Sensorsysteem draagt bij aan transparantie en efficiëntie
HARTING vertrouwt op gedigitaliseerde processen voor uitgebreide energiemonitoring
De HARTING Technology Group is een wereldwijd toonaangevende leverancier van industriële aansluittechniek. Voor de groep werken ongeveer 6.200 medewerkers op 44 locaties en 15 productiefaciliteiten wereldwijd. Het familiebedrijf streeft er niet alleen naar om zijn klanten te allen tijde producten van de beste kwaliteit te leveren, maar zet zich ook in voor duurzaamheid. Om zo efficiënt en dus zo milieuvriendelijk mogelijk te produceren, bespoedigt HARTING de digitalisering van de productiefaciliteiten in de hoofdvestiging in Espelkamp.
"De datatransparantie, zoals we die hier in onze drie fabrieken reeds bijna volledig hebben bereikt, stelt ons in staat om een objectieve blik op onze productieprocessen te werpen", aldus Thomas Kämper, Head of IIoT Solutions & Services bij HARTING Electronics. Meerdere honderden machines geven hun data al door aan het IT-niveau, waar ze door het team van Thomas Kämpers permanent worden geanalyseerd.
Retrofit-standaard voor heterogeen machinepark
Luca Manuel Steinmann, Process Data Engineer IioT bei HARTING Electronics, beschrijft de uitdagingen die met de realisatie van de centrale gegevensanalyse gepaard gingen: “We hebben een heel heterogeen machinepark met bijbehorende heterogene interfaces en protocollen. Hierover ontvangen we reeds vele relevante procesgegevens en informatie, bijv. over cyclus- en storingstijden. Dit moest in de datainfrastructuur van het OT-niveau worden geïntegreerd om de informatie voor de analyse op het IT-niveau toegankelijk te maken. Daarnaast hebben we extra sensoren ingebouwd om de behoefte aan koelwater, perslucht of stroom te kunnen bepalen."
Bij de keuze van de standaard voor de retrofit om installaties te digitaliseren, koos HARTING al snel voor IO-Link. Ter plaatse aan de machine geïnstalleerde IO-Link-masters registreren de gegevens van het sensorsysteem dat op de betreffende machinelocatie is geïnstalleerd en dragen ze over aan het IT-niveau. Hierdoor wordt de informatie-interface tussen de operatieve technologie (OT), dus de machines, en het informatietechnologische (IT) niveau gecreëerd.
Afbeelding 1: Op het IT-niveau komen de gegevens van alle machines samen en deze worden door de data-analisten van HARTING geanalyseerd.
Afbeelding 2: De IO-Link-master bundelt de gegevens van de aangesloten sensoren en geeft ze zowel aan de veldbus als aan een edge gateway door.
Voordeel IO-Link: één sensor, veel informatie
"De voordelen van IO-Link zijn duidelijk", aldus Thomas Kämper. "Dankzij de open, wijdverspreide standaard kunnen we heel eenvoudig extra sensoren aansluiten om het digitale machinebeeld nog scherper te stellen. Via standaard interfaces zoals Modbus TCP of IoT Core kunnen we de gegevens op een uniforme en intuïtieve manier opvragen." Een ander pluspunt dat het team overtuigt: de sensoren geven meteen meerdere belangrijke procesgegevens door. Zo kiest HARTING bijvoorbeeld voor de persluchtmeter SD van ifm om het verbruik van perslucht precies te registreren. De sensor geeft via IO-Link niet alleen de actuele doorstroomwaarden door, maar geeft met druk, temperatuur en totale hoeveelheid extra relevante gegevens weer die voor de controle van het persluchtnetwerk relevant zijn. Een voorbeeld van de druk: in de regel hebben machines voor de correcte werking een druk van 6 tot 6,5 bar nodig. Als deze waarde daalt, kan dit bijvoorbeeld op een lekkage in het leidingnet wijzen.
Leidingsysteem volledig bewaken, kosten verlagen
Met productvarianten voor leidingen van DN8 tot DN250 biedt ifm een uitgebreid portfolio waarmee de druk van de perslucht van de opwekker tot de verbruiker perfect kan worden gecontroleerd en aan het IT-niveau kan worden doorgegeven. Dit helpt om het drukverlies in het leidingsysteem snel en precies te lokaliseren en te verhelpen – een op lange termijn effectievere en voordeligere maatregel dan het drukverlies met meer compressorvermogen en dus een verhoogde ingangsdruk tegen te gaan: één bar minder druk in het leidingsysteem kan de energiekosten met wel zeven procent verlagen. Met het IIoT-platform moneo biedt ifm een softwaretool waarmee het drukverschil geautomatiseerd wordt berekend en lekkages, verstopte filters en andere oorzaken van overmatig persluchtverbruik snel en eenvoudig kunnen worden geïdentificeerd.
Waardevolle blik in het persluchtnetwerk. Duidelijk te herkennen: Basisverbruik (1) en productieverbruik (2) verhogen na het optreden van de lekkage (3) aanzienlijk. Na het verhelpen van de lekkage daalt het basisverbruik tot bijna nul (4).
De persluchtmeter SD is beschikbaar voor leidingen met de afmetingen DN8 tot DN250.
