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Dieser Beitrag ist im Rahmen des Themenspecials "SPS 2019" erschienen.

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Simulation

Wenn die vernetzte Fabrik zum Kinderspiel wird

| Autor: Sebastian Human

Fischertechnik bietet mit seiner Lernfabrik 4.0 seit kurzem eine Miniatur-Fabrikanlage für den Schreibtisch an. Wer glaubt, hierbei handle es sich lediglich um ein ungewöhnliches Sammlerstück für Industrie-Interessierte, der irrt.

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Die Lernumgebung von fischertechnik soll beim Lernen und Begreifen von Industrie-4.0-Anwendungen unterstützen.
Die Lernumgebung von fischertechnik soll beim Lernen und Begreifen von Industrie-4.0-Anwendungen unterstützen.
( Bild: fischertechnik )

Auch wenn sie von ihren Maßen auf einem Schreibtisch Platz finden kann, beinhaltet die Mini-Anlage des Konstruktionsbaukastenherstellers verschiedene Arbeitsgänge einer echten Fertigung. Zusätzlich visualisiert das über eine Cloud verbundene Dashboard alle Prozessschritte aus der Perspektive von Kunden, Lieferanten und Produktionsleitung. Spätestens an dieser Stelle dürfte klar werden, dass hier kleine wie große Kinder ihren Spaß haben sollen.

Die Lernfabrik wird beispielsweise von Unternehmen wie IBM oder SAP mit dem Ziel eingesetzt, Digitalisierungsprojekte im kleinen Maßstab zu simulieren. Laut des Herstellers soll es mit der Miniatur möglich sein, einen Großteil der Vorgänge in einer Smart Factory zu simulieren.

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Simulation von der Bestellung bis zur Produktion

Die Prozesssimulation beginnt damit, dass ein Produkt im Internet gefunden und in den Warenkorb gelegt wird. Anschließend löst man mit einem Mausklick die Bestellung aus. Das verknüpfte Dashboard nennt die gedachte Online-Shopping-Plattform Kundensicht, da an dieser Stelle die Perspektive eines Kunden nachvollzogen werden kann. Anschließend werden die jeweiligen Bestelldaten an die Fabrikanlage im Schreibtischformat via Cloud-Anbindung übertragen.

Diese nimmt ihre Arbeit auf und ein Werkstück, das in Form eines Bausteins visualisiert wird, durchläuft verschiedene Bearbeitungsstationen – natürlich nach Auftrag sortiert. Da das virtuelle Produkt extra nach individuellen Kundenwünschen angefertigt wird, lässt sich so die Massenfertigung in Losgröße 1 abbilden. Jedem Werkstück wird außerdem eine eindeutige Identifikationsnummer zugewiesen, wodurch sich der jeweilige Bearbeitungsstatus über NFC (Near Field Communication) nachverfolgen lässt.

Die Lieferantenansicht bildet den Bestellvorgang der Rohware ab. Hier erhalten Kunden, Hersteller und Lieferanten zu jeder Zeit und standortunabhängig einen vollständigen Überblick über den aktuellen Status der Bestellung. Gesteuert wird die Lernfabrik 4.0 über sechs TXT Controller auf 9-V-Basis, die mit der Programmiersprache C/C++ arbeiten. Diese Controller sind innerhalb der Fabrik miteinander vernetzt und kommunizieren über MQTT (Message Queuing Telemetry Transport). Hierbei handelt es sich um ein offenes Nachrichtenprotokoll, das die Übertragung von Daten in Form von Nachrichten zwischen Geräten ermöglicht.

Über die Produktionssicht genannte Ansicht erhält man Informationen zu allen relevanten Daten der Produktfertigung. Steigen beispielsweise Temperatur und Luftfeuchtigkeit in einen kritischen Bereich, schlägt der verbaute Temperatursensor umgehend Alarm. Eine schwenkbare Kamera behält die komplette Miniatur-Fertigungshalle im Blick, was eine webbasierte Fernüberwachung möglich macht.

Für Störungsfälle verfügt die kleine Smart Factory über eine zusätzliche Sicherheitsschleife, die eine eventuelle verfrühte Wiederaufnahme der Fertigung verhindert. Wurde ein Problem erfolgreich behoben, muss dies von Menschenhand zunächst über eine Extra-Schaltfläche bestätigt werden, bevor die Produktion ihre automatisierte Arbeit wiederaufnehmen kann. Grüne und rote Lampen geben dem Miniatur-Fabrikleiter in Echtzeit Auskunft über den Bearbeitungsstatus, also ob das Werkstück bearbeitet wird, oder ein Fehler dies verhindert. Darüber hinaus macht das System Angaben zum aktuellen Lagerbestand, inklusive Mindest- und Maximalbestand.

Datenschutz made in Germany

Um den Nutzern der kleinen Fabrik einen möglichst hohen Standard beim Datenschutz gewährleisten zu können, befindet sich der Standort des verwendeten Cloud-Servers in Deutschland. So lässt sich sicherstellen, dass die Datenspeicherung den Ansprüchen und Vorgaben der EU-Datenschutzgrundverordnung genügt. Die persönlichen Angaben werden in einem passwortgeschützten Account sicher hinterlegt, der auf den etablierten „OAuth2“ Industrie-Standard zurückgreift. Um auch den Weg der Informationen in die Cloud abzusichern, erfolgt dieser Datentransfer verschlüsselt über Zertifikate.

Spätestens an dieser Stelle dürfte deutlich werden, dass die Lernfabrik 4.0 kein Spielzeug ist. Vielmehr handelt es sich um ein Trainings- und Simulationsmodell, das sich im Kontext von Industrie 4.0 als praxisnahe Testumgebung versteht. Fischertechnik will mit der Smart Factory für den Schreibtisch Digitalisierungsaktivitäten durch Simulation und angewandtes Lernen erleb- und planbar machen, um so die mögliche anschließende Umsetzung im großen Maßstab zu unterstützen und etwaige Berührungsängste mit dem Thema abzubauen.

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Sebastian Human

Sebastian Human

Online-Redaktion, Industry of Things