Dipl.-Ing. Edmund Radlbauer - Portfolio

HTL Projekt - PID-Regelung

Das Projekt soll anhand einer Temperaturregelung einer Glühbirne den Schülern die Grundlagen der PID-Regelung näherbringen. Die Glühlampe wird von einem Gleichstrom-Generator mit elektrischer Energie versorgt. Der Energiefluss erfolgt durch einen Frequenzumrichter, der seine Energie aus einer 230V 50Hz Steckdose bezieht und ein künstliches Drehstromsystem mit variabler Frequenz von 0 bis 50Hz erzeugt. Dieses System treibt einen Drehstrom-Asynchronmotor (ASM) an, welcher wiederum mechanisch über eine Wellenkupplung einen Gleichstromgenerator antreibt. Der Gleichstromgenerator versorgt die Glühlampe mit elektrischer Energie, wodurch der Glühfaden die Glasoberfläche der Lampe erwärmt.

Projektziele

• Optimierung von Regelsystemen und deren Steuerung
• Implementierung eines Datenerfassungssystems zur Überwachung und Analyse von Prozessdaten
• Entwicklung einer benutzerfreundlichen Oberfläche für die Überwachung und Steuerung

Komponenten

• Frequenzumrichter
• SPS Steuerung
• Motor und Generator
• Temperaturregelungssystem

Messaufbau

Die durchgeführten Messungen zeigen die Leistung und Effizienz des optimierten Systems. Die Daten umfassen Drehzahl, Spannung, Strom und Temperaturmessungen unter verschiedenen Betriebsbedingungen.

Interface zum Optimieren des Reglers

Fazit

Das Projekt demonstriert die effektive Implementierung moderner Automatisierungstechnologien und bietet wertvolle Erkenntnisse für zukünftige industrielle Anwendungen.

Modernisierung einer Produktionslinie in einem Industriebetrieb

Details zu Modernisierung einer Produktionslinie...

Realisierung einer Datendrehscheibe

Überblick: In einem Industrieunternehmen wurde in Zusammenarbeit mit der IT-Abteilung, erfolgreich eine Datendrehscheibe implementiert, die es ermöglicht, Daten nativ von verschiedenen Produktionsanlagen zu erfassen und zentral zu verarbeiten. Das zentrale Element dieser Architektur ist der Kepware-Server, der Daten von den Produktionsanlagen mittels nativer Protokolle abruft und über das OPC-UA-Protokoll zur Verfügung stellt.

Hauptkomponenten der Datendrehscheibe

Kepware-Server

• Zentrale Rolle: Der Kepware-Server fungiert als Herzstück der Datendrehscheibe. Er ist ein führendes Produkt für industrielle Konnektivität, das es ermöglicht, verschiedene Geräte und Software miteinander zu verbinden.
• Datenabfrage: Mithilfe nativer Protokolle werden die Daten von den Produktionsanlagen erfasst. Die Konfiguration des Kepware-Servers umfasst die Festlegung der Netzwerkadapter, Sicherheitseinstellungen wie Verschlüsselung und Authentifizierung über Zertifikate sowie die Verwaltung von Client-Verbindungen.
• Datenbereitstellung: Die gesammelten Daten werden über das OPC-UA-Protokoll bereitgestellt, was eine sichere und standardisierte Kommunikation ermöglicht. Der OPC-UA-Client-Treiber im Kepware-Server ermöglicht die sichere und zuverlässige Übertragung von Daten durch Firewalls und über das Internet oder LANs.

• Datennutzung: Die über OPC-UA bereitgestellten Daten werden von den Betriebsdatenerfassungs- (BDE) und Maschinendatenerfassungs-Systemen (MDE) abgerufen und weiterverarbeitet. Diese Systeme nutzen die Daten zur Überwachung und Steuerung der Produktionsprozesse.

Zusätzliche Datenquelle

• iba-System: Das iba-System wurde als zusätzliche Datenquelle integriert. Dieses System liefert wichtige ergänzende Daten von den Produktionsanlagen, die für eine umfassendere Analyse und Optimierung der Produktionsprozesse verwendet werden können.

