatisierten Prüfanlagen, die in der Produktionslinie eingebunden sind zu minimieren, ist eine vorausschauende Wartung unbedingt erforderlich. Dazu kann über die erforderlichen Anlagenschnittstellen der Prüfsysteme eine Fernüberwachung der Anlagenparameter durchgeführt werden, die durch entsprechende Sensorik erfasst werden. Lizenz: 1

2 Industrie 4.0 in der ZfP Johannes Büchler Ralf Ratering DGZfP Jahrestagung Leipzig 2018 Agenda Einführung Beispiele Aktivitäten bei der DGZfP Ausblick & Diskussion

3 Einführung Industrie 4.0 in der ZfP Zunehmende Automatisierung und Digitalisierung in der ZfP, Daten sind der Rohstoff der Zukunft: Automatisierte Erfassung von Messdaten Erzeugung großer Datenmengen Bearbeitung und Analyse von Daten Vernetzung von Informationen Rückführung der Informationen zum Messsystem zur Optimierung der Prüfung

4 Vorteile für den Anwender Nachvollziehbarkeit der Messungen Archivierung großer Datenmengen Verwaltung der Messungen Verbesserte Prüfaussage Auswertung großer Datenmengen Entwicklung intelligenter Algorithmen (machine learning) Automatisierte Prüfungen Bewegung der Sensorik oder des Testobjekts durch den Prüfroboter Hohe Reproduzierbarkeit der Prüfung Vorteile für den Anwender Vorausschauende Instandhaltung der Prüfanlagen Zerstörungsfreie, kontinuierliche Überwachung Vermeidung von Ausfallzeiten Optimierung der Produktionsprozesse Automatisierung der Prüfung mit Hilfe von Robotik Rückführung der Messergebnisse in den Produktionsprozess

5 Beispiele und Andwendungen Predix Platform von GE Die erste industrielle Internet Platform Für alle Industriesegmente Verbindet Maschinen, Informationen und Menschen Speichert und analysiert Daten Ermöglicht spezifische Anwendungen und Datenauswertungen Cloud basierte Lösung

6 Vorausschauende Korrosionsüberwachung, PCM APM P ❶ q rst ❷ ❸ P ❹ 10 ❺ ❻ 12 3 q 45 6tq ❼ Vorausschauende Korrosionsüberwachung, PCM Viele fest angebrachte UT Sensoren Batterielaufzeit des Messsystems über 5 Jahre Drahtlose Übertragung der Wanddickenmessdaten Speicherung und Datenauswertung in der Cloud

7 Vom UT Prüfkopf nach Predix ❽ ❾ ❿➀ ➁➂ ➀ ➃➀➄➅➆➇➈➅ ➇➂ ➉➇➈➈ ➊➋ ➌ ➊➈ ➀ ➀ ➆➇➊➈ ➋ ➀ ➍ ➋➁➆ ❿ ➀ ➁➂ ❾ ➎➋ ➋ ➋ ➀ ❾ ➏ ➀ ❾ ➋ ➃➀ ➋➐ PCM Vorteile Reproduzierbare Messungen Kontinuierliche Überwachung an vielen Prüforten incl. ATEX Bereichen Speicherung und Analyse von Wanddickenmesswerten Erkennung von Wanddickentrends Globaler Zugriff auf die Daten Rechtzeitige und planbare Wartung Erhöhung der Betriebszeit

8 Kleberprüfung mit Ultraschall Überprüfung der Verklebung zweier Bleche, Fehlen von Klebstoff Reflektion und Transmission mit Dämpfung Blech A Blech B Klebstoff Wo Klebstoff ist, wird weniger Schall reflektiert ➑➒ Prüfung mit dem neuartigen Bond-Scanner Verwendung eines linearen Arrays über ganze Verklebung Kleiner Pitch der Elemente für eine gute Auflösung Überlappende Apertur für lückenlose Abdeckung blankes Blech Verklebung ➑➓

9 Bond-Scanner Biegsamer Array Prüfkopf 10 MHz, 64 Elemente 0,5 mm pitch, 5 mm Breite Integrieter Encoder Kompakte Bauweise C-Bild mit Bond-Scanner Klebstoff vorhanden Kein Klebstoff vorhanden ➑

