Erst messen, dann lenken

Smart Factory – Die Produktion der Zukunft

| Autor: Dr. Thomas Holm

Mit Automatisierungslösungen von WAGO gelangen die Produktionsdaten sicher und fehlerfrei von der Feldebene in die Cloud oder ein anderes übergeordnetes System.
Mit Automatisierungslösungen von WAGO gelangen die Produktionsdaten sicher und fehlerfrei von der Feldebene in die Cloud oder ein anderes übergeordnetes System. (WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG)

Die vernetzte, intelligente und sich selbst optimierende Produktion ist das zentrale Szenario von Industrie 4.0. Für viele Unternehmen stellt sich trotz dieser vermeintlichen Vorteile die Frage, in welchem Grad die eigene Produktion „4.0“ werden muss und welche Schritte auf dem Weg zur Smart Factory die ersten sein müssen.

Es ist unbestritten, dass das Thema Smart Production vor dem Hintergrund des zunehmenden internationalen Wettbewerbs an Bedeutung gewinnt. Damit Deutschland künftig ein attraktiver Standort für produzierende Unternehmen bleibt, müssen diese in der Lage sein profitabel zu produzieren. Produkte nach Losgröße 1 ohne wesentliche Steigerung der Fertigungskosten zu produzieren wird für Unternehmen daher künftig ein Indikator für die Smart Factory sein. Über den Erfolg bestimmt dann neben der Wandlungsfähigkeit der Produktion ein hoher Vernetzungsgrad entlang der gesamten Wertschöpfungskette – bis zum Endprodukt. Wie das konkret umgesetzt wird, hängt maßgeblich von den bestehenden Rahmenbedingungen ab. Klar ist, die Smart Factory lässt sich nicht als Lösung überstülpen, viel mehr muss die smarte Version einer bestehenden Produktion so individuell sein, wie es die Prozesse eines produzierenden Unternehmens selbst sind.

Individuelle Ideen für die Produktion von Morgen

Vor der Überlegung, wie Industrie 4.0 technologisch in die bestehende Produktion gebracht wird, muss also die Überlegung stehen, welche Methoden, Ideen oder Ansätze zu einer Verbesserung des bestehenden, individuellen Produktionsprozesses führen können. Diese Verbesserung kann darin liegen, ressourceneffizienter zu produzieren, Doppelaufwendungen entlang des Planungsprozesses zu vermeiden um damit das Anlagenengineering deutlich zu verkürzen. Für Maschinen- und Anlagenbauer könnten etwa Vorteile daraus resultieren eine projektierte Anlage beim Kunden zu beobachten und durch Sammeln und Auswerten von Daten und Information aus dem Lifecycle Rückschlüsse für die eigene Entwicklung zu ziehen oder dem Kunden Empfehlungen zum aktuellen Betrieb der Anlage an die Hand zu geben.

Erst messen dann lenken

In welcher Methode auch immer die Transformation von der bestehenden zur smarten Fabrik liegen könnten – sie alle setzen die Vernetzung bestehender Prozesse und Abläufe voraus. In vertikaler Richtung, vom Leitsystem in die Feldebene also, ebenso wie in horizontaler Ausrichtung, nämlich über die unterschiedlichen Schritte einer Wertschöpfung hinweg. Heute steht einer solch vollständigen Vernetzung häufig noch der Umstand entgegen, dass Daten nicht durchgängig generiert und genutzt werden. Sowohl bei der vertikalen Integration – insbesondere aber bei der horizontalen Integration entlang der Wertschöpfungskette, existieren diverse Modell- und Systembrüche, die es schwierig machen, Daten sinnvoll miteinander in Kombination zu bringen. In der Regel setzt jeder Industrie 4.0-Ansatz darum zuerst voraus, Daten zu erfassen und sie zu digitalisieren. Dieser Schritt ist es also, der den zentralen Gedanken von Industrie 4.0 ermöglicht: Das Sammeln, Vernetzten und Auswerten von Daten aus dem Produktionsprozess, um diese so gewinnbringend zu verwerten, dass ein nachhaltiger Mehrwert für das Unternehmen entsteht.