Vorteile der Implementierung

• Zentralisierung der Daten: Die zentrale Erfassung und Bereitstellung von Daten durch den Kepware-Server ermöglicht eine konsistente und zuverlässige Datenbasis für alle nachgelagerten Systeme.
• Sicherheit und Zuverlässigkeit: Die Nutzung von OPC-UA bietet hohe Sicherheitsstandards durch Verschlüsselung und Zertifikats-basierte Authentifizierung, wodurch die Integrität und Vertraulichkeit der Daten gewährleistet wird.
• Erweiterbarkeit: Durch die Anbindung zusätzlicher Systeme wie das iba-System können weitere wichtige Datenquellen integriert werden, was die Flexibilität und Skalierbarkeit der Datendrehscheibe erhöht.
• Effiziente Datennutzung: Die nahtlose Integration von BDE- und MDE-Systemen ermöglicht eine effiziente Nutzung der erfassten Daten zur Optimierung der Produktionsprozesse.

Fazit

Diese Implementierung stellt einen wichtigen Schritt in Richtung einer digitalisierten und vernetzten Produktion dar, die es uns ermöglicht, Produktionsprozesse effizienter zu überwachen und zu steuern.

Leistungssteigerung einer NonStop Aufrollung

Ausgangslage: Das Projekt begann aufgrund eines dringenden Bedarfs aus der Produktionsabteilung das Produktportfolio zu erweitern. Die Aufgabe bestand darin, die Produktivität der NonStop Aufrollung an einer industriellen Produktionsanlage zu erhöhen. Diese Anlage wickelt Flächenmaterial aus Aluminium und Verbundmaterial mit einer Breite von bis zu 1440 mm auf. Ziel war es, die Produktvielfalt zu erweitern und dafür den notwendigen Zug am Material zu erhöhen, um eine ordnungsgemäße Weiterverarbeitung zu gewährleisten.

Projektphasen

Bestandsaufnahme

• Dokumentation der aktuellen Parameter: Erfassung und Analyse der bestehenden Produktionsparameter, um die Ausgangslage klar zu definieren.
• Festlegung der gewünschten Parameter: Definition der Zielvorgaben basierend auf den Anforderungen der Produktion.

Projektierung

• Analyse der maximalen mechanischen Beanspruchung: In Zusammenarbeit mit dem Maschinenhersteller wurden die Grenzen der mechanischen Belastbarkeit der Anlage erörtert.
• Festlegung der Antriebe und Infrastruktur: Auswahl der notwendigen elektrischen und mechanischen Komponenten, die für die Leistungssteigerung erforderlich sind.

Kostenermittlung

• Angebotseinholung: Einholung und Vergleich von Angeboten verschiedener Lieferanten.
• Kostenfestlegung: Der endgültige Preis wurde auf rund € 70.000 festgelegt.

Implementierung

• Beschaffung der Komponenten: Einkauf der benötigten Antriebe und Infrastruktur.
• Terminplanung: Erstellung eines detaillierten Zeitplans für die Implementierung der Änderungen.
• Inbetriebnahme mit externen Partnern: Zusammenarbeit mit externen Dienstleistern zur Umsetzung der Änderungen und zur Inbetriebnahme der verbesserten Anlage.
• Support und Abnahme: Bereitstellung von Support während der Inbetriebnahme und abschließende Abnahme der Anlage.

Ergebnis

Die durchgeführten Änderungen führten zu einer 30%igen Steigerung der Produktivität.

