Retrofitting (Energiemessung)
Im Projekt Moonrise bezieht sich Retrofitting auf das Nachrüsten von Bestandsanlagen mit moderner Sensorik und das Schaffen von Daten-schnittstellen zur Datenauswertung. Dabei wurde sich auf die Umset-zung von Energiemessung konzentriert.
Retrofitting allgemein
Individuelle Anforderungsanalyse
Im Rahmen einer individuellen Anforderungsanalyse müssen der Anwen-dungsfall und die Zielsetzung klar definiert werden, da diese die Grundlage für die weitere Umsetzung bilden. Zunächst muss genau geklärt werden, was durch das Retrofitting analysiert werden soll und welche Erkenntnisse man sich er-hofft, ob es sich beispielsweise beim Energiemonitoring um den Stromverlauf, den Leistungsverlauf oder die verbrauchte Energie handelt. Es muss genau de-finiert werden, welche Details getrackt und ausgewertet werden sollen. Nicht alle Daten sind relevant, daher muss festgelegt werden, welche Informationen in welchem Umfang tatsächlich für die spätere Nutzung benötigt werden. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Festlegung, welche Abteilungen, Bereiche oder Maschinen in den Retrofitting-Prozess einbezogen werden. Darüber hinaus sollten klare Ausstiegskriterien definiert werden. Werden bestimmte Anforde-rungen nicht erfüllt oder stagniert der Fortschritt an einem kritischen Punkt, sollte das Projekt abgebrochen werden, um unnötige Investitionen und Res-sourcenverschwendung zu vermeiden.
Bei der Anforderungsanalyse wurde festgelegt, dass Energiemessungen durchgeführt werden sollen. Eine genauere Definition beschränkte sich zu diesem Zeitpunkt auf die Festlegung, in welchem Bereich der Pro-duktion es überhaupt Sinn macht, ein Energiemonitoring einzuführen. Es galt aber auch festzulegen, wie genau die Stromaufnahme überwacht werden soll. Die Abrechnung erfolgt typischerweise in 15min Interval-len. Insofern könnte es ausreichend sein, die Daten von der Sensorik frühzeitig auf 15min Aggregate zusammenzuführen und die Rohdaten zu verwerfen, um keinen Speicherplatz zu verschwenden. Auf der ande-ren Seite sind genaue Daten nötig, wenn aus der Energieaufnahme Ma-schinenzustände oder ähnliches abgeleitet werden müssen. Dann er-scheinen Zeitintervalle im Bereich 1-5 Sekunden deutlich sinnvoller. Je nach Energiemessgerät und Anwendungsfall können Daten sogar noch genauer erfasst werden.
Analyse Einsatzort
Bei der Analyse des Einsatzortes (Maschinenpark/Maschine/Messstelle) sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen, wobei jede Maschine individuell betrachtet werden muss, da die spezifischen Anforderungen und Möglichkeiten stark variieren können.
Zunächst sollte das Alter und der Zustand der Maschinen analysiert werden, um festzustellen, welche Maschinen überhaupt für ein Retrofit geeignet sind. Weiterhin ist es wichtig zu wissen, welche Mitarbeiter sich mit der jeweiligen Maschine auskennen, ob eine umfassende Maschinendokumentation vorhanden ist oder ob ggf. der Maschinenhersteller einbezogen werden muss, um spezifisches Fachwissen und Unterstützung zu erhalten. Auch die technischen Daten der Maschine, wie z. B. Drehzahlen der zu untersuchenden Bauteile oder Aggregate, Temperaturen und elektrische Anschlussleistung, müssen erfasst werden. Darüber hinaus sind die baulichen Gegebenheiten von Bedeutung. Es ist relevant, ob und wo (in/an der Maschine) genügend Einbauraum für zusätzliche Komponenten vorhanden ist und ob z.B. Kabel neu verlegt werden müssen. Ein weiterer kritischer Punkt ist die genaue Positionierung der Sensoren (z.B. Drucksensoren). Sie müssen so angebracht werden, dass sie korrekt und präzise arbeiten können. Darüber hinaus sind besondere Umgebungsbedingungen wie Staub, Öle, Fette, Feuchtigkeit, Beleuchtung und Kontrast zu berücksichtigen, die die Sensorik beeinflussen können. Die Energieversorgung ist ein weiterer Aspekt, der für die Implementierung analysiert werden muss. Dazu gehören z.B. die benötigte Spannung, der Strom und die Leistung sowie der Aufbau. Anschlüsse wie Ethernet oder WLAN müssen vorhanden sein, um eine reibungslose Integration der neuen Technologien zu gewährleisten.
