Mechatronik vs. IoT: Was brauchen Verpackungslinien wirklich?

Walt Boyes | 12. März 2023

Nicht jeder Verpackungsbetrieb kann sich die neueste Technologie leisten oder diese nutzen. Aber manuelles und halbautomatisches Verpacken bringt Sie aus Produktivitäts- und Output-Sicht nur begrenzt weiter.

Mechatronik trägt zur Verbesserung der Verpackungslinie bei. Reicht das im heutigen Wettbewerbsumfeld aus? Oder ist die Umstellung auf Industrie 4.0 und das industrielle Internet der Dinge (IIoT) Ihre einzige Überlebenschance?

Hier ist ein Blick auf die Probleme, die Ihnen bei der Entscheidung helfen sollen. (Definitionen zu Mechatronik und IIoT/Industrie 4.0 finden Sie in der beigefügten Diashow.)

„Da Mechatronik eine Mischung aus mechanischen und elektrischen Systemen ist, war dies traditionell der Motor“, sagt Rick Forsgren, Business Development Manager für die Verpackungsindustrie bei Beckhoff Automation. „Was sich in den letzten Jahren entwickelt hat, sind Systeme, die mechanische Bewegung und elektrische Steuerung in einer einzigen Maschinenkomponente vereinen.“

Dazu würden Systeme wie Beckhoffs XTS Intelligent Track Systems oder XPlanar Magnetically Levitated Mover gehören, erklärt Forsgren.

Mit Systemen wie diesen, so Forsgren, können Unternehmen die Vorteile unbegrenzt anpassbarer asynchroner Bewegungsprofile für Dinge nutzen wie:

• Produkt in eine Maschine einspeisen und in Gruppen beliebiger Größe zusammenstellen. • Verschiedene Produkte in dieselbe Maschine einführen und in verschiedenen Gruppen unterschiedlich großer Pakete zusammentragen. • Produkte entsprechend spezifischer Anforderungen ausrichten, einschließlich Lesbarkeit mehrerer Packungen, Effizienz oder Präsentation. bereite Anforderungen.• Erstellen von Kombinationen beliebiger Produkte oder Gruppen mit einer einfachen Softwareänderung (keine Werkzeugänderungen).• Sofortiges Ändern des Formats oder der Paketgröße ohne Ausfallzeiten.• Erstellen von Regenbogenpaketen beliebiger Kombination.• Begrenzen oder Eliminieren der Pufferung zwischen Funktionen durch Koordinierung Übergang von asynchronen Feeds zu synchronen Feeds mit stufenloser Pitch-Steuerung.

Eelco van der Wal, Geschäftsführer von PLCOpen, sagt: „Die Verpackungsindustrie muss schnell auf Veränderungen im Verbraucherverhalten reagieren, indem sie alternative Verpackungstechnologien bereitstellt. Dies muss durch flexiblere Maschinen in ihren Produktionslinien erfolgen. Und um diese Flexibilität zu gewährleisten, muss man über mechanische Lösungen hinausgehen und mechatronische Alternativen nutzen.“

Forsgren stimmt zu. „Mechatronik bietet für mich die Flexibilität, Formatänderungen schnell umzusetzen.“ Mechatronische Systeme sind weitaus flexibler als mechanische Systeme. Insbesondere in der Art und Weise, wie Benutzer über die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) mit dem System interagieren.

