Eramet setzt auf Sensoren ohne Batterie

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Die Einsatzmöglichkeiten des Internet of Things sind in der Branche mittlerweile bekannt. Verbundene Sensoren werden häufig verwendet, um Ausrüstung, Werkzeuge und sogar Teile mit hoher Wertschöpfung zu verfolgen. Leider lassen sich diese Systeme aufgrund ihrer Kosten nur schwer in großem Umfang einsetzen.

Etiketten, die mit MtoM- (4G und bald 5G) oder sogar LPWAN-Chips (LoRa oder Sigfox) ausgestattet sind, bleiben pro Einheit relativ teuer und erfordern Netz- oder Batteriestrom. Das Ersetzen der Batterie erhöht die Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership oder TCO) für eine solche Lösung nach 5 Jahren und begrenzt effektiv die Anzahl der Signale, die ein Industrieller auf der Erde veröffentlichen wird.

Eramet, ein französischer Hütten- und Metallurgiekonzern mit 35.000 Mitarbeitern, betreibt eine Abteilung für Hochleistungslegierungen, die Schmiedeteile herstellt, insbesondere Fahrwerks- und Triebwerksteile für die Luft- und Raumfahrt. Diese Stecklinge, die mehrere Meter lang werden können, werden oft im Freien gelagert.

Nach zwei Jahren der Evaluierung von IoT-Lösungen zur Sicherstellung der Geolokalisierung dieser Teile wandte sich Eric Baldo, Direktor des zukünftigen Werks bei Eramet, an das in Toulouse ansässige Unternehmen Uwinloc, das für eine Indoor-Geolokalisierungslösung ohne Stromquelle konzipiert ist.

„Nach einer langen Suche nach einer Geolokalisierungslösung für unsere Produkte haben wir schließlich eine Partnerschaft mit Uwinloc aufgebaut, um ihre Lösung für den Einsatz im Freien und für den nomadischen Einsatz anzupassen“, erklärt der Manager. „Wir wollten eine robuste branchenspezifische Lösung schaffen und suchten nach Partnern, Collins Aerospace und Michelin, um diese Lösung gemeinsam zu entwickeln.“

Wie Eramet und seine Partner einen batterielosen Sensor entwickelt haben

Der Hersteller setzte die Lösung in drei Lagerräumen mit insgesamt 500 Quadratmetern ein, um die Technologie zu validieren, bevor er mit dieser gemeinsamen Entwicklung begann. Die Idee des Projekts ist es, von Uwinloc entwickelte technologische Bausteine ​​für den Innenraum zu verwenden, diese jedoch über eine am Gabelstapler montierte Box zu verwenden, die einen GPS-Beacon enthält. Diese Kiste verfolgt die mit dem UWB-Tag (Ultra Wide Band) ausgestatteten Kisten, die vom Wagen bewegt wurden, und verfolgt somit, wo sie gelagert werden.

Eric Baldo betont: „Schon vor dem Start dieser Partnerschaft schätzten wir, dass der ROI der Lösung angesichts des Preises und der geringeren zu implementierenden Infrastruktur dreimal schneller als bei anderen Produkten auf dem Markt erzielt werden würde.“ „Außerdem müssen wir nicht alle x Jahre in neue Tags investieren, denn im Freien müssen sie gecrimpt und entsorgt werden, wenn die Batterie leer ist.“

Uwinloc aus Toulouse entwickelte einen UWB-Chip, der es ihm ermöglichte, ein Leuchtfeuer zu bauen, das ohne Batterie betrieben werden kann. Es wird mit Ultrahochfrequenz (UHF) betrieben, die von einer Quelle ausgeht, die zwanzig Meter entfernt sein kann. Nach der Aktivierung gibt das Tag eine eindeutige Kennung aus, die sich über die UWB-Verbindung ausbreitet. Somit ist es möglich, die Identifikatoren aller Tags in der Umgebung zu sammeln und ihre Geolokalisierung zu bestimmen. Setzen Sie einfach sieben bis neun UWB-Beacons im Endlager ein, um eine 3D-Geolokalisierung mit einer durchschnittlichen Genauigkeit von 30 bis 50 cm zu erreichen. Eric Carrillo, Mitbegründer und Präsident von Uwinloc, erklärt diese mutige technische Entscheidung.

