Smar­te Maschi­nen und Interoperabilität

Die inno­va­ti­ve, auf dem Digi­ta­len Zwil­ling basie­ren­de, open source Lauf­zeit­um­ge­bung und Platt­form kiwai­OS, wel­che ihre inno­va­ti­ve smar­te Pum­pe antreibt und mit einer smar­ten App aus­stat­tet, bezeich­net Zeil­fel­der Pum­pen als „einen neu­en Mei­len­stein der Soft­ware­ent­wick­lung in Rich­tung smar­ter Maschi­nen und Interoperabilität“.
Die kiwai­OS Platt­form, die im Rah­men des vom BMBF geför­der­ten David Pro­jek­tes als Open Source Soft­ware ent­wi­ckelt wur­de, wur­de von Zeil­fel­der Pum­pen zusam­men mit dem Team um kiwai­OS erst­ma­lig auf der Ache­ma 2022 prä­sen­tiert. Der Digi­ta­le Zwil­ling ist das Zau­ber­wort, dass vie­le Besu­cher als auch ande­re Aus­stel­ler magisch auf deren Mes­se­stand ange­zo­gen hat.
 
 
Apps und Digi­ta­ler Zwil­ling in einer Plattform
Die digi­ta­le Platt­form kiwai­OS löst auf ein­zig­ar­ti­ge Wei­se ein Pro­blem, wel­chem vie­le Anbie­ter von indus­tri­el­len Gütern der­zeit begeg­nen: Indus­trie­un­ter­neh­men bedie­nen sich in Ihrer Pro­duk­ti­on einer Viel­zahl von Gerä­ten und Maschi­nen, die im Rah­men der Pro­zess­di­gi­ta­li­sie­rung alle Daten lie­fern und aus­tau­schen sol­len. Die­se ein­zel­nen Maschi­nen sind jedoch nur schwer für die Inte­gra­ti­on von Dritt­an­bie­ter Soft­ware zugäng­lich. Sie lie­fern und tau­schen Daten in nicht stan­dar­di­sier­ter Seman­tik aus. Auch tech­ni­sche Daten und CAD-Model­le sind auf unter­schied­lichs­te Sys­te­me ver­teilt. Dem Anwen­der obliegt die kom­ple­xe Her­aus­for­de­rung, die­se Daten zu har­mo­ni­sie­ren und zusam­men­zu­füh­ren, um den Über­blick über sei­ne Pro­duk­ti­on zu behalten.
Auch bei Zeil­fel­der Pum­pen wur­de man immer wie­der mit die­ser Pro­ble­ma­tik kon­fron­tiert. Pum­pen und Sen­so­rik lie­ßen sich nur müh­sam in Anla­gen inte­grie­ren und die Ent­wick­lung von smar­ten Soft­ware­kom­po­nen­ten ent­pupp­ten sich immer wie­der als kost­spie­li­ge Insellösungen.
Die kiwai­OS Platt­form löst die­se The­ma­tik durch ein neu­ar­ti­ges Kon­zept im Maschi­nen­bau: Ähn­lich wie für Smart­pho­nes, wer­den auf der Platt­form Apps ange­bo­ten, mit denen sich aktu­el­le Funk­tio­na­li­tä­ten und smar­te Algo­rith­men schnell in die Pum­pe inte­grie­ren las­sen. Anders als bei Smart­pho­nes jedoch, bie­tet die inno­va­ti­ve, offe­ne Platt­form allen APPs die­sel­be Daten­ba­sis, den Digi­ta­len Zwil­ling der Pum­pe, sowie die Zwil­lin­ge Ihrer Kom­po­nen­ten. Damit kön­nen Apps mit­ein­an­der inter­agie­ren, zusam­men­ar­bei­ten und sich kom­ple­men­tie­ren. Die offe­ne Archi­tek­tur und die ange­bo­te­nen SDKs ermög­li­chen es auch, Dritt­an­bie­ter Apps für die Pum­pe oder ande­re Maschi­nen schnell und mit mini­ma­lem Auf­wand zu ent­wi­ckeln. Auch das Hin­zu­fü­gen von Kom­po­nen­ten unter­schied­li­cher Her­stel­ler und die Inte­gra­ti­on derer Signa­le und Daten, wie zum Bei­spiel Sen­so­ren, Moto­ren oder Umrich­ter wird stan­dar­di­siert und erfolgt ein­fach durch das Ando­cken des Digi­ta­len Zwil­lings der Kom­po­nen­ten an dem der Pum­pe.
