Produktionssysteme

Der Schlüssel zu Industrie 4.0

Zukunftsweisende Strategien wie Industrie 4.0 mit dem Fokus auf dezentralen Fertigungsprozessen generieren neue Anforderungen an die Fertigungs-IT, insbesondere an Manufacturing Execution Systeme (MES). Das Konzept MES 4.0 zeigt, wie das MES der Zukunft aussehen wird.

Industrie 4.0 beschreibt, wie intelligente Werkstücke mit Maschinen kommunizieren, selbstständig den optimalen Weg durch die Fertigung finden und so - ohne eine zentrale Steuerung - zum fertigen Endprodukt werden. Man spricht hier von Cyber Physical Systems (CPS). Der Mensch unterstützt und greift nur bei Bedarf regulierend in das System ein. Dabei entstehen unweigerlich große Datenmengen, die Auskunft über den aktuellen Zustand des Gesamtsystems und der einzelnen Werkstücke geben. Zur Verarbeitung dieser Daten sieht Industrie 4.0 dezentrale IT-Lösungen aus der Cloud vor.

Zurzeit beschäftigen sich viele Forschungseinrichtungen aber auch Fertigungsunternehmen mit Industrie 4.0 und erproben unterschiedliche Ansätze zur Verwirklichung der visionären Ideen.

Bei aller Dezentralität hat die Erfahrung gezeigt, dass eine zentrale Instanz zur Koordinierung und Synchronisation förderlich ist. Schon heute profitieren Manufacturing Execution Systeme (MES) von einer hohen Erfassungsdichte und einer Vielzahl von Sensoren in der Fertigung. Diese

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Daten werden in einer zentralen Produktionsdatenbank zusammengeführt und ergeben ein Gesamtbild der Fertigung, das die Grundlage für gesicherte Entscheidungen und die Optimierung der Fertigungsprozesse bietet.

Auch Industrie 4.0 braucht Transparenz auf der Basis von Echtzeitdaten und kann dabei durch die Fähigkeiten eines MES wirkungsvoll unterstützt werden. Durch die ressourcenübergreifende, zentrale Datenhaltung kann ein MES sehr schnell mit den vorhandenen Informationen arbeiten, da nicht erst mehrere Datenquellen angefragt werden müssen. Die Koppelung der autonomen CPS an die MES-Datenbank macht deren Kommunikation effizienter– und dadurch auch das Gesamtsystem.

Zukunftskonzept MES 4.0

Damit ein MES-System den Anforderungen von Industrie 4.0 gerecht wird, muss es eine Vielzahl an neuen Funktionen und Fähigkeiten mitbringen. MES 4.0 fasst diese Bedarfe z

u einem schlüssigen Konzept zusammen. Dieser Artikel erläutert ausgewählte Themen aus MES 4.0 und zeigt praktische Anwendungsfälle auf.

Horizontale Integration und integratives Datenmanagement: Vornan steht die horizontale Integration, das heißt die Verknüpfung von Daten über alle Ressourcen hinweg, die am Fertigungsprozess beteiligt sind. Die VDI Richtlinie 5600 spricht hierbei von drei großen Bereichen: Fertigung, Qualität und Personal. Das integrierte MES stellt anders als Insellösungen mit seinem übergreifenden Ansatz sicher, dass alle Ressourcen wie Maschinen, Werkzeuge, Personal, NC-Programme oder Einstellparameter, Fertigungshilfsmittel, Prüfpläne sowie Prüfmittelrechtzeitig verfügbar sind und in Summe optimal ausgelastet werden. Dies fördert die Überlegenheit einer autonomen Industrie 4.0-Fertigung durch hohe Variantenvielfalt und flexible Lieferfähigkeit.

Online-Fähigkeit: Die Online-Fähigkeit eines MES-Systems wird zum absoluten Muss, damit erfasste Daten als Basis für zeitkritische Entscheidungen zur Verfügung stehen. Im Zuge der Dezentralisierung von Fertigungssystemen wird neben der Erfassung und Verarbeitung in Echtzeit aber auch die Offline-Fähigkeit der MES-Bestandteile immer wichtiger. Sollte die Verbindung einer Maschine oder eines Sensors zur zentralen Datenbank einmal gestört sein, müssen intelligente Komponenten diese Zeit überbrücken können. Dies ist im Hinblick auf lückenlose Dokumentation und optimalen Fertigungsdurchlauf von großer Bedeutung – insbesondere in einer autonomen Industrie 4.0-Umgebung.

