Heinz Nixdorf yrkesfagskole – oppgradering som studieprosjekt
Hvordan en yrkesfagskole og Ifm forbereder gamle maskiner på den digitale fremtiden
Heinz Nixdorf yrkesfagskole (Heinz-Nixdorf-Berufskolleg) i Essen er et av de ledende opplæringssenterene innen elektroteknikk og informasjonsteknologi, med sterk vekt på praksisrettet kunnskapsoverføring. I tett samarbeid med industribedrifter gjennomfører skolen læringsprosjekter som speiler dagens teknologiske utvikling. Målet er å gi fremtidige teknikere og ingeniører ikke bare teoretisk kunnskap, men også praktiske ferdigheter i bruk av moderne automasjons- og digitaliseringsløsninger. En spesiell utfordring var digitaliseringen og moderniseringen av en eldre verktøymaskin – et prosjekt som ble gjennomført i samarbeid med automasjonsspesialisten Ifm.
Kjernen i prosjektet var å oppgradere en eldre verktøymaskin til dagens tekniske standard gjennom en målrettet oppdatering. Oppgaven var tydelig definert: å etablere et system for tilstandsovervåking med prediktivt vedlikehold – uten større inngrep i maskinens konstruksjon. «Målet vårt var en oppgradering med minimale inngrep – vi ønsket å integrere sensorer på en måte som gjør dem knapt synlige, samtidig som vi opprettholder kompatibilitet med et bredt spekter av systemer», forklarer Patrick Bonneval, statssertifisert tekniker ved Heinz Nixdorf yrkesfagskole.
Utfordringen lå ikke bare i den tekniske gjennomføringen, men også i å utvikle en plattform som både kunne fungere som et «proof of concept» for Industri 4.0-kompatible oppgraderinger og som et allsidig opplæringsverktøy. Særlig integreringen av de nye sensorene i eksisterende strukturer og digitaliseringen av maskindata krevde innovative løsninger.
Smart sensorteknologi, IO-Link og Edge-tilkobling fra Ifm
Den tekniske løsningen ble realisert ved hjelp av et bredt spekter av komponenter fra Ifm. Kjernen i oppsettet var bruk av IO-Link-sensorer som OGD-avstandssensoren med fotoelektrisk prinsipp og LT-nivå- og temperatursensoren. Sammen med en IO-Link-master og en EdgeGateway (AE2100) dannet disse grunnlaget for datainnsamling og -behandling.
Bilde 1: Ved hjelp av avstandsmåling basert på time-of-flight-prinsippet registrerer en OGD-avstandssensor sleideposisjonen med millimeterpresisjon og overfører avstandsverdien via IO-Link.
Bilde 2: En induktiv sensor registrerer sporene på akselen for å måle rotasjonshastigheten.
Systemet ble supplert med en VSA005-vibrasjonssensor og en VSE150-evalueringsenhet, spesialkonfigurert for vibrasjonsdiagnostikk på rullelagre.
«Med IO-Link-sensorene registrerer vi ikke bare sleideposisjonen, men også viktige parametere for kjølevæsken. Kjerneelementet er imidlertid høyoppløst vibrasjonsdiagnostikk, som gjør det mulig å overvåke lagrenes tilstand i detalj,» fortsetter Patrick Bonneval.
Integreringen av sensorene i den eksisterende maskinen ble spesielt effektiv takket være IO-Link. «IO-Link sparte oss for mye arbeid, siden det er svært enkelt å implementere og muliggjør ukomplisert utvidelse av systemet,» bekrefter Pascal Heider, statssertifisert tekniker ved Heinz Nixdorf yrkesfagskole.
IO-Link-masteren samler inn data fra de tilkoblede sensorene og overfører dem samlet til EdgeGateway-en. Gateway-en sørger også for sikker separasjon mellom driftsteknologi (OT) og informasjonsteknologi (IT).
