Industrie 4.0

SPS Steuerung

per App

Vernetzung von Industriemaschinen
mit Mobile Devices

Ortsunabhängige Datenübertragung
auf zentrale Cloud-Systeme

Asynchrone Übertragung mittels

Bluetooth Low Energy

Industrie 4.0 – SPS Steuerung per App

Ausgangssituation

Vernetzung von Industriemaschinen

Nicht vernetzte Industriemaschinen müssen im Zeitalter von Industrie 4.0 mit einer zentralen Datenbank verbunden sein. Dabei ist die Nachvollziehbarkeit der Produktion durch lückenlose Dokumentation von Daten sicherzustellen.

Auch Bestandsmaschinen, die bisher über keine Vernetzung verfügen, müssen über ein Netzwerk mit der Datenbank verbunden sein. Dies betrifft auch mobile Produktionsmaschinen.

Eine Vernetzung muss selbst dort möglich sein, wo überhaupt kein herkömmliches Netzwerk bzw.  Internet-Verbindung vorhanden ist.

Herausforderungen

  • Daten sollen zwischengespeichert werden können.
  • Es gibt hohe Hardware-Produktionskosten, weil Displays und Steuerungseinheiten notwendig sind.
  • Welches Datenformat ist für die Kommunikation notwendig?
  • Aufwändige Integration in ein bestehendes Netzwerk.
  • Wie gelingt die Kommunikation zwischen zwei oder mehreren Maschinen untereinander?
  • Ist keine Netzwerk oder Internet Verbindung vorhanden, funktionieren einige Systeme nicht mehr.
  • Usability der vorhandenen/eingesetzten Touch Screens ist nicht mehr zeitgemäß

Lösung

Drahtlose Übertragungstechnologien

Es werden die vor Ort verfügbaren drahtlosen Übertragungstechnologien (LTE, WLAN, Bluetooth) verwendet.

Fast jede Maschine (SPS) kann mit einer seriellen Schnittstelle erweitert werden. Jede Hardware mit einem RS232 Protokoll und einer seriellen Schnittstelle kann über BLE verbunden werden.

Über eine Bluetooth Low Energie (BLE) Verbindung kann die Maschine mit dem Smartphone (iPhone) / Tablet bidirektional kommunizieren.

Die Verbindung ist eine peer to peer Verbindung. Der Datenaustausch und die Software Updates können problemlos erfolgen.

Auch wenn keine Internet oder Netzwerkverbindung vorhanden ist, können Daten zwischen dem App und der Maschine ausgetauscht werden. Die Produktionsdaten werden in der App zwischengespeichert.

Smartphone

Das Display und die Steuerungseinheiten werden durch das Smartphone selbst ersetzt. Die beste Touch- und Gestensteuerung haben zurzeit die mobilen Apple Displays.

Datenformat

Datenformat ist XML / JSON, auf Wunsch gerne auch ein eigenes Datenformat.

Vernetzung

Die Verbindung über BLE und die App ist Teil eines bestehenden Netzwerks. Über BLE können mehrere Maschinen in der Umgebung miteinander vernetzt werden.

Durch die BLE-Verbindung ist keine weitere Netzwerkverbindung notwendig. Die App beinhaltet einen Offline-Modus. Dieser wird auch bei Ausfall der Funkverbindung automatisch aktiviert.

Entwicklung

Für die Programmierung verwenden wir C# (C-Sharp), die in der Industrie als Standardprogrammiersprache anerkannt wird und zur Microsoft .NET Welt gehört.