„HMIs haben sich ziemlich weiterentwickelt“, sagt Forsgren. „Grundsätzlich stellen die Kunden höhere Anforderungen an das HMI als in der Vergangenheit. Änderungen an der Anwendung müssen durch eine einfache Parameteränderung in der HMI und nicht durch eine Programmieränderung, die einen Zugriff des Personals auf die Steuerung erfordert, gehandhabt werden. Außerdem gibt es eine kontinuierliche Entwicklung hin zu einer moderneren Benutzeroberfläche – denken Sie an die iPad-Generation.“

Forsgren sieht eine beschleunigte Entwicklung hin zu intelligenten mechatronischen Technologien, die die von Herstellern geforderte Flexibilität bieten, um den sich ständig ändernden Verpackungsmaterialien und Formatänderungen gerecht zu werden. Endbenutzer wünschen sich Maschinen, die ihre sich ändernden Anforderungen über viele Jahre hinweg erfüllen. Außerdem möchten sie die Ausfallzeiten für Umstellungen begrenzen. Auch Maschinen, die eine Selbstanalyse von Verschleißteilen ermöglichen und ungeplante Ausfallzeiten für Reparaturen und Wartungsarbeiten reduzieren können, erfreuen sich zunehmender Beliebtheit.

Darüber hinaus können Maschinen, die aus IIoT-Geräten bestehen, selbst Daten über Betrieb, Maschinenzustand und Wartungsanforderungen sammeln und diese Daten direkt an lokale Server oder Cloud-basierte Server melden, sodass die Daten in einem großen Paket gesammelt werden können. „Data Lake“ mit Informationen über die Verpackungslinie und ihre Maschinen.

Forsgren sagt: „Ich würde IIoT als einen viel größeren Datenpool betrachten. Die Konnektivität zu mechatronischen Systemen kann uns nur begrenzte Vorteile bringen. Was passiert außerhalb der Maschine?“ Wie sind beispielsweise die Umgebungsbedingungen? Er fährt fort: „Was passiert vor und nach den einzelnen Vorgängen in einer Verpackungslinie?“ Wie sieht es mit der Stromqualität aus?

Es ist die Analyse der größtenteils durch IIoT-Technologien gesammelten Daten, die einem Hersteller die Erkenntnisse liefert, die er zur Optimierung seiner Steuerungsalgorithmen benötigt.

IIoT stellt die Konnektivität zu vielen Datenpunkten innerhalb – und möglicherweise außerhalb – eines Systems bereit“, fährt Forsgren fort. „Ich glaube, dass die Hersteller an beidem interessiert sind. Es ist die Analyse der größtenteils durch IIoT-Technologien gesammelten Daten, die einem Hersteller die Erkenntnisse liefert, die er zur Optimierung seiner Steuerungsalgorithmen benötigt. Sicherlich können einige der zur Optimierung verwendeten Daten direkt von mechatronischen Geräten stammen, aber erst im Kontext der aus einem Gesamtsystem gesammelten Daten werden wirklich wertvolle Erkenntnisse gewonnen.“ So nennen Anbieter und Experten Industrie 4.0.

Möglicherweise ist der Einsatz von KI (künstliche Intelligenz) gar nicht mehr so ​​weit entfernt. Die neuen Gerätewartungs-Apps von UReason nutzen tatsächlich einige Funktionen der KI, um maschinelles Lernen zu ermöglichen, während die Pumpe oder das Ventil Arbeitszyklen akkumuliert. Die Erfassung der zur Optimierung der Geräteleistung erforderlichen Daten ist die entscheidende Verbindung des IIoT zur Verpackungsmaschine. Apps wie UReason und andere „Low-Code“-konfigurierbare Software wie Ignition! von Induktiver Automatisierung ermöglichen den Einstieg in das industrielle Internet der Dinge ohne eine ganze Abteilung voller Datenwissenschaftler. Das ist der entscheidende Punkt.

Verpackungsmaschinen sind an sich schon cool. Das stimmt, aber sie sind so konzipiert und gebaut, dass sie das Endergebnis des Unternehmens verbessern. Wenn Sie die Betriebszeit durch präskriptive Wartung und KI-basierte Fehleranalyse und -vorhersage erhöhen können, können Sie direkt zum Endergebnis beitragen.

Die bahnbrechende Anwendung ist die Kombination aus mechatronischen Verpackungslinien, IIoT-Geräten und der Möglichkeit, die Daten, die direkt von den Verpackungsmaschinen selbst gewonnen werden können, zu speichern und zu nutzen.

