Open Integrated Factory

Andrea Gillhuber,

IT meets Werkhalle

Fast alle Fabriken sind heute mehr oder weniger automatisiert. Maschinen beziehungsweise Roboter senken Produktionskosten. Doch was bedeutet die integrierte Fabrik? Es geht um die Verbindung von IT und Werkshalle und letztlich die Integration aller Abteilungen eines Unternehmens zu einem ganzheitlichen Organismus. „Connect Digitally to Perfect Reality“ lautet das Motto. SAP und über zehn weitere Partner arbeiten gemeinsam an der Open Integrated Factory. 

Open Integrated Factory © Shutterstock / Sergey Nivens

Früher war der Kern eines Unternehmens aus Sicht der Software das Enterprise Resource Planning, kurz: ERP. Heute, in Zeit der Digitalen Transformation, gilt dies immer noch – allerdings muss sich die ERP-Basis ebenso radikal verändert haben, wie es für den Rest des Unternehmens in Sachen Transformation gilt. ERP ist heute das auftraggebende System, das – eng verwoben mit einem orchestrierenden System – die Verbindung zu ausführenden Systemen wie Robotern, Produktionsmaschinen und deren Sensoren aufbaut. Der Mensch interagiert mit diesen Systemen nur noch an den wirklich kritischen Touchpoints – wenn grundsätzliche Vorgaben gefragt sind oder Probleme auftreten.

Die Werkshalle ist der traditionelle Kern eines Unternehmens, in der die Späne fliegen, die Produkte zusammengeschraubt, geklebt, gelötet oder vielleicht sogar aus Metallstaub „gedruckt“ werden. Jetzt findet sie endgültig Anschluss an die IT und die darin ausgeführten Geschäftslogiken. Das Internet of Things hält rasend schnell Einzug, sobald die Maschinen mit Sensoren versehen sind und Rückmeldung geben können. Das Prinzip „Connect Digitally to Perfect Reality“ macht die IT zum Produktionsleiter – wobei die Vision, dass dieser als künstliche Intelligenz zu verstehen ist, mit großen Schritten näher rückt. In der Zukunft sprechen solche Systeme mit Mensch und Maschine, und deshalb kommt es gerade zu einem vollständigen Umbau des Software-Stacks in der Fabrik.

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Der Treiber dieser Entwicklung ist letzten Endes das sich ändernde Konsumentenverhalten, das sich in den Lieferketten der verschiedenen Branchen niederschlägt. Customer Experience ist eines der aktuellen Schlagworte, oder mit den Worten von Steve Jobs: „Du musst beim Kundenerlebnis beginnen, und dich dann zur nötigen Technologie zurückarbeiten – und nicht umgekehrt.“ [1] Absolute Qualität und Zuverlässigkeit, Kundenorientierung durch eine immer genauere Bedürfniserfüllung, und daraus folgend die Individualisierung von Produkten, sind die Parameter für erfolgreiche Unternehmen. Doch Unternehmen müssen weiterdenken: Es geht nicht nur ums Optimieren der Produktion oder die Fertigung von zielgenau passenden Produkten. Mit der Digitalen Transformation werden Plattformen für eine Lieferkette innerhalb einer Branche geschaffen, die zwangsläufig Vorteil für denjenigen bieten, der die Plattform zur Verfügung stellt. Hinzu kommt die Auswertung von Nutzerdaten und daraus folgend neue Dienstleistungen rund ums Produkt. Ein kurzer Abgleich mit der Autoindustrie: Nach der zunehmenden Variationsmöglichkeit bei der Bestellung eines Autos – was ins Los mit der Stückzahl 1 münden könnte, aber nicht unbedingt so passieren wird – eröffnet bald die Auswertung des Nutzerverhaltens im Auto die Möglichkeit zu weiteren Wertschöpfungen für die OEMs (wenn es nicht andere tun). Ein Beispiel wäre eine App, die einen Sportwagen eine andere Abstimmung für Vortrieb und Fahrwerk zur Wochenend-Rallye über die Alpen verleiht als für die Fahrt durch die Stadt.

Was auch klar ist: Viele Unternehmen haben sich gerade erst auf den Weg in die Transformation gemacht. Und tatsächlich gibt es noch einiges an Digitalisierungs- sowie auch Standardisierungsarbeit zu leisten. Deshalb hat eine Reihe von Firmen eine Innovationsinitiative für die Open Integrated Factory gestartet. Hier arbeiten Beckhoff, Kuka, Asentics, Cab, Mettler Toledo, Atlas Copco, Proglove, Formlabs, Evoguard, Serva, Fujitsu und SAP zusammen.