 
Inter­ope­ra­bi­li­tät durch den Digi­ta­len Zwilling
Tech­no­lo­gisch basiert der ange­wen­de­te Digi­ta­le Zwil­lin­ge auf der Ver­wal­tungs­scha­le (AAS), die von der Platt­form Indus­trie 4.0 und der IDTA stan­dar­di­siert wird, was die Inter­ope­ra­bi­li­tät mit ande­rem Sys­tem sichert. Auch das Modu­le Type Packa­ge (MTP), wel­ches Auto­ma­ti­sie­rungs­sys­te­me in der Pro­zess­in­dus­trie modu­la­ri­siert, kann in der AAS inte­griert wer­den. Neben der Ver­wal­tungs­scha­le setzt die Platt­form auf wei­te­re offe­ne Schnitt­stel­len, die sich am aktu­el­len Indus­trie­stan­dard ori­en­tie­ren, wie zum Bei­spiel BaSys 4.2, OPC-UA, MQTT, IO-LINK und in Zukunft die Spra­che für I4.0‑Komponenten nach VDI/VDE 2193.
„Die­ser Durch­bruch ver­än­dert nach­hal­tig die Art und Wei­se, wie unse­re Pum­pen neue Fähig­kei­ten erlan­gen kön­nen. Auch wäh­rend des Betrie­bes kön­nen neue Apps und Funk­tio­nen hin­zu­ge­fügt wer­den“ sag­te Chris­ti­an Born­stein, Geschäfts­füh­rer des Unternehmens.
Use Case — Monitoring
Zur Ver­bild­li­chung die­ser The­ma­tik fol­gen­des Szenario:
Sie betrei­ben eine Pum­pe, wel­che digi­tal über­wacht und abge­bil­det wer­den soll.
Nun grei­fen Sie auf kiwai­OS zu und ver­bin­den dort – mit­tels des Digi­ta­len Zwil­lings — in einer ein­fach zu bedie­nen­den App die gelie­fer­ten Daten des Fre­quenz­um­rich­ters (Strom­auf­nah­me, Motor­tem­pe­ra­tur, Motor-Dreh­zahl, Fre­quenz) mit einem an der Pum­pe ange­brach­ten Tem­pe­ra­tur­sen­sor, mit den saug- und druck­sei­tig instal­lier­ten Druck- und Tem­pe­ra­tur­sen­so­ren, sowie mit einer druck­sei­tig instal­lier­ten elek­tro­nisch gere­gel­ten Arma­tur oder einem “digi­ta­li­sier­ten“ Sperr­sys­tem für die rotie­ren­den Dichtungen.
All die­se Signa­le erge­ben ein kom­plet­tes Bild der Maschi­ne und wer­den im Digi­ta­len Zwil­ling gespei­chert und durch die App visualisiert.
Der Digi­ta­le Zwil­ling ist draht­los im haus­in­ter­nen Netz­werk mit ent­spre­chen­den Berech­ti­gun­gen zugäng­lich und kann in der Leit­stel­le über­wacht wer­den. Auf Wunsch kann auch ein Cloud­sys­tem zur Remo­te­über­wa­chung genutzt wer­den. Alle Para­me­ter las­sen sich so im Leit­rech­ner oder im Tablet des Betriebs­in­ge­nieurs dar­stel­len und auch pro­to­kol­lie­ren. Über das Set­zen von Grenz­wer­ten sind Alarm­mel­dun­gen mög­lich und vie­les mehr. Hier­bei hilft das offe­ne Kon­zept der Apps. So kön­nen neben den Stan­dard-Apps auch ein­fach zu ent­wi­ckeln­de, bedarfs­in­di­vi­du­el­le Apps imple­men­tiert werden.