Aufgabenbereiche

• Prüfung der Realisierbarkeit: Evaluierung der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit des Projekts.
• Technische Projektierung: Planung und Design der technischen Lösung.
• Angebotseinholung: Vergleich und Auswahl der besten Angebote für die benötigten Komponenten.
• Beschaffung der Komponenten: Einkauf und Organisation der erforderlichen Teile.
• Terminplanung: Erstellen eines detaillierten Zeitplans für die Projektdurchführung.
• Inbetriebnahme mit externen Partnern: Zusammenarbeit mit spezialisierten Dienstleistern zur erfolgreichen Implementierung.
• Support: Unterstützung während der Inbetriebnahmephase.
• Abnahme: Abschlussprüfung und offizielle Übergabe der verbesserten Anlage.

Fazit

Das Projekt war ein voller Erfolg und demonstriert die Fähigkeit, durch gezielte technische Verbesserungen und eine strukturierte Projektabwicklung erhebliche Leistungssteigerungen in einer industriellen Produktionsumgebung zu erzielen.

Aufbau eines OT-Teams in einem Industrieunternehmen

Gründung und Aufbau eines OT-Teams in einem Industrieunternehmen: Im Jahr 2019 habe ich den Bereich Operational Technology (OT) in der Elektrotechnik-Abteilung der Constantia Teich GmbH gegründet. Der Fokus lag darauf, die spezifischen Anforderungen und Herausforderungen von OT-Systemen, die in Produktionsumgebungen eingesetzt werden, zu adressieren. Hierbei handelt es sich um Systeme, die industrielle Prozesse und physikalische Vorgänge steuern und überwachen.

Teamerweiterung und Ausbildung

Nach einem halben Jahr wurde ein Elektrotechniker in das Team aufgenommen, um das Fachwissen und die Kapazitäten zu erweitern. Im September 2020 startete unser erster Lehrling seine Ausbildung im OT-Bereich und wird 2024 die Lehrabschlussprüfung ablegen. 2022 wurde ein weiterer Lehrling aufgenommen, um die Nachwuchsförderung und den Wissenstransfer sicherzustellen.

Aufgaben und Verantwortlichkeiten

Das OT-Team ist verantwortlich für die Verwaltung aller IT-Geräte in der Produktion. Eine umfassende Inventarisierung ergab, dass etwa 450 Geräte, darunter IP-Kameras, Raspberry Pi's, Computer mit Betriebssystemen von DOS bis Windows 11, Protokollkonverter, SPS-Systeme uvm. im Einsatz sind. Diese Geräte müssen regelmäßig gewartet, aktualisiert und gegen Sicherheitsbedrohungen geschützt werden.

Zentrale Verwaltung von externen Zugriffen

Ein weiterer wichtiger Aspekt der OT-Teamaufgaben ist die zentrale Verwaltung von externen Zugriffen auf die OT-Systeme und Steuerungen. Dies umfasst die Überwachung und Kontrolle aller Remote-Zugriffe, um sicherzustellen, dass nur autorisierte Personen Zugang zu sensiblen Systemen haben. Durch den Einsatz von modernen Sicherheitslösungen und Protokollen wird gewährleistet, dass externe Verbindungen sicher und nachverfolgbar sind.

Zusammenarbeit mit der IT-Abteilung

Eine enge Zusammenarbeit mit der IT-Abteilung ist unerlässlich, um Sicherheitskonzepte zu entwickeln, VLANs zu konfigurieren und Backup-Strategien zu implementieren. Diese Zusammenarbeit ermöglicht eine ganzheitliche Herangehensweise an die IT- und OT-Sicherheit, wobei die spezifischen Anforderungen und Herausforderungen beider Bereiche berücksichtigt werden. Regelmäßige Schulungen und gemeinsame Workshops fördern das Verständnis und die Kooperation zwischen den Teams.

Herausforderungen und Strategien

Die Integration von IT- und OT-Systemen bringt mehrere Herausforderungen mit sich, darunter die Notwendigkeit, spezialisierte Fähigkeiten aufzubauen und die verschiedenen Prioritäten beider Teams zu harmonisieren. Es ist entscheidend, offene Kommunikationskanäle zu schaffen und regelmäßige Meetings abzuhalten, um gemeinsame Ziele zu definieren und Vertrauen aufzubauen. Die Entwicklung eines robusten Governance-Frameworks und die Implementierung von Sicherheitsmaßnahmen, die sowohl IT- als auch OT-spezifische Anforderungen berücksichtigen, sind ebenfalls entscheidend für den Erfolg.