“Im Jahr 2015 war es eine Nischentechnologie im Vergleich zu BLE (Bluetooth Low Energy) oder LoRa. Unsere Beobachtung war, dass diese Technologien es uns nicht erlaubten, ein Poster ohne Batterie zu erstellen”, “Wir haben uns für UWB wegen seiner Stärke entschieden. Im Jahr 2019 brachte Apple seine ersten Smartphones mit einem UWB-Chip auf den Markt und jetzt integriert das gesamte Smartphone-System diese Technologie. „Allerdings haben die Verbrauchsprofile der verfügbaren UWB-Chips unseren Anwendungsfall nicht möglich gemacht.“

Die Box, die den Waggon versorgt, ist über UBW mit den Tags verbunden.

Kredit: iramit

Damit würde der Unwinloc-Chip “zehnmal weniger Energie verbrauchen als Chips auf dem Markt”.

Das Projekt wurde bei Uwinloc und Eramet Aubert & Duval umgesetzt. Es bildete sich eine Arbeitsgruppe, der bald auch die Betreiber angehörten. Für die Experimente wurde der Standort Pamiers südlich von Toulouse ausgewählt. Es ist eine historische Fabrik der Gruppe, die ein Grundstück von 700 Metern Länge einnimmt. Das Projekt konzentrierte sich auf das Ende des Produktionsflusses und die Verpackung von fertigen Produkten und Sendungen.

An diesem Standort gibt es 3000 Teilebewegungen pro Tag. Der Raum, der von jedem Stück eingenommen wird, reicht von 30 cm bis 5 m für die Lagerung. Beachten Sie, dass die Lagerbereiche selbst sehr verstreut über das Gelände verteilt sind. Als direkte Folge dieses Geländes verbrachten die Bediener viel Zeit mit der Suche nach Teilen. Es gab gute Verbesserungsmöglichkeiten.

“Die Tests bei Uwinloc wurden mit demselben Gabelstapler und auf identischen Regalen wie bei uns durchgeführt. Wir haben sie mit Kisten und Teilen versorgt”, erinnert sich Eric Baldo. “Die Uwinloc-Ingenieure konnten verschiedene Versionen des Geräts in ihren Einrichtungen testen. Wenn diese Tests kritisch waren, haben wir die Lösung an unserem Standort in Pamiers getestet, mit den Bedienern, um Feedback unter realen Bedingungen zu erhalten”, erklärt der Manager. „Wir validierten die Funktionen, die wir beibehalten wollten, und starteten dann neue Iterationen, bis wir die aktuelle Lösung hatten.“

Geolokalisierung von Teilen und Integration der Unwinloc-Plattform

Laut dem Direktor war die IT-Abteilung „sehr früh in den Prozess eingebunden“.

Ein interner Demonstrator wurde geschaffen, um intern das Interesse an einem Übergang zu einem größeren Maßstab zu wecken. Collins Aerospace und Michelin auf dem Laufenden zu halten, trug dazu bei, dem Projekt Glaubwürdigkeit zu verleihen. sagt Eric Baldo.

Bei Unwinloc haben bis zu 20 Personen an diesem Projekt gearbeitet, das sich jetzt in der Bereitstellungsphase befindet. Manoloc, der Gabelstaplervermieter auf dem Industriegelände, wurde in das Projekt integriert, um den Gabelstaplerhof zu modifizieren und die Verbindungen an die verschiedenen getesteten Geolokalisierungsgeräte anzupassen.

Erstens hat das Projektteam für den Wertnachweis des Projekts einen Wagen mit einer Box ausgestattet, die dazu bestimmt ist, die Tags durch UHF-Emissionen zu aktivieren, und zweitens, um das UWB-Signal von den umgebenden Tags zu empfangen. Dann sendet dieser Empfänger – per WLAN oder 4G – die GPS-Geolokalisierung an den Uwinloc-Server. Vier Verpackungsgenerationen wurden getestet.

“Die Anwendung ermöglicht es Ihnen, anhand der ID oder Schlüsselwörter nach einem Instrument zu suchen. Wir bieten eine Inventarisierungsfunktion in einem Gebiet oder an einem Ort.”

