Fernüberwachung
Im Folgenden wird ein Beispiel für eine Fernüberwachung auf Basis ei-nes technischen Cloudsystems vorgestellt, welches bei dem weltweit operierenden Druckmaschinenhersteller Heidelberg zur Überwachung der Produktqualität aufgebaut wurde. Ein wesentlicher Erfolgsfaktor von Druckmaschinen ist die präzise Fertigung von Druckwalzen. Das Schleifen der Zylinderoberfläche als abschließendes Fertigungsverfahren stellt eine große Herausforderung dar, weil neben den üblichen Anforderungen an Form- und Maßhaltigkeit auch optische Anforderungen an die Oberfläche über die Akzeptanz der Bauteile im folgenden Beschichtungs- und Montageschritt entscheiden. Die 100%-Prüfung der optischen Oberflächenbeschaffenheit erfolgt dabei heute in einem nachgelagerten Prozess-schritt außerhalb der Maschinen unter Spezialbeleuchtung. Dies hat zur Folge, dass Veränderungen im Gesamtprozess Werkstück, Schleifscheibe, Werkzeugmaschine nur mit zeitlicher Verzögerung entdeckt werden können. Des Weiteren treten die Veränderungen des Prozesses vielfach schleichend auf, sodass zwar im Nachgang bei einer Rückwärtsverfol-gung der Serie der Ausgangspunkt der Veränderung bzw. das Über-schreiten eines Grenzwertes ermittelt werden kann, jedoch dann eine Nacharbeit von mehreren Druckwalzen erforderlich ist. Eine wesentliche Zielgröße bei der optischen Beurteilung der Zylinderoberfläche sind „Rattermarken“ − mit dem bloßen Auge kaum wahrnehmbare Welligkeiten auf der Oberfläche. Die Ursache hierfür kann, neben den unmittelba-ren Zerspanungsparametern wie Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Schleifscheibendurchmesser, auch und im Besonderen in einer der Maschinenkomponenten liegen. Das Auftreten der Rattermarken und insbesondere deren Ursache sind ohne geeignete Überwachung nicht zeitlich vorhersehbar. Beim Auftreten muss dann aber sofort reagiert werden, um den Fehler einzugrenzen und die Nacharbeit zu minimieren bzw. die Erregerquelle auszuschalten und die Störung zu beheben.
Im Rahmen eines von der EU geförderten Projektes wurden der Schleifprozess von Stahlzylindern auf einer Schaudt Polygon-Schleifmaschine durch ein Expertenteam aus Forschung, Instandhaltung und Betreiber analysiert und eine Prozessüberwachung entwickelt, die im laufenden Betrieb hauptzeitparallel die Veränderungen im Gesamtsystem aufzeichnet, bewertet und so ein frühzeitiges Eingreifen ermöglicht. Die verwendete Sensorik zur Zustandsbewertung der Maschinenkomponenten und des Prozesses sind Beschleunigungsaufnehmer. Da der Entstehungsort, der für die Rattermarken verursachenden Schwingungen, im Vorfeld nicht bekannt ist, wurden dreiachsige Sensoren auf den Maschinenkomponenten Spindelkasten, Werkstückspindel und Reitstock sowie ein einachsiger Sensor auf dem Maschinenbett montiert. Zur ortsauflösenden Bestimmung der Schwingungen werden zusätzlich die Maschinenkoordinaten aufgezeichnet. Bei einer Abtastrate von 12,5 kHz und einer Auflö-sung von 16 Bit für die Beschleunigungssensoren entsteht auf diese Weise pro Zerspanungsstunde an einer Maschine ca. 1 GByte an Rohdaten. Eine Speicherung und ein Datentransfer dieser Rohdaten zu einem nicht vor Ort sitzenden Experten, der die Daten analysieren kann, wären ineffi-zient und würden einen hohen Zeitaufwand bedeuten. Die in dem EU-Projekt untersuchte Maschine war in einem Werk in Deutschland installiert, der für die Datenanalyse zuständige Experte saß in Irland [11]. Die Idee zur Fernüberwachung durch einen ortsfernen Experten basiert auf einer bereits in der Maschine implementierten Datenvorverarbeitung, welche die Daten in Informationen überführt und somit auf eine netzwerkgeeignete Größe reduziert .
Hierzu wurde in der Schleifmaschine ein CompactRIO-System mit FPGA-Chip installiert, auf das der Experte außerhalb des Produktionswerks Zugriff hat. Auf diese Weise ist eine Anpassung der Datenanalyse durch den Experten möglich. Die durch die Analyse gewonnenen Informationen werden durch das System auf einem FTP-Server abgelegt und auf einem Analysemonitor angezeigt .
Um die Anwendungsmöglichkeiten des Systems auf die Shopfloor-Ebene zu erweitern, wurde an der Maschine das oben dargestellte Display installiert. Auf diesem kann der Experte ausgewählte Informationen in Realtime anzeigen lassen, die dann direkt dem Maschinenbediener zur Verfügung stehen.