«EdgeGateway-en er det sentrale datahåndteringspunktet for sensorene våre,» forklarer Pascal Heider. «Alle data samles her, forhåndsbehandles og overføres deretter til serverløsningen vår – en Raspberry Pi.» EdgeGateway-en konverterer for eksempel sensorenes nivåverdier fra centimeter til liter. På Raspberry Pi fanger, behandler og visualiserer ulike programvaremoduler dataene.
Åpenhet, vedlikeholdsoptimalisering og fremtidssikkerhet
Moderniseringen med Ifm-teknologi har gitt flere viktige fordeler. Maskinen kan nå levere sanntidsdata for tilstandsovervåking og prediktivt vedlikehold. Med kontinuerlig vibrasjonsovervåking kan vi ikke bare fastslå den nøyaktige tilstanden til individuelle lagerkomponenter, men også effektivt forhindre uplanlagt nedetid,» forklarer Patrick Bonneval. Muligheten til å oppdage feilmønstre i lagrene på et tidlig stadium øker maskinens tilgjengelighet og reduserer risikoen for produksjonstap betydelig.
Bilde 1: Maskinens ‘øre’: VSA005-vibrasjonssensoren registrerer vibrasjonsspekteret for alle rullelagrene i maskindriften.
Bilde 2: Strømforsyning, vibrasjonsdiagnoseenhet og IO-Link-master i maskinens styreskap.
Bilde 3: I EdgeGateway-en (til høyre) konsolideres alle sensordata, forhåndsbehandles og overføres deretter til serveren.
Studentene får verdifull praktisk erfaring
For studentene ga prosjektet en unik mulighet til å bli kjent med banebrytende Industri 4.0-teknologier og opparbeide seg verdifull praktisk erfaring.
«Målet vårt med oppgraderingen var å vise at selv maskiner med mange år i drift kan løftes opp til moderne standarder,» oppsummerer Philip Bourgon, statssertifisert tekniker ved Heinz Nixdorf yrkesfagskole.
De innsamlede dataene brukes nå som grunnlag for at studentene innen automasjonsteknikk kan utføre spektralanalyser og utvikle ferdigheter i tilstandsovervåking i en industriell kontekst.
Også skolen har hatt stor nytte av samarbeidet: «Ideen til dette prosjektet springer ut fra vår nye fagskole for automasjonsteknikk og digital produksjonsteknologi,» forklarer Dr. Markus Steffens, leder for den tekniske fagskolen ved Heinz Nixdorf yrkesfagskole. «Målet vårt var å skape en læringsplattform der studentene kan jobbe med toppmoderne sensorteknologi, dataoverføring og dataevaluering i et ettermonteringsscenario. Takket være samarbeidet med Ifm har dette vært en stor suksess.»
Tobias Kunze, direktør for regionalt salg hos Ifm, understreker viktigheten av tett samarbeid: «Vi støtter våre utdanningspartnere ikke bare med maskinvare, men også med teknisk støtte. På den måten kan unge talenter jobbe direkte med framtidsrettet teknologi og opparbeide seg praktisk erfaring.»
Den sømløse integreringen av Ifm-løsningene og støtten ved konfigureringen av vibrasjonsdiagnostikken bidro i stor grad til prosjektets suksess.
Konklusjon
Ettermonteringsprosjektet ved Heinz Nixdorf yrkesfagskole viser tydelig hvordan intelligente sensorer og moderne datatilkobling fra Ifm på en bærekraftig måte kan løfte eksisterende maskiner opp til Industri 4.0-standard. Samarbeidet fremmer ikke bare den digitale transformasjonen i industrien, men gir også praksisrettede opplæringskonsepter som forbereder fremtidens fagfolk på morgendagens krav.
Drifts- og vibrasjonsdata kan visualiseres tydelig. Hvis grenseverdier overskrides, genereres et alarmvarsel.
Teamet: Tobias Kunze (Ifm) og Dr. Markus Steffens, Pascal Heider, Patrick Bonneval og Philip Bourgon (Heinz Nixdorf yrkesfagskole)