Erich CarioMitbegründer und Präsident von Uwinloc

Das Endprodukt? Eine Box gewährleistet all diese Aktivierungs- und Kommunikationsfunktionen. Es wurde auf der linken Seite des Lastwagenhofs installiert. Wenn sich der Wagen bewegt, wird die GPS-Position alle 2 Sekunden aktualisiert. Der Uwinloc-Server speichert den Verkehrsverlauf. Als Lagerort des Teils bleibt die letzte bekannte Position erhalten.

Diese Lösung macht es möglich, auf jegliche Infrastruktur auf dem Dach von Lagerhallen zu verzichten. Tatsächlich ist es möglich, GPS-Beacons in Gebäuden zu platzieren, deren genaue GPS-Koordinaten aufgezeichnet werden. Wenn eine Truhe in einem Raum gelagert wird, aktiviert ihr Tag das Locator-Tag und ermöglicht es, sie zu finden. Die Uwinloc-Plattform ermöglicht es, die gesamte Infrastruktur und Geolokalisierungsdaten für alle Tags zu überwachen.

„Die Plattform bietet viele Anwendungen für Endbenutzer“, sagt Eric Carrillo. “Die Anwendung ermöglicht es Ihnen, anhand der ID oder Schlüsselwörter nach einem Instrument zu suchen. Wir bieten eine Inventarisierungsfunktion in einem Gebiet oder an einem Ort.” Dazu gehören die Einrichtung laufender Inventarisierungen und die Erstellung von GeoEvents. „Ein Werkzeug, das niemals eine Produktionslinie verlassen sollte, generiert einen Alarm, wenn das Werkzeug seinen Bereich verlässt“, erklärt er.

“Die gemeinsam mit Eramet, Collins Aerospace und Michelin entwickelte mobile Lösung ist jetzt ein fester Bestandteil unseres Angebots. Kunden können die tragbare Lösung im Freien, in Innenräumen und als stationäre Lösung zur kontinuierlichen Kühlung an einem einzigen Punkt der Produktionslinie einsetzen, z Beispiel Beispiel.“

Fünf Minuten, um das Teil zu finden

Das Zusammenspiel der Uwinloc-Plattform mit SAP soll es dem Bediener ermöglichen, viele Informationen anzuzeigen und so seine Teileauswahl zu verbessern. Es wählt nur eine Kiste aus, um eine Bestellung vorzubereiten, was dem Fahrer viel Zeit spart. Außerdem bewegt diese Kutsche auf dem Bildschirm in ihrer Kutsche sicher das richtige Stück.

Hundert Zeitmessungen, die auf der Pamiers-Website vorgenommen wurden, bevor die Tags angebracht wurden, zeigten eine erhebliche Zeitersparnis.

„Es dauerte von 20 Minuten … bis zu mehreren Wochen, um die vergessenen Teile zu finden!“

Erich BaldoZukünftiger Fabrikleiter, Eramet

„Es dauerte von 20 Minuten … bis zu mehreren Wochen, um die vergessenen Teile zu finden!“, ruft Eric Baldo aus.“ Wenn wir diese geolokalisierungsbedingten Extreme außer Acht lassen, kamen wir im Durchschnitt auf 25 Minuten von 100 Mal. Die Lösung ermöglichte es, ein Teil in fünf Minuten zu finden, einschließlich der Transferzeit zum Standort, und keine Ausfälle mehr! Sagt der Werksleiter der Zukunft.

Laut Eric Baldo werden Geolokalisierungsdaten es ermöglichen, die Flotte von 65 Gabelstaplern des Standorts zu verbessern. Im Kontext der Arbeitssicherheit erleichtern diese Informationen die Identifizierung von Bereichen mit hoher gemeinsamer Aktivität. Mit diesem Indikator können Werksleiter entscheiden, einen Fußgängerweg zu verlegen oder Fahrräder in einem Bereich zu verbieten, um die Sicherheit des Bedieners zu verbessern.

Derzeit sind 5 Karren ausgestattet und 2.000 Karten werden am Standort Pamiers gehandelt. Der Hersteller erwägt einen Einsatz an seinem Standort in Issoire, der etwa 40 Kilometer von Clermont-Ferrand entfernt liegt. Es geht nicht mehr um die Optimierung der Lagerhaltung, sondern um die Digitalisierung des Teileflusses, der dank Geolokalisierung und Datenverarbeitung das heiße Maul der Schmiede verlässt. Michelin und Collins Aerospace – die Partner von Eramet im Nomad-Projekt – arbeiten an der Bereitstellung der Lösung.

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