Automobilindustrie

Wie unterstützt AEI die Netzwerkintegration einer Fertigungslinie in der Automobilindustrie?

Wir übernehmen die Netzwerkintegration an der Fertigungslinie in der Automobilindustrie: deterministische Netze, Prüfsysteme und Protokollbrücken, auf denen der Betrieb der Linie aufbaut.

Wir arbeiten für Fahrzeughersteller und ihre Zulieferer sowie für MES-Anbieter und Linienintegratoren, die Projekte in diesen Werken umsetzen. Die Verantwortung für die Linie, den Werkskunden und den Produktionsplan bleibt bei Ihnen. Wir übernehmen die Aufgaben, die Spezialwissen in Protokollen, Embedded-Entwicklung und Prüftechnik verlangen:

• deterministische Segmente für Roboterzellen, Fördertechnik und Bildverarbeitung über PROFINET (IEC 61158) und IEEE 802.1 TSN, ausgelegt auf eine feste Zykluszeit
• Gateways und Protokollbrücken zwischen neuen Zellen und dem Bestand aus SPSen, Antrieben und älteren Feldbussystemen
• End-of-Line- und In-Prozess-Prüfsysteme mit Firmware, Steuerung der Prüfvorrichtung und Übertragung der Ergebnisse an das MES
• die Datenerfassung an den Stationen und ihre Übertragung über OPC UA an das MES, als Grundlage der Rückverfolgbarkeit je Bauteil
• Sicherheitskommunikation über das Steuerungsnetz, bis einschließlich Vorzertifizierung
• Schulung Ihres Teams, die erste Implementierung gemeinsam mit Ihren Ingenieuren und danach Third-Level-Support hinter Ihrem First Level

Installation und Inbetriebnahme der Linie vor Ort übernehmen wir nicht. Dafür ist der Linienintegrator oder die Werkstechnik zuständig. Während der Integrations- und Testphase arbeiten unsere Ingenieure vor Ort mit Ihrem Team, die übrige Arbeit erledigen wir remote. Wie wir zusammenarbeiten und abrechnen, steht auf der Seite zur Zusammenarbeit.

In einem Fahrzeugwerk trifft neue Automatisierung fast immer auf gewachsene Anlagen. Netze verschiedener Generationen, wachsende Variantenvielfalt und Vorgaben zur Rückverfolgbarkeit müssen in derselben Halle zusammen funktionieren. Mit der Ebene, die wir entwickeln, lassen sich die vorhandenen Anlagen schrittweise um neue Funktionen erweitern, während die Produktion weiterläuft. Hier geht es um die Netzwerk- und Prüftechnik im Werk. Die Elektronik im Fahrzeug, also CAN, LIN, Automotive Ethernet, Diagnose und Steuergerätesoftware, behandeln wir auf der Seite zur Fahrzeugelektronik.

Wer beauftragt AEI, und mit wem arbeiten wir zusammen?

Unser direkter Auftraggeber ist häufig ein MES-Anbieter oder Linienintegrator und nicht das Werk selbst.

Erhält ein MES-Anbieter den Auftrag für eine Linie, muss die technische Ebene unterhalb seiner Plattform entwickelt und erprobt werden: SPSen, E/A-Geräte und Gateways über alte und aktuelle Netze, die Daten aus der Halle zusammengeführt und so aufbereitet, dass seine Plattform sie verarbeiten kann. Diesen Teil übernehmen wir. Die Auswertung der Daten ist sein Produkt, und die Kundenbeziehung bleibt bei ihm. Für Linienintegratoren und die Werkstechnik von Zulieferern gilt dasselbe. Wir arbeiten als Entwicklungspartner im Hintergrund und treten nicht als Wettbewerber unseres Auftraggebers auf. Das bestimmt auch die Zusammenarbeit vor Ort: Während Integration und Test arbeiten unsere Ingenieure eng mit Ihrem Team, die Arbeiten in der Halle bleiben in Ihrer Verantwortung.

Wie lassen sich neue Fertigungslinien an bestehende Anlagen anbinden?

In den meisten Werken laufen mehrere Protokollgenerationen parallel, und dafür braucht es meist Protokollbrücken, keine vollständige Migration.

In europäischen Werken ist PROFINET verbreitet, in nordamerikanischen EtherNet/IP. EtherCAT kommt in Zellen mit eng synchronisierten Bewegungsabläufen zum Einsatz, ältere Feldbussysteme an installierten Maschinen, die nicht umgebaut werden. Wir entwickeln Protokoll-Gateways und Protokollbrücken, über die neue deterministische Linien Daten mit vorhandenen SPSen und Antrieben austauschen, und legen die TSN- und Industrial-Ethernet-Segmente so aus, dass sie ihre Zykluszeit halten, wenn Zellen hinzukommen. Wir liefern die entwickelten Geräte und die technische Auslegung; den Einbau in der Halle übernimmt der Integrator.