Die Open Integrated Factory

Zuletzt war auf der SPS IPC Drives in Nürnberg der Showcase 2018 der Open Integrated Factory zu sehen, der veranschaulichte, wie weit man heute in der Industrie 4.0 bereits geht. Im Showcase zeigten die Partner MHP, Serva und SAP eine hochdynamische und flexible Auftragsdurchführung bei modularer Montage. Geräte in der Werkshalle – an der „Edge“, sagt der IT-Fachmensch – kommunizieren beispielsweise live mit autonomen Transport-Robotern und verbinden so die Bits aus der Produktionsplanung mit der realen Produktion. Die Transport-Roboter werden über Autonomous Agents gesteuert und wählen etwa jene Arbeitsplätze aus, die gerade frei sind. Basis des Showcase ist SAP Digital Manufacturing. Auf dieser Plattform wurde zum Beispiel der Prozess rund um ein Druckventil gezeigt. Vom Kunden wird dieses übers Web individuell konfiguriert und die Produktion angestoßen. Nach der Fertigung wird die Qualität mit Kameras automatisch geprüft, das Ventil wird mit Laserduck versehen und automatisch kommissioniert, bis hin zur Erstellung des digitalen Zwillings, was quasi das „Geburtszertifikat“ des Produkts darstellt. Durch den Digitalen Zwilling weiß das System bereits alles, was während der Herstellung des Produkts angefallen ist.

Was eine offene, integrierte Fabrik ausmacht

Ausgetauscht werden die Daten über das offene Protokoll OPC UA. Die „Open Platform Communications Unified Architecture“ ist eine Sammlung von Standards für die Kommunikation und den Datenaustausch im Umfeld der Industrieautomation. Mithilfe von OPC UA werden sowohl der Transport von Machine-to-Machine-Daten als auch Schnittstellen und die Semantik von Daten beschrieben. Letzteres ist dabei eine wichtige Grundlage für den Einsatz von Machine Learning und künstlicher Intelligenz. Jedes Unternehmen kann heute ohne Weiteres in die digitale Transformation einsteigen. Am besten sollte mit einer Produktreihe ein Pilotprojekt gestartet und der Faden aufgenommen werden. Die offene Fabrik der Zukunft weist dabei drei Merkmale auf:

  • Eine Software-Architektur, die auf „Cloud“ getrimmt ist. Selbst wenn die digitale Fabrik mit ihrer IT innerhalb des Campus eines Unternehmens bleibt, benötigt sie zeitgemäße IT-Plattformen. Dies beginnt mit einer containerisierten, serviceorientierten IT-Architektur und endet mit Datenbankkernen, die schnell genug für IoT und cloudfähig sind, etwa die Business Suite SAP S/4HANA als Kern und darauf aufbauend die SAP Cloud Platform.
  • Eine Verbindung zwischen der virtuellen Welt der Daten (in der Cloud) zu der realen, physikalischen Welt der Dinge. Diese Verbindung des Digitalen mit der Realität hat auch den Einsatz der Digitalen Zwillinge zur Folge, denn jedes Objekt in der realen Welt, zum Beispiel eine Dreh-Fräsmaschine oder auch ein Auto sollte ein entsprechendes Pendant in der virtuellen Welt der Cloud haben.
  • Bandbreite und zukunftsfähige Standards. Das Internet of Things löst einen enormen Datenstrom aus, der eine sehr schelle Verarbeitung erfordert – also unmittelbar in Echtzeit oder sehr nahe an der Echtzeit. Hierfür benötigt man hohe Bandbreiten und ergänzend das Edge Computing, das Daten direkt am Sensor, an der Maschine vorfiltert, bevor sie in die Cloud gelangen. Zudem müssen die eingesetzten Standards zukunftsfähig sein und semantische Formate aufweisen, die den Einsatz von Machine Learning und künstlicher Intelligenz erlauben.

Viele Maschinenbauer haben sich bereits auf den Weg Richtung Zukunft begeben. Laut einer Studie von Deloitte beträgt der Anteil der IoT-Projekte in der Fertigung inzwischen 77 Prozent [2]. Deloitte bestätigt in seiner Studie SAP eine Vorreiter-Rolle dank des schnellen ERP-Kerns SAP 4/HANA. Auf der offenen, cloudfähigen Plattform SAP HANA setzen inzwischen bereits über 70 Spezialanwendungen auf. Den Weg in die integrierte Fabrik ebnet SAP Leonardo, das zentrale System von SAP für IoT-Anwendungen. Mit den Produkten aus dem Leonardo-Portfolio lassen sich eine Vielzahl von Geschäfts- und Produktionsprozessen organisieren und steuern sowie zusammen mit weiteren Partnern die „Open Integrated Factory“ realisieren.

Nils Herzberg, Senior Vice President, Global Head of Discrete Industries bei SAP / ag

Literatur:

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