Erfolgsfaktoren

• Teamaufbau und Schulung: Aufbau eines kompetenten Teams durch Schulungen und Zusammenarbeit mit externen Experten.
• Inventarisierung und Überwachung: Vollständige Erfassung und kontinuierliche Überwachung aller OT-Geräte zur Identifikation und Behebung von Schwachstellen.
• Sicherheitsstrategien: Entwicklung und Umsetzung umfassender Sicherheitsstrategien in Zusammenarbeit mit der IT-Abteilung.
• Kontinuierliche Verbesserung: Regelmäßige Überprüfung und Anpassung der Prozesse und Technologien, um den sich ändernden Anforderungen und Bedrohungen gerecht zu werden.
• Zentrale Verwaltung externer Zugriffe: Sicherstellung, dass alle Remote-Zugriffe sicher und kontrolliert erfolgen.

Fazit

Durch diese Maßnahmen kann das OT-Team einen wichtigen Beitrag zur Sicherstellung eines reibungslosen und sicheren Produktionsbetriebs leisten und gleichzeitig die Effizienz und Resilienz der IT- und OT-Infrastruktur verbessern.

Bachelorarbeit - Digitaler Zwilling

Titel: Möglichkeiten und Nutzen eines digitalen Zwillings für ein produzierendes Unternehmen in der Verpackungsindustrie
Veröffentlichungsdatum: 05.12.2021

In dieser Arbeit wurden die Begriffe digitales Modell, digitaler Schatten und digitaler Zwilling im Bereich der Verpackungsindustrie hinterleuchtet. Als erstes wurden die Begriffe inklusive ihrer Anwendungen durch Literaturrecherche erläutert. Eine Evaluierung mittels Onlineumfrage sollte die Kenntnisse und die damit verbundenen Anwendungswünsche über die Begriffe digitales Modell, digitaler Schatten und digitaler Zwilling erheben.

Bildbeschreibung:

• Ein digitales Modell, sei es als Simulation, CAD-Zeichnung oder mathematisches Modell, dient als Vorlage und wird in der realen Welt laut dieser Vorlage generiert.
• Ein digitaler Schatten speichert ein Abbild aus der Realwelt zur weiteren Analyse bzw. als Datenbasis für den digitalen Zwilling. Dieser Datenspeicher ist in seinem Umfang abhängig von der Komplexität, der Anzahl der Datenpunkte, der Behaltedauer der Daten usw.
• Der gespeicherte Datenstamm dient als Grundlage zur Analyse und Planung. Hier besteht die Möglichkeit, über verschiedenste Algorithmen wie Machine Learning (ML), Künstliche Intelligenz (KI) oder andere mathematische Modelle die Daten zu analysieren und aufzubereiten.
• Hier findet das eigentliche Feedback des digitalen Zwillings statt. Die aufbereiteten Daten werden dem Prozess zugeführt und führen zu einer Anpassung dieses.
• Erweiterte Möglichkeiten bieten sich mittels Data-Mining-Techniken an. Änderungen wie z.B. Schichtwechsel, Produktwechsel können hier in ein deskriptives (beschreibendes) Modell abgeleitet werden.
• Das digitale Modell kann aufgrund der Änderungseinflüsse aktualisiert werden. Hierbei entsteht eine neue Version des digitalen Modells.

Als Fazit dieser Arbeit kommt folgendes zur Geltung:

Die Arbeit zeigt, dass oft nicht der Begriff "digitaler Zwilling" gemeint ist, sondern eher der "digitale Schatten". Ein digitaler Schatten speichert und analysiert Daten aus der realen Welt und dient als Grundlage für zukünftige Optimierungen. Der digitale Zwilling hingegen interagiert in Echtzeit mit dem physischen Gegenstück und ermöglicht unmittelbare Anpassungen und Verbesserungen.

