Messmittelanbindung

Lesedauer: 5min Veröffentlicht am: Mai 15, 2023. Der Autor des Beitrages ist Maximilian Backenstos.
Wie können Messmittel in der Produktion digital angebunden und erfasste Messwerte zentral abgespeichert werden? Wir zeigen in diesem Beitrag mögliche Schnittstellen, auf was es zu achten gilt und wie ein Projekt "digitale Messmittelanbindung" erfolgreich umgesetzt werden kann.
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Was ist eine Messmittelanbindung?

Im Rahmen der Überwachung und Dokumentation von Produktionsprozessen müssen verschiedene Parameter mit Hilfe von Messmitteln gemessen und protokolliert werden. Die ISO9001 fordert, dass eine Organisation sicherstellt, dass das Personal, das die Messmittel bedient, über die notwendigen Kenntnisse und Fähigkeiten verfügt, um die Messungen korrekt durchzuführen und die Ergebnisse richtig zu interpretieren. Das Notieren der Messwerte von Hand auf Papier oder das Eingeben der Werte in einen Computer ist fehleranfällig. Außerdem ist es mit einem hohen Zeitaufwand verbunden. Mit Hilfe einer Messmittelanbindung werden die erfassten Messwerte direkt digital übertragen. Auf diese Weise wird das Fehlerpotential bei der Übertragung ausgeschlossen und die Messwerte können direkt einer automatisierten Überwachung und Auswertung übergeben werden.

Arten der Messmittelanbindung

Prüfplanbasierte Abfrage von Messmittel

Messwerte für die Stichprobenprüfung oder für einzelne Bauteile werden direkt für die Dokumentation in einem Prüfplan erfasst. Der Prüfplan gibt hier also die Abfrage vor. In diesem Fall müssen die Messdaten des Messmittels nicht kontinuierlich, sondern nur während einer Prüfung übertragen werden. In diesem Fall ist zu definieren, wie die Prüfwertübernahme ausgelöst wird. Dies kann durch die Verwendung eines Hand- oder Fußtasters erfolgen. Eine andere Möglichkeit ist der Datenabruf durch den Prüfplan. Nach Betätigung eines Buttons in der Eingabemaske ruft die Software im Hintergrund proaktiv den Messwert vom Prüfgerät ab.

Kontinuierliches On-Line-Monitoring

Werden Messwerte nicht stichprobenartig mit Hilfe eines Prüfplans erfasst, sondern sollen Prozesse kontinuierlich dokumentiert werden, hat dies auch Auswirkungen auf die Messmittelanbindung. Für die Datenabfrage wird ein Intervall festgelegt, z.B. sollen alle 5 Minuten die Temperaturwerte in der Produktionshalle abgespeichert werden.

Wie können Messmitteldaten übertragen werden? Lösung 1: Prüfplanbasiert über eine digitale Eingabemaske; Lösung 2: Über ein kontinuierliches Montioring

Schnittstellen zu Messmitteln

Schnittstellentypen

Welche Schnittstellen existieren nun? Prinzipiell gilt hierbei – viele Wege führen nach Rom. So ist auch die folgende Aufzählung nicht abschließend. Je nach Hersteller und Alter des Messmittels existieren weitere Schnittstellen. Mit der folgenden Aufzählung wird jedoch ein Groß der existierenden Schnittstellen abgebildet. Die Einstufung in Unidirektional und Bidirektional ist eine abstrahierte Einstufung - je nach Auslegung der Schnittstelle durch den Hersteller können mehr oder weniger Optionen gegeben sein.

