Vom 5. bis zum 9. Juni 2022 nahm ich für die ATR Software GmbH beim 8. European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS) in Oslo teil. Die Konferenz zählt im Bereich der numerischen Mathematik zu den größten und einflussreichsten Konferenzen Europas. Insgesamt konnten die über 6000 Teilnehmenden aus 46 Nationen dort aus einem Programm von über 150 Minisymposien wählen, in denen über 1000 Vorträge angeboten wurden.

Das vielfältige Thema Modellreduktion

Hierbei waren wir insbesondere im Minisymposium „Model Order Reduction – Challenges in Engineering and Industrial Applications“ unter der Leitung von Dr. Annika Robens-Radermacher von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung vertreten. Mit der Modellreduktion (im Englischen Model Order Reduction) versucht man rechenaufwendige Modelle so zu vereinfachen, dass die Lösung in einem Bruchteil der ursprünglichen Zeit berechnet werden kann, ohne die Qualität der Lösung zu stark zu beinträchtigen. Die Keynote Lecture hielt Prof. Dr. Gianluigi Rozza über folgendes Thema: State of the Art and Perspectives for Reduced Order Methods in Industrial Computational Fluid Dynamics.

In den weiteren Vorträgen des Minisymposiums wurden Anwendungsfelder und -beispiele der Modellreduktion vorgestellt und beleuchtet. ATR präsentierte hier Anwendungsideen aus dem Bereich der Produktionsplanung und der Industrie 4.0. Auch hier ist das Thema Modellreduktion wichtig, um in Echtzeit Berechnungen durchführen zu können.

Plenumsvorträge von den Koryphäen des wissenschaftlichen Rechnens

Neben den Minisymposien gab es 6 Plenary Lectures, welche vor allen Anwesenden gehalten wurden. Hier trug unter anderem Thomas J.R. Hughes, einer der führenden und einflussreichsten Wissenschaftler im Bereich der numerischen Mathematik vor. Zudem gab es Vorträge von George Karniadakis, Experte für Physics-informed Neural Networks, also Neuronale Netze, die physikalische Gleichungen berücksichtigen können, Pål G. Bergan, David Keyes, Annalisa Buffa und Paul Steinmann.

Sightseeing in Oslo

Die ganze Veranstaltung fand im Kongresszentrum Nova Spektrum in Lillestrøm, einem Vorort von Oslo, statt. Abgerundet wurde die Konferenz durch ein Conference Dinner, bei dem typisch für die norwegische Küche, Lachs und Wild serviert wurden.

Da Anfang Juli die Tage in Oslo bedingt durch die nördliche Lage, fast 19 Stunden lang sind, blieb noch einige Zeit, die Stadt Oslo zu erkunden. Zu den Highlights gehören hier das königliche Schloss, das Opernhaus im Hafen, der Osloer Dom sowie der Frognerpark.

Bei der Industrie 4.0 dreht sich alles um die Vernetzung von Menschen, Maschinen und Produkten. Dreh- und Angelpunkt bei der Modernisierung für das Internet of Things (IoT) sind die Betriebsdaten der Maschinen, die möglichst exakt erfasst und ausgewertet werden müssen. Aber vor allem für KMUs wirkt das häufig wie eine Herkulesaufgabe. Weshalb sie solchen Modernisierungen oftmals mit Skepsis gegenüberstehen. Denn reibungslos funktionierende Anlagen sind ein wesentlicher Faktor der Produktivität eines Unternehmens. Aber es muss nicht immer die zeit- und kostenintensive Anschaffung einer neuen Anlage sein. Die Retrofit-Methode ist eine interessante Alternative dazu. Auch wenn sie kein Allheilmittel darstellt, besitzt sie ein bemerkenswertes Potenzial.

Aber was genau ist denn nun ein Retrofit?

Der Begriff Retrofit setzt sich aus dem lateinischen Retro (rückwärts) und dem englischen to fit (anpassen) zusammen. Die Bezeichnung Retro ist auch im allgemeinen Sprachgebrauch bekannt und steht für einen Bezug zur Vergangenheit. Wenn es heißt, dass in der diesjährigen Sommermode Retromuster wieder angesagt sind, wissen wir alle, dass ein bereits vergangener Trend wieder auf dem Vormarsch ist.

Auch bei einem Retrofit geht es um etwas aus der Vergangenheit, das wieder zeitgemäß wird: Eine Anlage oder Maschine wird durch neue Bauteile, die in einem späteren Teil des Artikels näher beschrieben werden, wieder an die derzeitigen technischen Verhältnisse angepasst. Denn die Mechanik veraltet trotz langjähriger Verwendung kaum. Somit eignet sie sich als Grundlage für eine Modernisierung mit Hilfe aktueller Informations- und Kommunikationstechnik. Auf diese Weise entsteht im Idealfall eine nahtlose Verschmelzung der geschätzten Bestandsanlagen und innovativer Industrietechnik, so dass die modernisierten Anlagen in digitale Fertigungssysteme und Abläufe integrierbar sind. Durch Retrofitting werden vorhandene Maschinen fit für die Digitalisierung, und der erste Schritt in Richtung mehr Flexibilität und Vernetzung ist durch die Einbindung in moderne IT-Systeme getan. Außerdem können so digitale Prozesse wie ein Dashboard zur Visualisierung der Daten, die Automatisierung der Produktion oder Predictive Maintenance unterstützt werden.

Vorteile eines digitalen Retrofits

• Die Kosten sind geringer als bei einer Neuanschaffung
• Verlängerung der Lebensdauer der Anlagen
• Gewohnte Arbeitsweisen an den Maschinen können beibehalten werden
• Zeit- und kostenaufwändige Schulungen der Mitarbeiter entfallen
• Umbauten in der Produktionshalle oder Erweiterungen des Platzangebots sind
  bei dieser Methode nicht notwendig
• Erfüllung aktueller gesetzlicher Vorgaben oder Sicherheitsbestimmungen
• höhere Produktivität und Produktqualität
• Senkung von Produktionskosten
• bessere Energieeffizienz
• Steigerung der Effizienz der Anlagen
• Transparente Maschinendaten und Prozesse

Was wird für einen digitalen Retrofit benötigt?

Um einen Maschinenpark an die Anforderungen der Industrie 4.0 anzupassen, sind verschiedene Komponenten notwendig. Denn der digitale Retrofit setzt neue Hard- und Software aus den Bereichen Sensorik, Informations- und Kommunikationstechnik voraus.

Die Informations- und Kommunikationstechnik sorgt für die Vernetzung der Anlagen untereinander und mit den steuernden oder überwachenden Systemen. Während an den Maschinen angebrachte Sensoren unterschiedliche Abläufe überwachen und diverse physikalische Größen wie zum Beispiel die Temperatur oder den Druck messen. Durch die Vernetzung der Sensoren stehen die erfassten Messwerte für die weiterverarbeitende Software zur Vefügung.

Das Mittel zum Zweck bei einem Retrofit ist ein Bindeglied zwischen Maschine und Netzwerk – wie das IoT Gateway von ATR Software. Denn es ermöglicht einen einfachen Zugang zu den Daten der Produktionsanlagen. Außerdem steigert eine Nachbehandlung des gewonnenen Datenmaterials seine Qualität, sodass wertvolle Informationen für nachgelagerte Prozesse, wie zum Beispiel Maschine Learning zur Verfügung gestellt werden. Eine integrierte Alarmierung sowie die Weitergabe an ein MES, zum Beispiel dem InnoMES von ATR Software, runden das Gesamtpaket ab.