10 Automatische Bildauswertung Erfordert automatische Defekt Erkennung ADR, Assisted/Automated Defect Recognition Lernprozess Große Datenbasis Entwicklung Validierung ADR Algorithmus Test Test Bond Scanner Ausblick Automatisierung der Prüfung: Prüfkopf wird durch Roboter geführt Automatische Auswertung des C-Bildes, Kleber/kein Kleber Rückführung der Prüfinformation zum Kleberroboter Erforderlich: Sammeln und analysieren von C-Bildern (machine learning) Entwickeln des Auswertealgorithmus Enge Zusammenarbeit zwischen den Herstellern und Anwendern

11 Automatisierte Prüfanlagen in der Zukunft Vorausschauende Wartung um Ausfallzeiten zu minimieren: Fernüberwachung wichtiger Anlagenparameter (Spannungen, Temperaturen, Feuchtigkeit, Anlagenzustände) Überwachung der Sensorik (Empfindlichkeit) Verbesserung der Auswertealgorithmen: Zusammenführung der lokalen und globalen Prüfdaten Vergleich der Prüfdaten Rückführung der Auswerteergebnisse in den Produktionsprozess Verwalten und sichern großer Datenmengen Automatisierte Prüfanlagen in der Zukunft Erforderlich: Einbau zusätzlicher Sensorik in die Anlagen Abstimmung der Schnittstellen zwischen Analgenhersteller/- betreiber für den Datenaustausch Sichere Datenablage Rückverfolgbarkeit der Prüfdaten

12 OPC-UA als Standard für Systemdatenüberwachung Open Platform Communications Unified Architecture: OPC-UA ist ein industrielles Machine to Machine- Kommunikationsprotokoll Wichtig für Austausch und Auswertung von Maschinendaten Verbreitet im Industrie 4.0-Umfeld IEC-Normenreihe IEC BHGE ist Mitglied der OPC Foundation Open Platform Communications Systemdatenüberwachung mit OPC-UA + Predix OPC-UA UT System USIP xx Field Agent Remote Analysis

13 Systemdatenüberwachung mit OPC-UA + Predix - Temperatur Modul 1 - Temperatur Modul 2 Automatisierung von CT Systemen Û Ü Ý 8 Þß à ÏÐÑÒÓÔÕ Ö ØÙÚ Þ ß Ýß ß à ãäåä æçèéêëäêåçìäç íç îíêëï åçë ðéèñòíêäó ôõö øù ú ûõùüýþÿõ õ ùüþ ù ú ø õùü øù õù þ þ ùûõÿø ùþ þ ùù ùþûûþ þ þ ú ùõ ÿ õûùø þ þ ù õ ÿþ ø þ ô þ þ ø û ô ø þ à Þ á Þßâ Ö ØÙÚ

14 Beispiel einer Automatisierungslösung für eine CT Prüfung Verkettung von 4 CT Systemen Fahrbare autonome Roboter Platzsparende Anordnung durch Geräteplattform Flexible Anbindung an vor- und nachgelagerte Prozesse Einfach skalierbar Industrie 4.0 in der ZfP Aktivitäten bei der DGZfP

15 Industrie 4.0, Aktivitäten bei der DGZfP Gründung Fachausschuss ZfP 4.0 (Prof. Valeske, IZFP Saarbrücken) mit 4 Arbeitsgruppen: Intelligente Sensortechnologie (Smart Micro-Electronics) Schnittstellen und Datenspeicherung (Messsystem, Fertigungsmaschine, Fabrik, Rückverfolgbarkeit von Daten) Mensch-Maschine-Interaktion (Zuverlässigkeit, Systemaufbau) Ausbildung DGZfP Arbeitsgruppe zu ZfP 4.0: Schnittstellen und Dokumentation Ziele: Schnittstellen Messgerät/Prüfergebnisse incl. Fertigungsprozesse Rückverfolgbarkeit, Reproduzierbarkeit der ZfP-Daten Kommunikation mit den Fachverbänden Arbeitsgruppenleiter: Dr. Johannes Vrana, johannes@vrana.net

16 Zusammenfassung Erweiterung der Messsysteme, Intelligenz in die Sensorik, Automatisierung Schaffung einer sicheren Infrastruktur zur Ablage und Bearbeitung der Messdaten Übergabe der Messergebnisse in den Produktionsprozess zur Prozessoptimierung Vorausschauende Wartung der Infrastruktur und Prüfsysteme Enge Zusammenarbeit zwischen den Geräteherstellern und Anwendern Industrie 4.0 in der ZfP