Use Case — Doku­men­ta­ti­on und Beschaf­fung von Ersatzteilen
Neben den Betriebs­pa­ra­me­tern wer­den auch in wei­te­ren Apps Betriebs­an­lei­tun­gen, Zeich­nun­gen und War­tungs­plä­ne inklu­si­ve Ersatz­teil­lis­ten aus dem Digi­ta­len Zwil­ling gezo­gen und direkt an der Pum­pe abge­bil­det. Ersatz­tei­le kön­nen dann auch direkt an der Pum­pe per Web­shop-App bestellt wer­den oder ans inter­ne ERP-Sys­tem als Bedarfs­mel­dung gesen­det werden.
Use Case — Produktionsnetzwerk
Die Ver­bin­dung aller Pum­pen und wei­te­rer Maschi­nen einer Pro­duk­ti­on (auch ande­rer Fabri­ka­te sind mit kiwai­OS inte­grier­bar) las­sen eine Gesamt­über­wa­chung und Steue­rung des Pro­zes­ses mit­tels abge­spei­cher­ter Set­tings und hin­ter­leg­ten „Rezep­tu­ren“ zu. kiwai­OS ermög­licht es aber auch, die Pum­pe als Agent bezie­hungs­wei­se als Teil eines losen Pro­duk­ti­ons­netz­wer­kes oder eines „Swarms“ zu betrei­ben. In einem sol­chen Netz­werk wer­den Pro­zess­schrit­te zwi­schen den Akteu­ren unter Anwen­dung der Spra­che Indus­trie 4.0 als Kom­mu­ni­ka­ti­ons­ba­sis, des Digi­ta­len Zwil­lings als Daten­ba­sis und der Apps als Con­tai­ner für die ein­zel­nen Agen­ten ausgehandelt.
Pro­duct-as-a-Ser­vice Model — mög­lich durch kiwaiOS
Das App Model von kiwai­OS eröff­net uns als Pum­pen­her­stel­ler auch wei­te­re Geschäfts­mo­del­le, wie zum Bei­spiel Pro­duct-as-a-Ser­vice. So kann der Ein­satz von Maschi­nen aus der Fer­ne ana­ly­siert und somit ver­rech­net wer­den. Auch Apps bezie­hungs­wei­se Fähig­kei­ten kön­nen nach Bedarf ange­bo­ten oder akti­viert werden.
Open Source Entwicklung
Da kiwai­OS eine Open Source Ent­wick­lung ist, gibt sie allen Maschi­nen­bau­ern (zum Bei­spiel Pum­pen­her­stel­lern) die Mög­lich­keit, sich hier­an anzu­bin­den und somit den Schritt wei­ter in Rich­tung Indus­trie 4.0 zu beschleu­ni­gen, ohne das rie­si­ge Inves­ti­tio­nen in eige­ne Soft­ware­ent­wick­lun­gen getä­tigt wer­den müssen.
Zeil­fel­der Pum­pen hat die­sen Schritt bereits auf der Ache­ma ein­drück­lich bewie­sen und gezeigt, dass der Schritt hin zum DIGIT­Di­gi­ta­len Zwil­ling nicht weit ist. Das Unter­neh­men ist nun bereit für nach­hal­ti­ge The­men wie zum bei­spiel Pre­dic­ti­ve Main­ten­an­ce, Ener­gie­ef­fi­zi­enz, digi­ta­le Wert­schöp­fungs­netz­wer­ke und wei­te­re Geschäfts­mo­del­le wie Product-as-a-Service.