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Expertenbeitrag

 Michael Finkler

Michael Finkler

Business Development / Mitglied der Konzerngeschäftsleitung, proALPHA Software GmbH

Industrie 4.0 anpacken

Erfolgreiche Kopplung von Maschinen und Produkten in der Fertigung

| Autor/ Redakteur: Michael Finkler / Sebastian Human

So gut wie jedes Fertigungsunternehmen befasst sich derzeit mit Fragen rund um die Digitalisierung und Industrie 4.0. Fehlende Standards und komplexe IoT-Plattformen erscheinen einigen dabei als unüberwindbare Hürden. Vier Beispiele aus der Praxis räumen mit diesem Irrtum auf.

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Die Vernetzung von Produktionsanlagen und Geschäftsprozessen kann ganz unterschiedlichen Zielsetzungen dienen.
Die Vernetzung von Produktionsanlagen und Geschäftsprozessen kann ganz unterschiedlichen Zielsetzungen dienen.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay)

Eines vornweg - die Zeit des Abwartens ist abgelaufen: Fertigungsunternehmen müssen Industrie-4.0-Projekte jetzt starten. Dabei kann man auch durchaus verschiedene Ansätze verfolgen, wie vier Szenarien zeigen, die zur Nachahmung einladen.

Vorbei die Zeiten, in denen Anwendungen in sich geschlossene Silos waren. Heute verfügt jede solide Geschäftsanwendung über Application Programming Interfaces (APIs) und bietet so eine nie dagewesene Offenheit. APIs überwinden Medienbrüche und vermeiden manuelle Doppeleingaben und damit Fehlerquellen. Doch diese Offenheit ist Fluch und Segen zugleich. Denn sie führte und führt zu einer Vielzahl von Eins-zu-Eins-Anbindungen zwischen verschiedensten Applikationen.

Die Verbreitung von Industrie 4.0 erhöht diese Komplexität aktuell sehr stark. Welche Information fließt, unter welchen Bedingungen, wann wohin? Werden die Daten aus allen Systemen und Verbindungen richtig und vollständig übertragen?

Um die Zahl der Schnittstellen zu verringern, ersetzen immer mehr Unternehmen ihr Konglomerat aus Einzelanwendungen durch umfassende Branchen- und Komplettlösungen. Ein ERP-System mit Integrationsfähigkeiten kann als Schaltzentrale sowohl bei der Nutzung von spezifischen Daten als auch bei der Vernetzung in der Produktion Aufgaben übernehmen. Dies ermöglicht eine serviceorientierte Architektur mit einem Enterprise Service Bus (ESB). An eine solche Middleware lassen sich Systeme jeglicher Art relativ einfach andocken. Die gängigen Datenformate XML oder JSON werden ohnehin von vielen Anwendungen bereits unterstützt. Der Bus sorgt für eine stabile und sichere Datenübertragung – ohne Datenverlust. Gleichzeitig bietet er einen zentralen Verteilmechanismus aller relevanten Daten. Gilt es, mehr als zwei Systeme zu vernetzen, wird schnell klar: Über einen ESB lassen sich Schnittstellen viel einfacher konfigurieren als Eins-zu-Eins-Verbindungen. Um den Aufwand für die Einrichtung eines Bus-Systems zu verringern, integrieren mittelstandsorientierte Anbieter etablierte Middleware in eine konfigurierbare ERP-Technologieplattform.

Mit diesen vier Lösungen profitiert man von den Möglichkeiten der Industrie 4.0:

Logistik und ERP im Dialog

Für eine optimale Steuerung von Aufträgen über den Shopfloor ist eine genaue Lokalisierung von Warenträgern, Materialien, Halb- oder Fertigerzeugnissen essenziell. Um Bewegungen jederzeit zu registrieren, bieten sich verschiedene Technologien an: Zum einen ein Real-Time-Location-System (RTLS) mit RFID, wie es aktuell am FIR-Institut der RWTH Aachen erprobt wird. Aufträge werden dort nur dann freigegeben, wenn alle nötigen Materialien oder Teile am richtigen Arbeitsplatz eingetroffen sind und ein Mitarbeiter mit der nötigen Qualifikation bereitsteht.