NameBeschreibungÜbertragungTyp
DateiimportImport von Flatfiles wie z.B. csv/txt/datUnidirektionalPrüfplanbasiert,
On-Line Monitoring
MessboxenImport von Daten über Messmittelboxen wie z.B. Steinwald oder IBR MesstechnikUnidirektional,
Bidirektional
Prüfplanbasiert
DFQAustauschformat für Prüfwerte, auch Q-DAS ASCII Transferformat genannt. Standardformat mit Beschreibungsdaten (.DFD) und Messwertedaten (.DFX) - werden beide Daten gemeinsam übertragen, ist die Dateieindung .DFQUnidirektional,
Bidirektional
Prüfplanbasiert
Serielle SchnittstellenÜbertragung über ein serielles Kabel (wie z.B. RS232)Unidirektional,
Bidirektional
Prüfplanbasiert,
On-Line Monitoring
Ethernet-KommunikationÜbertragung über ein LAN-Kabel, wie zum Beispiel Modbus TCPUnidirektional,
Bidirektional
Prüfplanbasiert,
On-Line Monitoring
Analoge SystemeÜbertragung des analogen Sensorsignals, wie z.B. 4..20mA Signale UnidirektionalPrüfplanbasiert,
On-Line Monitoring
OPC UAÜbertragung digitaler Werte über Ethernet, Standard für MaschinendatenauswertungUnidirektional,
Bidirektional
Prüfplanbasiert,
On-Line Monitoring
IO-LinkHerstellerübergreifender Standard zum Austauschen von digitalen SensordatenUnidirektional,
Bidirektional
Prüfplanbasiert,
On-Line Monitoring
APIProgrammierschnittstelen zum Austausch von Daten zwischen IT-SystemenUnidirektional,
Bidirektional
Prüfplanbasiert,
On-Line Monitoring
Übersicht über Schnittstellen für Messmittelanbindungen

Messmittelboxen (Gateway)

Beim Anschluss eines Messmittels muss ein Schnittstellentyp ausgewählt werden. Der konkrete Typ hängt von den Möglichkeiten des Messgerätes ab. Einige Geräte verfügen bereits über eine digitale Schnittstelle. Ist dies nicht der Fall, kommen sogenannte Messmittelboxen zum Einsatz. Bekannte Hersteller sind z.B. Steinwaldboxen oder IBR-Messtechnik. Die Boxen sind in der Lage, die Signale von verschiedenen Messgeräten umzuwandeln und standardisiert verarbeitbar zu machen. Für verschiedene Schnittstellen werden passende Hardwareausführungen angeboten. Neben kabelgebundenen Ausführungen gibt es auch kabellose Möglichkeiten über WLAN oder Bluetooth. Weitere Möglichkeiten sind je nach Anwendungsfall Lösungen auf Basis von einer SPS-Steuerung, Mikrocontrollern wie z.B. Raspberry Pis oder auf Basis von IO-Link.

Bei der Auswahl des Gateways ist zu beachten, ob der Informationsfluss nur vom Messgerät zum Server oder auch vom Server zurück erfolgen soll. Letzteres ist dann sinnvoll, wenn Prüfprogramme oder Spezifikationsgrenzen an das Messgerät übertragen werden sollen.

Weiterleitung von Messdaten

Sind die Messmittel an einen Server angeschlossen, werden die Messwerte auch in der Regel weiterverarbeitet. Standardmäßig werden die Messwerte in einem CAQ- oder ERP-System den jeweiligen Prüfaufträgen zugeordnet und für die Losfreigabe verwendet. Die Daten können aber auch für eine Auswertung oder ein Monitoring interessant sein. Dazu werden die Messwerte in einer Datenbank gespeichert oder auf einem Echtzeit-Dashboard dargestellt.

Auch hier kann die Kommunikation bidirektional zwischen den IT-Systemen (z.B.: ERP / MES / CAQ) und dem Messmittelanbindungssystem erfolgen oder auch nur in eine Richtung. Zum Beispiel können einzelne Prüflose in das ERP-System zurückgemeldet und Prüfpläne im Erfassungssystem verwaltet werden. Unidirektional wäre auch der Übertrag von Vorgaben aus dem ERP-System, wie Prüfaufträge oder Spezifikationsdaten. Beim bidirektionalen Austausch werden in der Regel Vorgabedaten und Prüfaufträge aus dem ERP-System übertragen und Ergebnisse zurückgemeldet. Einzelne ERP-Systeme haben hierfür spezifische Schnittstellen (QM-IDI für SAP wird weiter unten beschrieben) oder die Daten werden zum Beispiel über eine SQL-Tabelle ausgetauscht.

Messmittelanbindung mit der DatenBerg smartPLAZA

Mit der smartPLAZA bieten wir ein System zur Kommunikation mit Messgeräten, zur Datenanalyse und zur Datenüberwachung an. Die smartPLAZA ist sowohl für den bidirektionalen als auch für den unidirektionalen Austausch auf allen Kommunikationswegen geeignet. Mit Hilfe des Data Gateways wird die Kommunikation mit den Messgeräten sichergestellt. Für die gängigen Messgeräte existieren Standardschnittstellen, die einfach angepasst werden können.

