eLAB: Deutsche E-Autos auf die Überholspur bringen

[PatrikEdlund]

Von Daniel Kaltenbach, IoT Sales Manager DACH and Russia, Hewlett Packard Enterprise

Als Elektroauto mit der größten Reichweite gilt das Model S des US-Autobauers Tesla, den Massenmarkt der E-Autobatterien dominiert hingegen China mit 70 Prozent Marktanteil. Damit heimische Automobilhersteller die Konkurrenz in diesem Wettrennen abhängen können, forscht die RWTH Aachen im eLAB (Elektromobilitätslabor) zusammen mit Partnern an der Batterieproduktion der Zukunft. Digitalisierung soll deutsche Hersteller in die Pole Position bringen, doch die Heterogenität der beteiligten Systeme und Daten legt Steine in den Weg. Das macht die Batterieforschung zum brisanten Testlauf für die Industrie 4.0. 

Die Fahrt zur Industrie 4.0 erfordert Integration in drei Dimensionen: eine vertikale von den Sensoren bis zum ERP-System, eine horizontale entlang der Lieferkette und die Integration über den Lebenszyklus eines Produkts von der Entwicklung bis zur Wartung. Das kann nur als Gemeinschaftsprojekt gelingen, keine Organisation kann alle Anforderungen allein abdecken. Im eLAB arbeiten deshalb fünf RWTH-Institute und über 320 Unternehmen an der Digitalisierung der Produktionsprozesse. Das eLAB ist wie eine Fabrikhalle aufgebaut, in der man verschiedene Verfahren parallel testen kann. Es deckt sämtliche Produktionsschritte der Batterieherstellung ab, vom Rohmaterial bis zur Abschlussprüfung (End-of-Line Testing). 

Die Herstellung von Autobatterien ist ein komplexer Vorgang, der chemische Prozessschritte ebenso umfasst wie das Zusammenspiel mechanischer und elektronischer Komponenten. Auf der Datenautobahn der Batteriefabrik 4.0 sind deshalb die Daten von Maschinen zahlreicher Hersteller zu sammeln, zu aggregieren und auszuwerten. Das Problem: Die Hersteller nutzen unterschiedliche Datenformate; zudem gestatten manche keinen Datenzugriff durch Dritte, in anderen Fällen erfassen die Maschinen benötigte Daten gar nicht. Hier kommen die eLAB-Partner Hewlett Packard Enterprise (HPE) – im eLAB verantwortlich für die Betriebskonzepte und die Integration der beteiligten Komponenten –, National Instruments, OSIsoft und PTC ins Spiel: National Instruments ermittelt per Retrofitting (nachträglich angebrachte Sensorik) fehlende Maschinendaten. Dies kann ein Temperaturfühler sein oder Hochfrequenzsensorik, um z.B. Risse in einer Beschichtung zu erkennen.  

Die Aggregation und einheitliche Verarbeitung der Daten erfolgt auf HPEs Edgeline-Systemen, die Datenerfassung, -analyse und Maschinensteuerung in sich vereinen. Sie liefern die Basisplattform für alle Services der vier IT-Partnerfirmen. Aruba-Netzkomponenten sorgen für Speed bei der Datenübertragung via LAN oder WLAN, Sicherheitstechnik wie Aruba ClearPass für die Leitplanken. OSIsoft übernimmt mit seinem PI System die Erfassung, Speicherung und Strukturierung der Maschinendaten. Mit der IoT-Plattform ThingWorx von PTC schließlich lassen sich die Daten der Produktionsstraße analysieren, visualisieren und je nach Benutzerrolle als Dashboard darstellen. Zusammenspiel der Digitalisierungslösungen im eLAB der RWTH Aachen

 Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

Digitalisierung ermöglicht zahlreiche Anwendungen vom Echtzeit-Monitoring bis zur vorausschauenden Wartung (Predictive Maintenance). Im eLAB, das seit Mitte 2017 läuft, sind bislang drei umgesetzt: 

• Integration der Daten, die an heterogenen Maschinen anfallen,
• Wartung mittels Augmented Reality (AR),
• Condition- und Qualitäts-Monitoring, um die Qualität der Batterien zu steigern, Ausschuss zu vermeiden und ungeplante Ausfallzeiten zu minimieren.

Im eLAB live zu begutachten ist z.B. Condition Monitoring per Augmented Reality: Mit einer AR-Brille sieht der Techniker die Maschinenparameter samt Wartungsangaben, wichtig etwa bei der Lasertrocknung. Hier trocknet die Elektrodenbeschichtung nicht im Ofen, sondern per Laser. Da dies im Vakuum erfolgt, gelangt man nur von außen an Messparameter. Die AR-Brille ermöglicht den virtuellen Blick auf diesen Vorgang. Weitere Anwendungen – etwa Asset Tracking, Energie-Management und maschinelles Lernen – werden in den nächsten Monaten folgen. 

Das eLAB zeigt, wie man bei der Batterieproduktion der Zukunft dank herstellerübergreifender Zusammenarbeit „Gas geben“ kann. Wer sich davon mit eigenen Augen überzeugen will, kann das – mit oder ohne AR-Brille – im eLab in Aachen tun oder vom 23. bis 27. April 2018 auf dem HPE-Stand auf der Hannover Messe (Halle 6, Stand A38).