Auch rechtliche Fragen spielen eine entscheidende Rolle. Der Einbau zusätzlicher Geräte kann Auswirkungen auf bestehende Gewährleistungen, die CE-Konformitätserklärung der Maschine (Maschinensicherheit) oder den Bestandsschutz (gültige Betriebszulassung) haben. Daher ist eine sorgfältige Prüfung erforderlich, um sicherzustellen, dass alle rechtlichen Rahmenbedingungen eingehalten werden. Man sollte sich aber auch nicht vorschnell vom Maschinenhersteller mit der Aussage, dass die Nachrüstung zum Erlöschen der Betriebszulassung führen würde, abschrecken lassen, da dies oft vorgeschobene Gründe sind, um eigene neue Maschinen oder vergleichsweise teure „offizielle“ Nachrüstlösungen zu verkaufen.
Schließlich sollte eine Kosten-Nutzen-Analyse durchgeführt werden, um zu klären, ob ein Retrofit aus finanzieller Sicht sinnvoll ist oder ob eine Neuanschaffung in Betracht gezogen werden sollte.
Die Einsatzorte ergaben sich durch eine Analyse der Maschinen vor Ort unter Berücksichtigung der zu beachtenden Punkte mit verschiedenen Vertretern des Anwendungs- und Implementierungspartners. Dort wur-den auch die Messstellen festgelegt und in einem Dokument mit Fotos genau spezifiziert.
Ansprechpartner
Zudem müssen die richtigen Ansprechpartner aus den verschiedenen Fachbereichen identifiziert und eingebunden werden. Idealerweise sollten alle relevanten Fachbereiche einbezogen werden, um ein umfassendes Verständnis der Anforderungen und Herausforderungen zu gewährleisten. Zu den wichtigsten Ansprechpartnern zählen der Maschinenverantwortliche, der Maschinenbediener und das Instandhaltungspersonal (intern/extern), die direkt für den Betrieb und die Instandhaltung der Maschine verantwortlich sind und wertvolles Wissen über die technischen Gegebenheiten der Maschine, die spezifischen Prozesse und mögliche Schwachstellen mitbringen. Auch die IT-Verantwortlichen (intern, extern) sollten einbezogen werden, da sie für die Integration neuer Technologien und Systeme zuständig sind. Ein weiterer wichtiger Ansprechpartner ist der Elektriker (intern/extern), der über die erforderliche Schaltberechtigung verfügen muss. Dieser Fachmann ist für die Installation am Versorgungsanschluss der Maschine verantwortlich und spielt eine zentrale Rolle bei der Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Energieversorgung. Nicht zuletzt sollte der Kontakt zum Hersteller der Maschine aufgenommen werden, um spezifische Fragen zu klären und Unterstützung zu erhalten.
Die relevanten Ansprechpartner waren bereits eingebunden, lediglich der Elektriker (externes Unternehmen) wurde im Nachhinein mit detaillierten schriftlichen Anweisungen beauftragt. Hierbei können nicht zu vernachlässigende Verzögerungen auftreten, weswegen zeitliche Verfügbarkeiten frühzeitig zu klären sind.