Wie bleibt die Taktzeit bei steigender Variantenvielfalt konstant?

Wir entwickeln Prüfstand-Firmware, die Steuerung der Prüfvorrichtung und die Übertragung der Ergebnisse so, dass der Prüfumfang wächst und die Taktzeit gleich bleibt.

Mit wachsender Variantenvielfalt wird der EOL-Prüfstand zum Engpass. Drei Dinge halten die Taktzeit konstant:

• Parametrierbare Prüfsequenzen für jede Variante.
• Deterministische E/A an der Prüfvorrichtung.
• Prüfergebnisse und Messdaten, die direkt an das MES gehen.

Wie lässt sich jedes Bauteil rückverfolgen, ohne den Linientakt zu verlängern?

Wir rüsten die Stationen so aus, dass sie die Daten jedes Bauteils über OPC UA (IEC 62541) an das MES übertragen, eingebunden nach dem Integrationsmodell der ISA-95.

Gemeint ist die lückenlose Historie jedes Bauteils: welche Komponenten verwendet wurden, mit welchen Prozessparametern es gefertigt wurde, welche Prüfergebnisse vorliegen und in welchem Fahrzeug es verbaut ist. Auf diesen Daten beruht ein gezielter Rückruf. Deshalb erstreckt sich die Rückverfolgbarkeit, die IATF 16949 und die Lieferantenvorgaben der Hersteller verlangen, meist über den gesamten Prozess vom Presswerk bis zum Versand, weit über die Endmontage hinaus. So entsteht für jedes Bauteil ein vollständiger Fertigungsnachweis im normalen Stationstakt, ohne eigenen Prüfschritt.

Wie wird die Rückverfolgbarkeit vom Echtzeitverkehr der Zellen entkoppelt?

Durch eine gezielte Segmentierung des Netzes.

Die Datenerfassung für die Rückverfolgbarkeit nutzt oft dieselbe physische Infrastruktur wie die Bewegungssteuerung einer Zelle, obwohl die beiden Kommunikationsarten fachlich nichts verbindet. Für die Auslegung zählt deshalb: Lässt sich die Rückverfolgbarkeitslösung erweitern, warten und auch einmal unterbrechen, ohne den Echtzeitbetrieb der Zelle zu berühren?

• Wie es umgesetzt wird. Die Segmentierung wird festgelegt, bevor die Datenflüsse integriert werden, und IEC 62443 beschreibt, wie: Sicherheitszonen mit klar definierten Kommunikationsverbindungen (Conduits). In einem flachen Netz laufen eine MES-Abfrage und ein Antriebssollwert über denselben Weg.
• Was es bringt. Änderungen an der Rückverfolgbarkeit bleiben vom Echtzeitverkehr der Zelle getrennt und bergen weit weniger Risiko. Das zählt, weil sich Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit viel häufiger ändern als Roboterzellen.
• Was es nicht ist. Es geht um die Segmentierung des Werksnetzes. Die zonale E/E-Architektur im Fahrzeug ist ein anderes Thema und steht auf der Seite zur Fahrzeugelektronik.

Wie wird Sicherheitskommunikation in die Steuerungsarchitektur integriert?

In den meisten modernen Anlagen läuft sie über das Steuerungsnetz.

Nach dem Black-Channel-Prinzip sichert das Sicherheitsprotokoll die Integrität seiner Daten durchgängig zwischen Sender und Empfänger ab, nicht das Netz darunter. Ein zweites physisches Netz ist deshalb nicht mehr die Standardlösung. Bei Roboterzellen gehört die Sicherheitskommunikation von Anfang an in die Auslegung: Schutzeinrichtungen, Verriegelungen und Not-Halt werden bei jedem Umrüsten neu angeordnet, und die Sicherheitskommunikation muss nach jeder Änderung nachweisbar bleiben. Wir entwickeln die Kommunikationsschicht und prüfen ihre Implementierung im Rahmen der Vorzertifizierung. Unser Team hat ein busunabhängiges Sicherheitsprofil auf die kundenspezifische Hardware eines Kunden portiert und bis zur SIL-2-Vorzertifizierung gebracht. Das Zertifikat stellt eine akkreditierte Stelle aus, und für den Sicherheitsnachweis einer installierten Linie bleibt ihr Betreiber verantwortlich.