Kundennutzen

Kostenersparnis

  • Es muss kein internes kabelgebundenes Netzwerk aufgebaut und betrieben werden, was immer einen hohen Investitions- und Betriebsaufwand mit sich bringt.
  • Datenaustausch bei mobilen Maschinen ist  jederzeit möglich.
  • Kostenersparnis, da keine externen Displays oder Bedieneinheiten benötigt werden. Handhelds für Prüfabläufe können somit von Ihrer Bauform her kleiner gestaltet werden

Dokumentation

  • Durch einfache Hardware, die dem Industriestandard entspricht, kann eine lückenlose Dokumentation der Produktion erfolgen.
  • Bei strittigen Haftungsfragen kann jederzeit über die globale Datenbank der Nachweis über den kompletten Produktionsablauf nachgewiesen werden.
  • Durch die globale Datenbank können frühzeitig und automatisiert Prüfungsintervalle oder Informationen bei erforderlichem Austausch von Verschleißteilen gesteuert werden.

Standardisierte Datenformate

  • Ermöglichung standardisierter Datenformate systemübergreifend

Einfache Bedienung

  • Mitarbeiter / Service benötigen nur noch ein Firmenhandy und bekommen nur die für sie entsprechenden Apps auf ihr Device.
  • Durch die funktionierende Touch- und Gestensteuerung können einfach zu bedienende Oberflächen entwickelt werden. Eine Maschine lässt sich so einfach wie eine App bedienen.

Vernetzung

  • Der Kunde kann entscheiden, ob er eine cloud-basierte oder dedizierte Serveranbindung nutzen möchte.
  • Asynchrone Kommunikation zwischen Maschine und Datenbank- / Backend-System.
  • Die Produktion kann ohne eine Netzwerkverbindung betrieben werden. Produzierte Teile werden bei einer vorhandenen Verbindung automatisch zum Server übertragen.

Sicherheit

  • Peer-to-Peer Übertragung
  • Geringe Reichweite der BLE-Übertragung
  • Passwort geschütztes Koppeln der BLE-Kommunikation
  • Möglichkeit einer aktiven Verschlüsselung zwischen App und Maschine (Performance muss hier beachtet und geprüft werden)
  • Die Anbindung an die Backend- / Datenbank-Systeme kann über Standard-Kommunikation von Smartphone zu Server erfolgen.
  • Absicherung der Kommunikation zwischen App und Server erfolgt über Token basierte Anmeldung.
  • HTTPS Kommunikation
  • VPN Kommunikation

Vernetzung über WWW

  • Eine Übertragung über das WWW kann mit den, beispielsweise beim iPhone üblichen, Sicherheitsstandards gewährleistet werden.
  • Eine VPN-Verbindung ist ohne Probleme möglich.
  • Länderübergreifende Verbindungen sind ebenfalls gewährleistet.

Vernetzung über dezentrales Netzwerk

  • Wenn ein Kunde nicht über ein öffentliches Netzwerk seine Daten versenden möchte, so kann hier ebenfalls ein internes kabelloses Netzwerk aufgebaut werden.
  • Die globale Datenbank kann auf internen dedizierten Servern betrieben werden.
  • Das Device (Smartphone) kann über das interne kabellose Netzwerk verbunden werden, ohne dass es mit dem Internet kommunizieren muss.

Neue Anwendungsbereiche

Durch Speicherung der Daten in einer globalen normalisierten Datenbank können neue Geschäftsmodelle leicht implementiert / angedockt werden.

  • Über eine KI können die Daten ausgewertet werden und anhand dessen Empfehlungen, Warnungen etc. frühzeitig abgegeben werden.
  • Die Überwachung der kompletten Arbeitsabläufe kann von zentralen oder dezentralen Systemen vorgenommen werden.
  • Über Push-Mitteilungen können Störungen schnell und zielgerichtet gemeldet und versendet werden.
  • Testpläne / Ablaufpläne können automatisiert erstellt werden.
  • Veredelung der Produktionsdaten kann vorgenommen werden.
  • Durch Beschriftung der produzierten Teile, beispielsweise durch einen Barcode, kann direkt auf die Produktionsdaten / Testergebnisse zurückgegriffen werden.
  • Bestellung von Ersatzteilen ist durch einfaches Einlesen (Barcode) und Zugriff auf die Datenbank möglich.