Nachzurüstende Technik
Weiterhin geht es um die nachzurüstende Technik. Nachdem die Messstellen festgelegt wurden, um die passende Technik zu installieren, geht es um die Auswahl der geeigneten Geräte (Messgeräte, Sensoren, Wandler etc.) sowie der zugehörigen Anschlüsse. Dabei sind die Anforderungen an Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Kompatibilität mit bestehenden Systemen zu berücksichtigen, um eine reibungslose Anbindung der neuen Komponenten an die vorhandene Infrastruktur zu gewährleisten. OPC/UA ist eigentlich seit vielen Jahren der designierte Standard für die Datenübertragung im Umfeld Industrie 4.0. Er setzt sich jedoch nur sehr langsam durch und auch heute noch werden viele Daten im Produktionsbereich mit alten Bussystemen wie Modbus oder ProfiNET übertragen. Beim Nachrüsten sollte man trotzdem darauf achten, zumindest einen TCP-basierten Standard zu verwenden, wenn man nicht gleich zu OPC-UA greifen möchte. Auch leichtgewichtige Standards aus dem Bereich „Internet der Dinge“ wie MQTT gewinnen für Anwendungen im Produktionskontext zunehmend an Popularität, auch wenn sie von „Profis“ gerne als Bastellösungen abgetan werden.
Auch andere elektrische Installationen wie Zuleitungen, Verteiler und Absicherungen müssen sorgfältig geplant und installiert werden, um die Sicherheit und Effizienz der gesamten Anlage zu gewährleisten. Die Integration der neuen Technik in das Unternehmensnetzwerk ist ebenfalls von großer Bedeutung, da eine reibungslose Kommunikation zwischen den Geräten und der zentralen Steuerung gewährleistet sein muss.
Die Hauptkomponenten der nachzurüstenden Technik ergaben sich größtenteils auch schon über die Anforderungsanalyse und das Portfolio des Implementierungspartners. Weiteres benötigtes Zubehör sowie Anschlüsse wurde detailliert spezifiziert und beschafft.
Umsetzung
Im Rahmen der Umsetzung erfolgt zunächst der Einbau der neuen Komponenten inklusive aller notwendigen Anschlüsse (In, Out), wobei darauf geachtet werden muss, dass alle Arbeiten präzise und nach den vorgegebenen Standards durchgeführt werden. Bei der IT-seitigen Einbindung sind insbesondere die Sicherheitsanforderungen der IT-Infrastruktur zu beachten. Entscheidend ist, dass die neuen Komponenten nahtlos in das bestehende Unternehmensnetzwerk integriert werden, ohne dass Sicherheitslücken entstehen. Dies erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen den Technikern und der IT-Abteilung, um sicherzustellen, dass alle notwendigen Sicherheitsprotokolle eingehalten und potenzielle Risiken minimiert werden.
Für die Umsetzung koordinierte der Implementierungspartner die zugehörigen Arbeiten des Anwendungspartners, der Elektriker sowie seine Teilaufgaben.
Dokumentation
Die Dokumentation ist ein wichtiger Bestandteil eines Retrofit-Projektes und dient dazu, alle durchgeführten Maßnahmen und technischen Details festzuhalten. Sie sollte eine vollständige Beschreibung der eingesetzten Technik enthalten, einschließlich der spezifischen Komponenten, die installiert wurden, sowie deren Funktionalität und technische Daten. Dabei sollten alle Schritte des Installationsprozesses dokumentiert werden, um einen klaren Überblick über die vorgenommenen Anpassungen zu erhalten. Zusätzlich sollten alle weiteren relevanten Details festgehalten werden (z.B. Anschlussarten, Konfiguration der Systeme, besondere Anforderungen, die während des Prozesses aufgetreten sind).
Alle relevanten Informationen wurden vom Implementierungspartner detailliert und mit Fotos versehen in einem versionierten Gesamtdokument erfasst und kontinuierlich ergänzt.
Datenanalyse
Ohne eine gezielte Auswertung der durch Retrofit gesammelten Informationen bleibt das Potenzial der neuen Technik ungenutzt. Die Datenanalyse ermöglicht es, wertvolle Erkenntnisse über mögliche Optimierungen zu gewinnen und gezielte Verbesserungsmaßnahmen entwickeln zu können.
Nach vollständiger Installation der Hardware und Inbetriebnahme wurden erstmalig Daten erzeugt. Erst zu diesem Zeitpunkt konnte dann über Feinjustierung (in welchen Intervallen, wie sinnvoll aggregieren, wie lange speichern etc.) genauer getestet und analysiert werden.