Schritt für Schritt zur Nachhaltigkeit in der Produktion: Die transparente Darstellung von Ereignissen oder Kennzahlen in der Produktion ist im Laufe der Zeit durch Methoden wie das Lean Management in vielen Bereichen vorhanden und ermöglicht eine bessere Kommunikation zwischen den Mitarbeitenden und Organisationsebenen im Unternehmen. In vielen anderen Bereichen der Produktion ist diese Transparenz und Rückverfolgbarkeit von Ergebnissen oder Verbräuchen nicht gegeben.

Digitalisierung reduziert Energie- und Ressourcenverbräuche

Besonders in Zeiten von enormen CO2-Einsparungszielen und der Minderung von Energie- und Ressourcenverbräuchen ist gerade in diesem Bereich eine Transparenz dringend notwendig. Problematisch ist hier häufig die Datenerfassung bei möglicherweise älteren Maschinen oder die allgemeine Anbindung von Maschinen und Anlagen an das Datennetz. Neu entwickelte Sensoren und das Internet of Things eröffnen inzwischen neue Möglichkeiten, um kostensparend zu digitalisieren und somit die Nachhaltigkeit des Unternehmens zu optimieren.

Beispiel 3D-Drucker: So stellen Sie Energietransparenz sicher

Als Demonstration für einen solchen genannten Anwendungsfall kann jede Maschine oder Kleinanlage dienen. Wir haben zur Veranschaulichung einen konventionellen, auf die Heimanwendung spezialisierten 3D-Drucker (Kunststoffextrusion, additive Fertigung) gewählt. Der Drucker verwendet keine direkten internen Schnittstellen (s. Abbildung). Als Sensorik und zur Energiemessung dient Low-Cost-Sensorik, die zum einen eine gewisse Stabilität, aber auch die nötige Datenrate und Verarbeitungsqualität für einen Produktionsanwendungsfall aufweist. Um die Energietransparenz für den Drucker sicherzustellen, haben wir eine Heimautomatisierungssteckdose eingesetzt. Sie kann per Wireless-Lan verbunden und mit allen anderen Komponenten des Netzwerks gekoppelt werden. Mit einfachen Softwareerweiterungen (bspw. OpenSource Octoprint) lässt sich die verbaute Sensorik verbinden und steuern. Als Knotenpunkt dient in diesem Fall ein Netzwerk aus Raspberry Pis, die die Datenverarbeitung sicherstellen.

Abbildung 1: Aufbau des 3D-Druck-Demonstrators (links, IWF TU Braunschweig1), Live-Dashboard (rechts, IBM Watson IoT Plattform)

Die, im Gegensatz zu komplexen Industrielösungen, vergleichsweise einfache Hardware, kann mit der Software Node-Red gekoppelt werden. Dies ist eine Low-Code IoT Software, die auch für unerfahrene Anwender zu verstehen ist und beispielsweise auf einem Raspberry Pi installiert werden kann. Mittels dieser Software ist die intelligente Vernetzung aller Komponenten und die Übermittlung – zum Beispiel eine IoT-Plattform wie IBM Watson – möglich.

Für die Visualisierung der Datenströme sind keine Programmierkenntnisse notwendig

Die Visualisierung des kontinuierlichen Datenstromes ist über die gängigen Plattformen (oder auch direkt über Node-Red) einfach umzusetzen und benötigt keine weiteren Programmierkenntnisse. Aufgrund der weiteren Sensorik, die in dem hier vorgestellten Anwendungsfall verbaut wurde, sind zudem noch weitere Parameter sehr einfach transparent und rückverfolgbar gemacht worden: beispielsweise die Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder auch Vibrationen am Werkstück oder der Anlage.

Der erste Schritt zur Nachhaltigkeit: Transparenz der Energieflüsse

Das transparente Aufzeigen von Energieflüssen an einer Anlage ist einer der ersten Schritte zur Erreichung einer nachhaltigen Produktionsumgebung. Sind Energie- oder Ressourcenverschwendungen ausgemacht, können diese mittels Methoden der Energieeffizienz oder -flexibilität beseitigt oder optimiert werden.

Firmengespräche zur Energietransparenz

Gerne besprechen wir mit Ihnen Möglichkeiten der Installation von entsprechender Hardware oder der vorgestellten Low-Cost-Sensorik in einem Firmengespräch (auch als online-Termin möglich). Kostenfreien Termin vereinbaren.

1 Inhaltlich aus: Mennenga, M. et al.: Architecture and development approach for integrated cyber-physical production-service systems; 2019; CIRP Conference on Life Cycle Engineering