In der smartPLAZA können sowohl prüfplanbasierte Abfragen von Messmitteln als auch eine kontinuierliche Online-Überwachung von Messmitteln und Maschinen durchgeführt werden. Die Daten können anschließend direkt an weitere IT-Systeme übergeben werden - API-basiert oder über einen Datenbankexport. In der smartPLAZA können aber auch Analysen durchgeführt und die Messwerte auf Trends und Anomalien überwacht werden.

Die Prüfdatenerfassung findet in einer Webeingabemaske statt und kann mit Bildern sowie Prüfanweisungen versehen werden. Mit einem Knopfdruck werden dann die Daten vom Messmittel in die Eingabemaske übertragen.

Übernahme von Messmitteldaten in die smartPLAZA

Messmittelanbindung in SAP (R3/S4-HANA)

Eine direkte Anbindung von Messgeräten ist in SAP (sowohl R3 als auch S4-HANA) nicht möglich. Hierfür muss eine separate Software eingesetzt werden.

Mit dem Inspection Data Interface (QM-IDI) bietet das Qualitätsmanagement-Modul von SAP eine Schnittstelle für externe Systeme. Diese Schnittstelle bietet zwei grundlegende Funktionalitäten:

  • Export von Vorgabedaten (z.B. Prüfpläne, Spezifikationen, Prüfaufträge) aus SAP (sog. Download)
  • Importieren von Ergebnisdaten (z.B. Messwerte, Freigaben) nach SAP (sog. Upload).

Für beide Funktionalitäten stellt die QM-IDI-Schnittstelle verschiedene Funktionsbausteine zur Verfügung, mit denen die erforderlichen Daten ausgetauscht werden. Je nach Konfiguration des SAP-Systems müssen die richtigen Bausteine ausgewählt und in die Schnittstelle eingebunden werden.

Projekt „Digitale Messmittelanbindung“ umsetzen

Um die digitale Messmittelanbindung in der Produktion umzusetzen, bietet sich ein methodisches Vorgehen an. Wir haben ein vier Stufen Projektvorgehen mit den relevanten Projektschritten für Sie zusammengefasst:

  1. Liste aller Messmittel mit Information über mögliche Schnittstellen erstellen
    Welche Messmittel existieren und wie werden Daten erfasst (On-Line, prüfplanbasiert)?
    Welche Messmittel bringen, bereits Schnittstellen mit sich?
    Wo bestehen bereits Messmittelboxen?
    Welche Prüfplätze benötigen Hardware zur digitalen Datenerfassung?
    Output Schritt 1: Liste mit Informationen zum Bestand an Messmitteln und Schnittstellen
  2. Informationsfluss der Messmittel zu relevanten IT-Systemen definieren
    Wie sollen die Daten vom Prüfgerät in welches IT-System fließen?
    Wie werden Prüfaufträge getriggert und wie wird die Prüfaufgabe an den Mitarbeiter kommuniziert?
    Wie sehen die konkreten Schnittstellen der beteiligten IT-Systeme aus?
    Output Schritt 2: Architektur für den Datenaustausch ist definiert
    Die IT-Abteilung kann nun parallel die benötigte Infrastruktur (Netzwerk, Firewalls) schaffen.
  3. Ranking der Messmittel hinsichtlich Kritikalität / Kosten Schnittstelle
    Welche Messmittel sind besonders kritisch hinsichtlich Fehleingaben?
    Welche Kosten (Hardware, Lizenzen) werden für die Einbindung der Messmittel anfallen?
    Output Schritt 3: Ranking der Messmittel hinsichtlich Priorisierung
  4. Anbindung einzelner Messmittel
    Welche Roll-Out Gruppen ergeben sich aus Schritt drei?
    Wie sollen die Daten pro Messmittel abgefragt werden (z.B. Auflösung einstellen)?
    Output Schritt 4: Angeschlossene Messmittel je Roll-Out Gruppe
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Der Autor Maximilian ist Geschäftsführer bei DatenBerg. Er begleitet Kunden von der Datenerfassung bis hin zur automatisierten Auswertung. Ist er nicht bei Kunden im Einsatz, hält er Vorträge zu den Themen Daten nutzen in der Produktion, Anwendungsfälle von Industrie 4.0 und automatisierte Auswertung von Produktionsdaten. Gerne besprechen wir mit Ihnen, wie das Thema Messmittelanbindung in Ihrer Produktion umgesetzt werden kann. Kontaktieren Sie uns hier.

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