Duurste energievorm nauwkeurig bewaakt
Ook HARTING legde bij de digitalisering al snel de focus op de registratie van het persluchtverbruik. "Perslucht is een van de duurste energievormen in de industrie", aldus Luca Manuel Steinmann. "Daarom is het belangrijk om het verbruik nauwgezet te controleren om al vroeg eventuele lekkages in het persluchtnetwerk te identificeren. Omdat perslucht een onzichtbare hulpbron is, waarvan men het verlies in een lawaaierige dagelijkse productieomgeving niet zomaar meteen opmerkt, hebben we het project 'lekkageherkenning' opgestart. Al snel bleekt hoe groot het besparingspotentieel is: "Aan één installatie merkten we op basis van de ontvangen gegevens een enorme stijging van het persluchtverbruik. Omdat deze stijging niet alleen tijdens de productie, maar ook bij het stand-bybedrijf kon worden vastgesteld, was duidelijk dat de machine onderhoud nodig had. Bij de inspectie werd een lekkage in het persluchtsysteem vastgesteld. Die werd zo snel mogelijk verholpen, zodat de onderhoudstijd van de identificatie tot de reparatie aanzienlijk werd verkort", aldus Thomas Kämper.
Een ander voordeel hierdoor: de daaruit resulterende besparing van energie. Zo kunnen zowel financiële alsook energieverliezen enorm worden verminderd.
Elke machine geeft een hele reeks meetwaarden aan het IT-niveau door. "Hier komen de afzonderlijke stukjes informatie samen om een totaalbeeld te vormen dat ons een nauwkeurig overzicht geeft van de actuele gezondheidstoestand van elke machine", aldus Thomas Kämper. "Gecombineerd met de cameragebaseerde analyse van de productiekwaliteit kunnen we naast het op de behoefte gebaseerde onderhoud van een machine ook de productiekwaliteit continu garanderen. De hoge procestransparantie, die we door de analyse van de gegevens bereiken, verkort onze reactietijd, waardoor het onderhoud gericht en gepland kan verlopen. Dit alles draagt bij aan een hogere en kwalitatief hoogwaardige productoutput – en tegelijk een vermindering van het afkeurpercentage."
AI moet het juiste onderhoudstijdstip bepalen
Het einde van het optimaliseringstraject hebben Thomas Kämper en zijn team in elk geval bij lange nog niet bereikt: nu al werken de analisten eraan om het optimale tijdstip voor het verhelpen van een lekkage eveneens door data ondersteund te bepalen. "Een machine onmiddellijk stilleggen voor het onderhoud is niet altijd de meest economische manier van werken. Want niet alleen de lekkage, maar ook de machinestilstand veroorzaken kosten. Ik ben zeker dat we op dit vlak met behulp van kunstmatige intelligentie in de toekomst nog efficiënter zullen worden."
Voor de volledige gegevenstransparantie worden alle machines van de HARTING-vestiging Espelkamp netwerktechnisch verbonden.
Geen out-of-the-box-oplossing
Naast de productkwaliteit biedt de dataregistratie echter ook informatie over de CO2-balans van elk product dat HARTING in Espelkamp vervaardigt. "We zijn in 2017 in het kader van de certificering van ons energiemanagementsysteem volgens ISO 50001 hier in de vestiging al begonnen met het digitaal registreren en analyseren van de energiebehoefte van onze productie. Omdat er voor deze toepassing geen out-of-the-box-oplossing bestaat, hebben we met ifm een partner gekozen die ons bij dit project met vakkennis en het passende productportfolio kan ondersteunen. In een heel goede en nauwe samenwerking konden we de eerste digitaliseringsprojecten snel omzetten."
CO2-transparantie – ook voor de klant
En ook wat betreft het vervullen van de eigen ambities op het vlak van een zo duurzaam mogelijke, hulpbronnen besparende productie brengen de sensorinformatie en machinegegevens HARTING een grote stap voorwaarts, zoals Thomas Kämper uitlegt: "Omdat we de werkelijke energiebehoefte van elke machine registreren, kunnen we die aan de hand van de eveneens ter beschikking staande informatie over het geproduceerde aantal stuks voor elk individueel onderdeel berekenen. Omdat we in onze fabrieken van de eerste bewerking van de grondstof tot het afgewerkte eindproduct alle stappen ter plaatse uitvoeren, slagen we erin om de energiekosten en ook de CO2-voetafdruk voor elk afgewerkt product heel precies te bepalen. Op lange termijn willen we deze informatie ook aan onze klanten doorgeven en ze hiermee helpen om zelf een exacte CO2-balans te berekenen."
Overtuigd van de meerwaarde van de digitalisering
Bij HARTING is men van de voordelen van de digitalisering overtuigd: nog meer projecten zijn gepland om de efficiëntie en de kwaliteitsborging in de productie nog verder te verhogen. "We volgen en concretiseren plannen om ook andere energievormen net zoals bij de perslucht nauwkeurig te registreren", aldus Thomas Kämper. "Ook factoren voor het borgen van de kwaliteit zoals de analyse van de koelsmeermiddelwaarden, bijvoorbeeld door het registreren van de geleidbaarheid, willen en zullen we in de toekomst centraal analyseren."
Productie-efficiëntie exact geanalyseerd
Omdat steeds meer machines alsmaar meer gegevens continu doorgeven, kunnen ook volledige processen met elkaar worden vergeleken: "De gegevens maken het voor ons mogelijk om op een objectieve manier vast te stellen welke machine welk product het meest efficiënt produceert. Vervolgens kunnen we onze productieplanning afstemmen en zo de behoefte aan energie verder reduceren."
HARTING kan de energiebehoefte berekenen voor elk individueel product. Waardevolle informatie voor het bedrijf zelf – maar ook voor de klanten.
Conclusie
Met de hulp van ifm heeft HARTING een grote stap gezet naar de volledige gegevenstransparantie voor zijn fabrieken in de hoofdvestiging Espelkamp en kan HARTING met IT-gebaseerde analyses zijn hoogwaardige producten efficiënter produceren.
