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Vernetzte Produktion

IoT-Basics: Selbstbeschreibung von Maschinen und Anlagen

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Firmen zum Thema

Ausgangssituation in der Fabrik

Neben dem bekannten Dreiklang aus Qualität, Zeit und Kosten (s.o.) ergeben sich neue Erfolgsfaktoren für die zukünftige Produktion [III.2], z.B. aufgrund von

  • Wandlungsfähigkeit für viele neue Produktvarianten mit Auswirkungen auf Integration und Interoperabilität in der produktionsnahen IT, Echtzeitfähigkeit mit Auswirkungen auf die schnelle Bereitstellung benötigter Informationen an die berechtigten Nutzer,
  • Netzwerkfähigkeit und damit die Erweiterung des Blickfeldes von einem Unternehmen auf Verbünde von Standorten oder Firmen.

Außerdem stellt Industrie 4.0 Anforderungen an IT-Unterstützung über den kompletten Lebenszyklus von Produkt und Produktion sowie an die Integration der Produktions-IT in die Gesamt-IT-Architektur eines Unternehmens.

Die Forderung nach Wandlungsfähigkeit betrifft alle Ebenen der Fabrik – vom Sensor auf der Fertigungsebene über die Visualisierung einer Fertigung auf der Fertigungsleitebene bis zur Berechnung von Kennzahlen auf der Unternehmensleitebene [III.3]. Denjenigen IT-Systemen, die den operativen Betrieb einer Fabrik steuern und überwachen, sind IT-Systeme der digitalen Fabrik vorgelagert, in denen die Planungsdaten einer Fabrik abgelegt und verwaltet werden. Änderungen werden oftmals hier eingefügt und dann in die reale Welt eingebracht. Diese Systemwelten zwischen Planung und produktionsnaher IT wachsen seit einiger Zeit zusammen.

Wandlungsfähigkeit betrifft ferner alle Objekte der Fabrik: vom einzelnen Feldgerät bis zum kompletten Werk – Änderungen an einzelnen Instanzen können umfangreiche Auswirkungen auf allen Ebenen der Fabrik haben. In der Praxis führen Änderungen an Produktionsanlagen nicht nur zum räumlichen «Verschieben» von Anlagen innerhalb eines Werkes, sondern vermehrt zu Software-Anpassungen, z.B.

  • aufgrund von eingebetteter Software in Feldgeräten, die über den Feldbus verbunden sind, z.B.
  • in Sensoren, Aktoren, Antrieben, Ventilen usw.,
  • an der steuernden Software von Maschinen und Anlagen, z.B. speicherprogrammierbaren
  • Steuerungen (SPSen),
  • an der Software, die den unmittelbaren Anlagensteuerungen überlagert ist, z.B. Manufacturing
  • Execution Systems – MES.

Der Fokus der hier beschriebenen Entwicklungsarbeiten liegt darauf,Wandlungsfähigkeit in den produktionsnahen Softwarekomponenten durchgängig über die verschiedenen Ebenen der Fabrik und für die betroffenen Objekte zu ermöglichen. Basierend auf der beschriebenen Ausgangslage haben sich die Entwickler das Ziel gesetzt, PLUGandWORK-Fähigkeiten für Maschinen, Anlagen und produktionsnahe Softwarekomponenten zu ermöglichen, und zwar unter Nutzung offener Standards, die schon heute in der Industrie verwendet werden. Ziel ist es, die Aufwände zur Inbetriebnahme von Maschinen um rund 20 Prozent zu reduzieren und diejenigen zur Anbindung von Anlagen und Steuerungen an ein übergeordnetes Fertigungsmanagement-System um rund 70 Prozent.

Selbstbeschreibung von Maschinen und Anlagen

Die Herausforderung, verkettete Maschinen und Anlagen mit einem übergeordneten IT-System zu verbinden, ist oben bereits skizziert: Heute erfolgt diese Konfiguration des IT-Systems zum großen Teil manuell. Die Gründe dafür liegen darin, dass heute Produktionsprozesse und -anlagen in vielen Unternehmen ausgeschrieben und von spezialisierten Anlagenherstellern zugekauft werden. Der Maschinen- und Anlagenbau ist mittelständisch geprägt, so dass Produktionsbetriebe ihre Anlagen von diversen Lieferanten erhalten. Dementsprechend sind die Anlagen heterogen ausgestattet: mit unterschiedlichen Steuerungen, diversen Kommunikationsprotokollen und / oder Feldbussystemen usw.

Ein Plug-and-play mit automatischen Konfigurationsverfahren wie beispielsweise in der Unterhaltungselektronik oder der PC-Welt mit USB-Anschlüssen existiert nicht. Die Verbindung zwischen Anlagensteuerung und überlagertem IT-System ist weitgehend starr und anlagenspezifisch konfiguriert. Daraus resultiert ein hoher Konfigurationsaufwand bei der Erstinbetriebnahme und bei jeder Anpassung der Produktionsanlage an neue Randbedingungen. Wandlungsfähig im Sinne von Industrie 4.0 ist ein solches Gebilde bestenfalls auf der mechanischen Seite, nicht aber auf Seiten der Software.

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