Eine weitere Möglichkeit sind Barcodes. Ein Kamerasystem verfolgt die Bewegung der mit 2D-Barcodes ausgestatteten Werkstücke und Paletten in der Halle, die in verschiedenfarbige Zonen eingeteilt ist. Bei einem Ortswechsel liefert es Daten zur Position, zur Farbzone sowie einen Zeitstempel – und das völlig berührungslos. Das ERP-System hinterlegt dann beim Produktionsauftrag eine Historie aller Ortswechsel: die Datenbasis für weitere Optimierungen. Kameras lassen sich zudem für die Qualitätssicherung und Dokumentation nutzen.

ERP steuert Maschine

Für die Übermittlung von Zustandsdaten aus der Produktion an ein ERP gibt es seit langem bereits standardisierte Lösungen. Anders sieht es mit der direkten Produktionssteuerung aus dem ERP-System aus. Hierzu existiert seit kurzem jedoch ein vielversprechendes Pilotprojekt. In diesem Fall erzeugt das ERP-System nicht nur sämtliche Produktionsunterlagen wie Stücklisten und Arbeitsaufträge. Es setzt über den integrierten Enterprise Service Bus auch die nötigen Maschinenbefehle ab, etwa zum Bohren von Löchern oder zum Einsetzen von Schrauben. Voraussetzung hierfür ist, dass die Maschine das Teil kennt und sich entsprechend rüsten kann.

Für den Informationsaustausch mit der Maschine kommt ein Raspberry Pi Einplatinencomputer zum Einsatz. Je nach dem anzusprechenden Maschinentyp könnte dies auch das Maschinenportal des Maschinenherstellers oder eine direkte Netzwerkschnittstelle übernehmen.

Produkte informieren über Nutzung und Probleme

Nicht nur die Produktion wird immer vernetzter. Auch die Produkte werden zukünftig immer smarter. Was bereits möglich ist, zeigt ein Showcase mit einer Kaffeemaschine. Hierbei geben die Kaffeemaschinen für Großverbraucher selbst Bescheid, wenn sie ein Problem haben. Und das nicht nur, wenn die Maschine steht und einen Fehlercode anzeigt. Wird etwa die Türe einer Maschine in kurzen Abständen geöffnet und geschlossen, „vermutet“ die Maschine ein Problem. Über ihre Netzwerkschnittstelle sendet sie ihren „Hilferuf“ direkt an das ERP-System. Dort erzeugt dieses Ereignis einen kompletten Service-Call, inklusive Problembeschreibung, Priorisierung und Terminierung für den Service-Techniker. Im Fall der Kaffeemaschine geht es aber nicht nur um Wartung. Die Maschine meldet auch den laufenden Verbrauch an das ERP-System. So ermöglicht sie eine verbrauchsabhängige Abrechnung: ein klassisches Beispiel für ein Smart Product.

Minirechner als Mittelsmann

Was aber tun, wenn Produkte noch nicht voll vernetzt sind? Das Beispiel eines Anbieters von platzsparenden, halb- und vollautomatischen Parkanlagen zeigt, dass man mit bestehenden Mitteln schrittweise in Richtung Predictive Maintenance gehen kann.

Konkret über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Diese liefert von jeher Daten zum Zustand eines Parksystems. Um zu identifizieren, welche Maschine ein Problem meldet, wurde der Maschine ein Minirechner vorgeschaltet. Dieser fügt Zustandsdaten der SPS mit Geräteinformationen zusammen. In Zukunft sollen die Nutzungsdauer und -intensität der Parkanlagen permanent überwacht und auf dieser Basis dem Kunden eine vorausschauende Wartung vorgeschlagen werden. Den Transport der Daten übernimmt auch hier ein Enterprise Service Bus.

Diese vier Beispiele zeigen: Zur Vernetzung gibt es sowohl für eine smarte Produktion als auch für smarte Produkte und Services ganz pragmatische Ansätze. Damit mittelständische Unternehmen einen lohnenden Ansatzpunkt für sich finden und in puncto Industrie 4.0 vorankommen, genügt es, sich einige wenige Fragen zu stellen: Beispielsweise, welche Automatisierung oder Änderung in der Produktion würde helfen, damit unser Unternehmen flexibler oder effizienter produzieren kann? Oder: Welche Daten können die Produkte meines Unternehmens zum Nutzen meiner Kunden bereitstellen? Und welche Daten von Maschinen und Produkten wären vorhanden, können aber nur durch eine erfolgreiche Vernetzung im nötigen Umfang bereitgestellt werden? Unternehmen, die diese Punkte für sich klären, haben bereits den ersten Schritt in Richtung Industrie 4.0 getan.

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 Michael Finkler

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