Datentransparenz für die Smart Factory

Wesentlichen Kriterien, die eine jede Smart Factory darum charakterisieren sind diejenigen, die das Messen, Vernetzen und Auswerten von Daten ermöglichen:

    • Sensorik in allen Ebenen bis hinunter zum Produkt und in das Produkt hinein
    • Vernetzung aller Komponenten und Internetanbindung
    • Maximale IT-Sicherheit

Der erste Schritt auf diesem Weg ist die Transparenz über alle Produktions- und Anlagendaten. Nur wenn die Daten zu Informationen verdichtet, miteinander in Beziehung gebracht und geeignet aufbereitet werden, können Maßnahmen eigenleitet werden, die die Prozesse verbessern. Damit dies gelingt, müssen Sensoren produkt- und produktionsrelevante Daten in der Feldebene erfassen. Sie müssen dazu in der Anlagenarchitektur berücksichtigt oder dem Produkt mitgegeben werden – beispielsweise in Form eines RFID-Chips. Für produktionsrelevante Daten, die von Sensoren an Maschinen und Anlagen erfasst werden, besteht die Herausforderung weniger im Sammeln der Daten, als darin, die Daten sicher und fehlerfrei von der Feldebene in eine übergeordnete Ebene zu bringen – ein MES (Manufacturing Execution System) beispielsweise oder eine Cloud. Doch wie gelingt das?

Flexible Automatisierungslösungen

Einen entscheidenden Beitrag leisten hier Automatisierungslösungen wie das modulare WAGO I-/O-System 750, das mit über 500 verschiedenen Modulen eine passende Lösung für nahezu jeden Anwendungsbereich bietet – so können Signale von der Feldebene immer zuverlässig eingesammelt und weiterverarbeitet werden. Ergänzt durch die Controller-Familie PFC von WAGO können verschiedene Schnittstellen und Feldbusse wie OPC-UA, CANopen, PROFIBUS DP, DeviceNet und Modbus-TCP herstellerunabhängig genutzt werden. Auch Lösungen unter Einsatz von IoT-Protokollen, wie MQTT befinden sich im Leistungsportfolio. Entsprechend sind die WAGO-Controller auch als skalierbare Knotenpunkte und Gateways bei bereits bestehenden Automatisierungssystemen einsetzbar, ohne in den eigentlichen Automatisierungsprozess einzugreifen – die Daten werden parallel abgegriffen und können dann an eine übergeordnete Ebene geschickt werden: an ein MES oder ebenso an eine Cloud.

Sicherheit geht vor

In diesem Zusammenhang klingen die mit einer Cloudanbindung verbundenen Vorteile vielversprechend: Cloud-Lösungen sind flexibel, skalierbar, überzeugen durch eine hohe Verfügbarkeit und die Möglichkeit des zentralen Zugriffs. Sie lassen sich ebenfalls nutzen, um große Datenmengen bequem zu managen. Dass die Cloud in Deutschland dennoch nicht die Akzeptanz findet, die sich vermuten ließe, hat viel mit dem Gesichtspunkt der IT-Security und des Knowhow-Schutzes zu tun, die vor allem dann ablehnend bewertet werden wenn es darum geht, geschäftskritische Daten in der Cloud vorzuhalten. Wer die Vorteile einer Cloud nutzen möchte, sollte die dazu erforderlichen Maßnahmen mitdenken, die in Sachen IT-Sicherheit getroffen werden müssen. Sicherheit lässt sich nicht allein durch den Zukauf bestimmter technischer Komponenten gewährleisten, sondern kann nur als maßgeschneiderte Lösung, also als „Security by Design“ erreicht werden. Am Ende des Tages muss das System ganzheitlich betrachtet und bewertet werden. Das gilt insbesondere für alle Außengrenzen und Schnittstellen zu Fremdsystemen und kann nur durch eine strategische Aufbereitung erreicht werden. Dafür ist „Defense in Depth“ eine Voraussetzung. Security lässt sich nicht „überstülpen“, sondern erfordert auf die jeweiligen Schutzziele angepasste Sicherheitsstrategien.

Daten gewinnbringend nutzen

Anwendungen zur Datenanalyse spielen eine entscheidende Rolle, um in der entstandenen Datenflut nicht unterzugehen. Werden Sie richtig eingesetzt und nutzen sie die individuell relevanten KPIs einer Produktion, kann der bestehende Prozess elementar verbessert werden – etwa mit Blick auf den Faktor Zeit, Ressource oder Energie. Und so ist auf dem Weg zur Smart Factory bereits mehr getan als der erste Schritt.

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