Teilvorhaben: „Standardisierung von Betriebsdaten in der Gießerei“
Motivation:
Die mittelständisch strukturierte und energieintensive Gießereiindustrie ist eine Schlüsselindustrie für den Maschinenbau und die Automobilindustrie. Der Anstieg der Energiekosten in den letzten Jahren, bedingt durch politische und wirtschaftliche Krisen wie die Corona-Pandemie und den Ukraine-Krieg, hat eine besonders schwierige Situation geschaffen. Hinzu kommt das Ziel des „European Green Deal“, die CO2-Emissionen im Vergleich zu 1990 bis 2030 um 50-55% zu reduzieren. Gleichzeitig ist Deutschland als einer der weltweit größten Produzenten von Stahl- und Aluminiumguss unter erheblichem Wettbewerbsdruck, sowie steigenden Liefer- und Qualitätsdruck.
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, ist eine intelligente und optimierte Produktion von Gussteilen erforderlich. Die Digitalisierung der Gießereiindustrie bietet großes Potenzial, Daten zur Prozessoptimierung und Qualitätssteigerung zu nutzen. Durch moderne technische Lösungen wie KI könnte aus diesen Daten ein Mehrwert geschaffen werden. Eine standardisierte Schnittstelle für Daten würde den Umfang und die Vielfalt der Möglichkeiten erweitern und damit ein höheres Maß an Flexibilität und Resilienz für die Optimierung der Gießereiprozesse erreichen. Im Rahmen des Teilprojektes werden auf Basis der OPC UA Technologie digitale Schnittstellen für Betriebsdaten der Gießerei für darauf aufbauende KI-Prozessketten entwickelt, und als Open Source Industriestandard veröffentlicht.
Vorgehensweise:
Der VDMA vertritt in dem Projekt die Interessen des gesamten Maschinen- und Anlagenbaus. In dieser Rolle entwickelt er mit den Projektpartnern offene Schnittstellenstandards. Die beiden größten Herausforderungen (Pain Points), die große Heterogenität von Speziallösungen im Gießereiumfeld und die Übertragbarkeit der Ergebnisse, werden durch diese Standardisierung adressiert.
Die in ReG:AIN zu entwickelnden Standards werden Betriebsdaten rund um die Gießereiprozesse und die beteiligten Module beschreiben. Dabei müssen bestehende „Meta-Standards“ wie „OPC UA for Machinery“ und die modulare Strukturierung in der Spezifikation „High Pressure Die Casting“ berücksichtigt werden, um eine Harmonisierung in und über die Branche hinaus zu erreichen. Dies ist eine zentrale Voraussetzung, um mit bestehenden Systemen interagieren zu können und nicht nachhaltige Insellösungen zu vermeiden. Innerhalb des Arbeitspaketes werden interoperable Schnittstellenstandards für die Gießverfahren (Kokillen-, Sand-, Kernpaket-, Druckguss) bzw. für die jeweiligen Module gemeinsam mit den Mitgliedern des VDMA- Fachverbandes definiert und im Hinblick auf eine homogene Integration der Datenquellen konsolidiert.
Mit dem Ziel der Standardisierung von Betriebsdaten aus dem Gießereiumfeld zur effizienten Nutzung in den darauf aufbauenden KI-Prozesskettenmodellen werden in der ersten Projektphase die offenen Felder in der Informationsmodellierung analysiert und nach Dringlichkeit strukturiert. Darauf aufbauend werden Informationsmodelle für die für das Projekt wichtigsten Daten, vornehmlich Prozessdaten, die in AP 1 und AP 2 verwendet werden, erstellt. In der zweiten Projektphase werden diese in voraussichtlich mehrere standardisierte OPC UA Spezifikationen überführt. Hierbei kann der VDMA auf Erfahrungen aus über 40 Arbeitsgruppen im Rahmen der Entwicklung von OPC UA Spezifikationen zurückgreifen.
Nach Fertigstellung der Spezifikationen werden diese über den DIN-Anzeiger als VDMA Einheitsblatt und global über die OPC Foundation frei verfügbar veröffentlicht, sodass auch Unternehmen außerhalb des Projektes die standardisierten Spezifikationen nutzen können und eine globale Adaption ermöglicht wird. Die im Rahmen des Projektes durch den VDMA entwickelten Software-Implementierungen werden durch die umati Community veröffentlicht und erprobt. Umati ist eine globale, auf Open Source Lösungen spezialisierte Community, die eine einheitliche und branchenübergreifende Implementierung der OPC UA Spezifikationen anstrebt und damit einen ersten Datenraum für standardisierte Betriebsinformationen realisiert.
Ziel und Ergebnis:
Ziel des VDMA ist es, eine standardisierte Schnittstelle für Maschinen aus der Gießereibranche auf Basis von OPC UA zu entwickeln. Hierzu wird ein offener Standard sowie eine Referenzimplementierung für die Datenschnittstellen entwickelt. Kerntechnologie ist OPC UA, der im Maschinen- und Anlagenbau bevorzugte Standard zur Kommunikation und Standardisierung von Betriebs- und Produktionsdaten.
Im Rahmen des Projektes werden herstellerübergreifende OPC UA Spezifikationen für die Gießereiindustrie entwickelt. Nach Fertigstellung der Spezifikationen werden diese als Open Source über den DIN-Anzeiger als VDMA-Einheitsblatt und global über die OPC Foundation frei verfügbar veröffentlicht. Die Softwareimplementierungen dieser Spezifikationen wird ebenfalls veröffentlicht und erprobt.