Die Ergebnisse der Arbeit legen nahe, dass Unternehmen der Verpackungsindustrie von der Implementierung digitaler Schatten profitieren können, indem sie ihre Produktionsprozesse durch detaillierte Datenanalyse optimieren. Die fortschreitende Entwicklung und Integration dieser Technologien wird die Effizienz weiter steigern und neue Möglichkeiten für die Prozessoptimierung eröffnen.

Um nähere Einblicke zu dieser Arbeit zu erlangen, Kontaktieren Sie mich bitte.

Masterklassenprojekt - Modernisierung einer Verpackungsstraße

Projektteam: Edmund Radlbauer BSc., Ing. Klaus Bernert BSc.
Ausgangslage: Auf die Verpackungsstraße werden halb fertig verpackte Gebinde abgestellt, die Verpackungsstraße verpackt und etikettiert diese je nach Rezept fertig. Neue Rezeptdaten mussten bisher manuell eingetragen werden, was zu Verzögerungen und Fehlern führen konnte.

Zielstellung des Projekts:

• Optimierung der Rezepterstellung durch automatische Vorschlagwerte
• Einbindung der Konturenvermessung für die Etikettenpositionierung
• Maschinendatenerfassung und Anbindung an die Betriebsdatenerfassung
• Verhinderung von Doppelgebinden
• Optimierungen an den Robotern für bessere Performance und weniger Fehler

Methodische Vorgehensweise:

• Analyse der ERP-Daten und bestehenden Rezepte
• Prozessanalyse und Definition von Schnittstellen
• Implementierung der notwendigen Anpassungen

Hauptkomponenten und Technologien:

Das Projekt nutzt bestehende Hardware und Software wie SPS-Steuerungen, TIA-Portal, WinCC-Advanced und SQL-Server 2019. Die Middleware liest ERP-Daten und erstellt Vorschläge für Verpackungsrezepte, die vom Benutzer über das HMI bearbeitet werden können.

Herausforderungen und Strategien:

Die Integration von IT- und OT-Systemen brachte mehrere Herausforderungen mit sich, darunter die Harmonisierung der Prioritäten beider Teams und die Schaffung offener Kommunikationskanäle. Die Entwicklung eines robusten Governance-Frameworks und die Implementierung von Sicherheitsmaßnahmen waren entscheidend für den Projekterfolg.

Ergebnisse:

• Automatische Rezepterstellung und -anpassung
• Integration der Konturenvermessung zur Optimierung der Etikettenpositionierung
• Verbesserte Performance und Zuverlässigkeit der Verpackungsstraße
• Effizientere und fehlerfreie Betriebsdatenerfassung

Fazit:

Das Projekt zeigt, wie durch gezielte Optimierungen und die Integration neuer Technologien die Effizienz und Zuverlässigkeit von Produktionsprozessen erheblich gesteigert werden können. Die Implementierung der Middleware und die Optimierungen der Roboter haben maßgeblich zur Verbesserung der Verpackungsstraße beigetragen.

Certified System Integrator der Fa. iba AG

Seit 2024 bin ich erster zertifizierter Systemintegrator der Fa. iba AG in Österreich. Als führender Anbieter von Messsystemen für Industrie und Energie ermöglicht iba eine transparente Analyse und Optimierung industrieller Prozesse.

Meine Dienstleistungen

• Prozessdaten-Erfassung: Implementierung von Hardware- und Softwarelösungen zur kontinuierlichen und synchronen Erfassung wichtiger System- und Prozessdaten.
• Datenanalyse: Nutzung leistungsstarker Analysetools zur interaktiven und automatisierten Generierung von Informationen.
• Zustandsüberwachung: Implementierung von Zustandsüberwachungssystemen zur Diagnose und Optimierung von Maschinen und Prozessen.
• Fehlersuche und Qualitätsdokumentation: Bereitstellung von Lösungen zur Fehlersuche und Erstellung von Qualitätsdokumentationen.