Unified Shopfloor Connectivity: Industrie 4.0 fordert aufgrund der Vielzahl unterschiedlicher Systeme den Einsatz einer standardisierten Kommunikation wie UMCM (Universal Machine Connectivity for MES) zwischen den Maschinen und dem MES-System. Mit UMCM können die Maschinen auf einfache Art und Weise angebunden und notwendige Daten wie Zeitstempel, Zählerstände, der Maschinenstatus, Mengen und Prozesswerte übernommen werden.

„Smarte“ Instandhaltung

Management Support: Das Management eines Fertigungsunternehmens wird immer intensiver in die produktionsrelevanten Entscheidungsprozesse einbezogen. Gesicherte Entscheidungen lassen sich jedoch nur treffen, wenn den Verantwortlichen die dazu erforderlichen Informationen in geeigneter Form vorliegen. In diesem Kontext nimmt das MES der Zukunft eine bedeutende Rolle ein, in dem es zum Beispiel Kennzahlen oder andere Auswertungen zu wichtigen Produktionsparametern zeitnah zur Verfügung stellt.

Mobilität: Durch die Dezentralisierung von Prozessen in der Fertigung müssen auch die Mitarbeiter flexibler agieren können. Mobile Endgeräte und die dazu passenden MES-Anwendungen stellen alle Daten genau dort zur Verfügung, wo sie benötigt werden. Einige praxisnahe Szenarien sollen dies verdeutlichen.

Über sein Smartphone wird ein Instandhalter über eine Maschinenstörung informiert. Mit dem gleichen Gerät kann sich der Mitarbeiter sofort die notwendigen Informationen zur betroffenen Maschine anzeigen lassen, online einen Instandhaltungsauftrag generieren und die Problempunkte vor Ort mit der eingebauten Kamera des Mobiltelefons dokumentieren. Die Bilder werden automatisch dem Instandhaltungsauftrag und der Maschinenhistorie zugeordnet. Genauso kann sich der Instandhalter gespeicherte Informationen zu früheren Ausfällen ansehen. Basierend auf den historischen Daten und dem aktuellem Zustand kann er entscheiden, welche Maßnahmen ergriffen werden müssen und diese sofort in die Wege leiten – und das alles ohne Wegezeiten und Handaufschreibungen direkt an der Maschine.

Dank der in nahezu jedem Smartphone eingebauten Kamera können Halb- oder Fertigprodukte in WIP-Beständen über Identträger auf einfache Art und Weise „gescannt“ werden. Mit einer mobilen MES-Lösung kann somit ein Meister bei seinem Fertigungsrundgang Material identifizieren sowie weitere Informationen dazu abrufen. Die Verbindung der realen Welt mit dem virtuellen Abbild im MES wird durch solche Funktionen auf eine nahezu triviale Weise hergestellt.

Mobiles Fertigungsmonitoring

Ein Automobilhersteller möchte bei einem Zulieferer die Serienaufträge, die damit belegten Maschinen und die verwendeten Werkzeuge überwachen. Der hierfür notwendige unternehmensübergreifende Zugriff auf fertigungsrelevante Informationen beim Zulieferer kann entweder über mobile Endgeräte (z.B. Tablet PC) des MES-Betreibers oder über ein gesichertes Kundenportal im Internet realisiert werden.

Zu den eher trivialen Möglichkeiten mobiler Clients zählt die ortsunabhängige Verfügbarkeit von Informationen über den aktuellen Zustand der Fertigung bzw. einzelner Ressourcen. So kann sich beispielsweise ein Schichtführer über den Status der Aufträge in seinem Verantwortungsbereich informieren, auch wenn er gerade in der Produktionsbesprechung oder bei seinem Vorgesetzten im Büro ist. Dies vermeidet unnötige Anrufe und reduziert Wartezeiten.

Einige der genannten Themen sind bereits heute in MES-Systemen umsetzbar oder in Ansätzen realisiert. Allerdings ist der Aufwand, der betrieben werden muss, um den geschilderten ganzheitlichen Anspruch zu erfüllen, bei vielen MES-Lieferanten noch sehr hoch. Zukünftige Technologien und Konzepte wie MES 4.0 werden die heutigen Lösungen smarter und flexibler machen. Sie werden damit zum Schlüssel zu In

dustrie 4.0. Interessierte Leser können auf der Hannover Messe in Halle 7 an Stand 12 Anwendungen sehen, zu denen dieser Artikel einen ersten Eindruckvermittelt. -sg-

MPDV Mikrolab GmbH, Mosbach, Tel. 06261/9209-0, http://www.mpdv.de

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