Forschungsergebnisse der letzten Jahre zeigen Vorteile bei dezentralen Systemen auf – und weisen den Weg hin zum effizienteren Einsatz von IT in der Produktion. Allerdings muss die klassische hierarchische Struktur einer Produktion im Zuge neuer Ansätze für verteilte Intelligenz überarbeitet werden. Wenn Konzepte der 'Industrie 4.0' schlüssig und effektiv umgesetzt werden sollen, gehören auch gängige, hierarchische Kommunikationsszenarien auf den Prüfstand. Als Alternative bieten sich verbindungslose Netzwerktechnologien an, die im Feldbusbereich schon seit vielen Jahren in Umgebungen wie Automobilelektronik und Gebäudeautomatisierung ihre Leistungsfähigkeit beweisen. Bestehende Ethernet- und Wireless-Netzwerke können auf diese Weise vergleichweise einfach für die neuen Dienste mit genutzt werden.

Bild: MFP

Forschung und entsprechende Förderkonzepte des Staates weisen derzeit weiter in Richtung Dezentralisierung. Im aktuellen Technologieprogramm ‚Autonomik für Industrie 4.0‘ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie heißt es: „Der Übergang von IKT-basierten Steuerungsmechanismen zu autonom agierenden Komponenten und Systemen eröffnet in der industriellen Produktion eine neue Ära, in der hoch flexible Produktionsinfrastrukturen Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Qualität steigern.“ Der Bereich der Manufacturing Execution-Systeme (MES), mit seiner direkten Anknüpfung an die Automatisierungsebene, ist hier am stärksten betroffen. Allerdings wirken sich aktuelle Forschungsergebnisse noch nicht in der Praxis aus. Dezentrale Produktionsszenarien im engeren Sinne sind eher selten anzutreffen. Denn zu viele Aufgaben hängen von der bestehenden Zentrale ab.

Ein Grund könnte bei den heute üblichen Kommunikationsszenarien liegen, die sich an der hierarchischen Struktur von Produktionsanlagen orientieren und eine schrittweise Dezentralisierung kaum unterstützen. Bei der Gerätevernetzung bilden sich hierarchisch strukturierte Konzepte fast von selbst aus und die Integration neuer Anwendungen wird durch Aufbohren der bestehenden, zentral orientierten, Anlagen vorgenommen. Entsprechend stellt sich die Frage, ob zuerst ein Umdenken bei der Netzwerktechnik erforderlich wird, um ein tatsächlich dezentral arbeitendes System in Betrieb zu nehmen. Vor diesem Hintergrund bietet sich der genaue Blick auf die Grundlagen der Kommunikation im MES-Umfeld an.

Die Datenbank als Schaltzentrale

Als Beispiel dient ein Fertigungsprozess, in dem Werkstücke mit RFID-Tags versehen sind und deren aktuelles Passieren bestimmter Positionen der Produktionsstätten – etwa Hallentore, Zellenübergänge oder Arbeitsplätze – über die Funktechnologie ermittelt wird. Die Positionsmeldung ist ein Messwert, der zu kommunizieren ist, damit abhängig davon bestimmte Aktivitäten für die Produktion eingeleitet werden können. Wenn etwa ein fertiges Teil in den Ausgangspuffer einer Maschine gestellt wird, muss es zum nächsten Arbeitsplatz transportiert werden. Dort können weitere Maßnahmen erfolgen.

In einer typischen zentralen Messwerterfassung werden Ereignisse wie der Ein- oder Austritt eines RFID-Tags in den Erfassungsbereich in einer Datenbank gespeichert. Beliebige Anwendungen greifen auf diese Datenbank zu, um die aktuelle Position eines Werkstückes zu ermitteln. Naheliegend scheint auch der Ansatz, die Anwendungen auf dem gleichen Rechner zu platzieren, auf dem die Datenbank läuft, und daran möglichst einfache Terminals anzuschließen. So kann die Auswertung der Daten schnellstmöglich erfolgen, und es kann unmittelbar auf das Eintreffen der Daten reagiert werden. Viele Datenbanksysteme, etwa Oracle mit Application Express (Apex), bieten bereits entsprechende Funktionen und unterstützen zudem Web-Anwendungen, um Mensch-Maschine-Schnittstellen per Internet-Browser realisieren zu können.

Die Steuerung der Produktion kann damit ebenfalls serverbasiert umgesetzt werden – später auftretende Ansprüche können durch Programmerweiterungen auf dem Server erfolgen oder durch Zusatzanwendungen, die direkt auf die Tabellen zugreifen. Möchte der Produktionsleiter beispielsweise bestimmte Daten direkt von seinem Büro aus betrachten, kann er über das Netzwerk direkt auf die Datenbank zugreifen. Zudem lassen sich die Informationen auch vom Server aus auf Mobilgeräte wie Smartphones schicken.

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