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Smarte Sensoren

Von der Strommessung zum Digitalen Zwilling: Lösungen für heterogen Maschinenparks

Die Kosten steigen, das Bewusstsein für eine nachhaltigere Produktion auch – Für kleine und mittelständische Unternehmen wird die Frage nach dem Energieverbrauch und einer angepassten Produktion immer wichtiger. Gerade wenn unterschiedliche Anlagen und Maschinen von verschiedenen Anbietern zusammen in einer Halle betrieben werden, wird das Messen von Energieverbräuchen herausfordernd. Wenn dann auch noch regelmäßig am heterogenen Maschinenpark umgebaut wird, braucht es eine besondere Lösung für die Erfassung der Produktion. Gemeinsam mit dem Mittelstand-Digital Zentrum Schleswig-Holstein konnte die Maschinenfabrik Harry Lucas GmbH & Co. KG aus Neumünster nun eine Lösung erarbeiten, die am Ende doch überraschend einfach war.

  • Harry Lucas GmbH & Co. KG
  • 65 Mitarbeitende
  • Texiltstrickmaschinen
  • Sensoring und Cloud-Monitoring

„Wir stellen Textilstrickmaschinen her, die vielfältig in der technischen, medizinischen und modischen Industrie verwendet werden. So werden auf unseren Maschinen zum Beispiel auch Nieder- oder Hochdruckschläuche gefertigt, die in der Automobilindustrie eingesetzt werden“, erklärt Harry Lucas, Geschäftsführer bei der Maschinenfabrik Harry Lucas. Das Unternehmen möchte vor allem den Leerlauf ihrer Maschinen reduzieren, der durch die Wartezeiten zwischen den Maschinen entsteht. Außerdem sollte es möglich werden den CO2-Fußabdruck der Produktionsprozesse zu bestimmen. „Unsere große Herausforderung ist es, dass wir hier einen sehr heterogenen Maschinenpark haben. Bisher können wir die Auslastung unserer Maschinen nur schätzen, weil herkömmliche Lösungen eher auf einen homogenen Maschinenpark ausgelegt sind“, macht Harry Lucas deutlich. Das Unternehmen ist daher auf der Suche nach fachlichem Input. Beim Zentrum Schleswig-Holstein findet sich für den Maschinenhersteller schließlich eine einfache Lösung.

Gemeinsam mit Marco Cimdins, Tim Johansen und Stefan Weidemann hat sich das Unternehmen mit der Netzwerktechnologie LoRaWAN, smarten Sensoren und der Erstellung eines Cloud-Monitoring beschäftigt. Ob eine Maschine läuft oder stillsteht, konnte bisher nicht zentral überwacht werden. Gesucht war daher ein System, mit dem Betriebszustände bestimmt und kabellos an einen zentralen Ort gesendet werden können. Dabei sollte die Installation am besten wenig Einfluss auf den laufenden Betrieb haben: Benötigt wurde eine Sensorik, die möglichst bei laufendem Betrieb ohne größere Montagearbeiten eingebaut und eingerichtet werden kann. Eine weitere Herausforderung für die kabellose Übermittlung waren die großen Metallflächen in der Maschinenhalle, die eine Funkübertragung sehr erschweren. „Abschließend war uns noch wichtig, dass die Bedienenden und die Fertigungsleitung möglichst einfach einen aktuellen und vollständigen Überblick über die Zustandsdaten erhalten. So können wir bei Störungen oder Engpässen direkt eingreifen und etwas im Ablauf verändern,“ erklärt Harry Lucas.

Die Mitarbeitenden gingen die Herausforderung dabei in vier Schritten an:

  1. Bestimmung der Betriebszustände:
    Die Betriebszustände der Maschinen sollten durch eine Strommessung erfasst werden. In einem ersten Schritt mussten daher die verschiedenen Stromzustände der Maschinen gemessen werden und Schwellenwerte für die verschiedenen Zustände bestimmt werden.
  2. Installation von smarten Sensoren:
    Um die Strommessung dauerhaft in den Maschinen zu ermöglichen, können smarte Sensoren in den Maschinen integriert werden, welche die Daten per Funk direkt an ein zentrales Gateway senden.
  3. Aufbau eines LoRaWAN-Netzwerkes:
    Für Räume mit großen Metallflächen bietet sich die LoRaWAN-Technologie an. Bei guter Ausrichtung können die Daten kabellos an einen zentralen Ort gesendet werden, trotz vieler Metalloberflächen in der Produktionshalle.
  4. Einrichtung einer Visualisierung
    Die gesendeten Daten werden an einem zentralen Ort in eine Datenbank übertragen. Hier wird auch die Schwellenwertumrechnung durchgeführt. Mit Hilfe einer Software können diese Daten nun visualisiert werden.

Durch das Projekt gemeinsam mit dem Zentrum Schleswig-Holstein hat Harry Lucas einen Einblick gewonnen, wie ein System zum Monitoring der Produktion mit einfachen Mitteln und verhältnismäßig geringem Aufwand schnell Transparenz über Anlageneffektivität und Verfügbarkeit bietet. Mit dem Projekt wurde der Grundstein für einen digitalen Energie-Zwilling des Unternehmens gelegt. Für die Zukunft können die Belegungen der Maschinen besser geplant werden. „So haben wir zügig eine Idee bekommen, wie wir unsere ganze Produktion überwachen können“, freut sich Harry Lucas: „Für uns hat sich die Zusammenarbeit mit dem Mittelstand-Digital Zentrum Schleswig-Holstein sehr gelohnt. Nun können wir unsere Produktion zukünftig stärker auf eine lean-production ausrichten und unsere Ressourcen noch effektiver einsetzen.“ Die Daten, die das Unternehmen gewinnt, werden gebündelt und können für die zukünftige Planung genutzt werden. Ein digitales Abbild der Produktion macht die Daten der Maschinenhalle auch für spätere Prognosen mit künstlicher Intelligenz  bereit.

Die Vorteile für das Unternehmen auf einen Blick:

  • Know-how-Transfer zu LoRaWAN, smarten Sensoren, Monitoringlösungen und digitalem Energy-Twin
  • Prototypische Umsetzung eines Produktionsmonitoringssystems
  • Fachlicher Austausch
  • Detaillierte Erkenntnisse zu Maschinenverbräuchen und -zuständen