Die bahnbrechende Anwendung ist die Kombination aus mechatronischen Verpackungslinien, IIoT-Geräten und der Möglichkeit, die Daten, die direkt von den Verpackungsmaschinen selbst gewonnen werden können, zu speichern und zu nutzen. Wenn Sie Informationen von innerhalb und außerhalb der Verpackungslinie zum Data Lake hinzufügen, können Sie die Lauflänge bestimmen. Wenn Sie den Betrieb der Verpackungslinie optimieren und Informationen über die Kundennachfrage hinzufügen können, können Sie die gesamte Lieferkette optimieren, den Umsatz steigern und Ausfallzeiten verringern.

Das kann uns die Zukunft von Industrie 4.0 bieten.

Durch die vernetzte Steuerung von Verpackungslinien oder anderen Anlagensteuerungssystemen ist die Anlage einer erhöhten Bedrohung durch Cyberangriffe ausgesetzt. Es gibt viele Abhilfestrategien, die eingesetzt werden können und sollten.

Doch die Cybersicherheit im Werk und auf Maschinenebene unterscheidet sich von der IT-basierten Cybersicherheit. Wie Joe Weiss von Applied Control Solutions seit Jahren sagt, sind Feldgeräte und Edge-Controller im Allgemeinen nicht vor Cyberangriffen geschützt. Das war in Ordnung, als wir es mit Schaltern, einfachen Sensoren und Relais zu tun hatten – sogar mit speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS). Da die Feldgeräte jedoch intelligenter und die Feldsteuerungen immer vernetzter wurden, gab es Probleme.

Wenn Ihre Hall-Effekt-Bewegungssensoren direkt mit der Implementierung des industriellen Internets der Dinge in Ihrer Anlage verbunden sind, werden sie jetzt anfällig. Und Sie werden anfällig für Malware wie Stuxnet, die darauf ausgelegt ist, die Art und Weise zu beeinträchtigen, wie Sensoren und Geräte zur Steuerung von Urananreicherungszentrifugen im Iran eingesetzt werden.

Eines der Merkmale mechanischer Verpackungslinien ist, dass sie nicht intelligent sind. Sie erledigen einfach ihre zugewiesenen Aufgaben und verfügen nicht über Daten, fragen nicht nach Programmierinformationen und sind nicht in der Lage, dass ihre Ein- und Ausgaben gefälscht werden. Sie wissen, dass das Signal, das von einem Positionssensor, einem Geschwindigkeitssensor oder einem ähnlichen Gerät kommt, genau ist und nicht von einem schlechten Akteur verändert werden kann. Mechatronische Verpackungslinien sind nicht viel unsicherer. Erst wenn die Verpackungslinie mit dem Anlagennetzwerk und dem industriellen Internet der Dinge verbunden wird, beginnen die Probleme.

Überwiegt der Wert der Verbesserungen an Ihren Systemen das Potenzial eines Cyber-Schadens an diesen Systemen? Ist die verbesserte Leistung, der Durchsatz, die Flexibilität und die erhöhte Betriebszeit das Potenzial für Cyber-Schäden wert?

Der ehemalige stellvertretende Direktor für Cybersicherheit im Heimatschutzministerium, Marty Edwards, sagte bekanntlich: „Wenn Sie nicht möchten, dass Ihre Daten gestohlen werden, verbinden Sie sie nicht mit dem Internet.“ Aber es muss eine wichtige Entscheidung getroffen werden. Überwiegt der Wert der Verbesserungen an Ihren Systemen das Potenzial eines Cyber-Schadens an diesen Systemen? Ist die verbesserte Leistung, der Durchsatz, die Flexibilität und die erhöhte Betriebszeit das Potenzial für Cyber-Schäden wert?

Das müssen Sie selbst entscheiden.

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