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Manufacturing Integration Platform

Eine offene Architektur für MES-Aufgaben

In einer Fabrik der Zukunft gilt es, alle notwendigen Daten für ein digitales Abbild der Fertigung zu erfassen. Doch Sensoren, Maschinen und Anlagen liefern meist nur Rohdaten, während Menschen Antworten auf konkrete Fragen suchen. Es braucht eine Instanz, um aus der digitalen Basis nützliche Informationen abzuleiten und als Antwort darzustellen. Für diese Aufgabe entwickelt MPDV eine neue Plattform mit offener Architektur, die MES-Funktionen bereitstellt und gleichzeitig die steigende Zahl an Sensoren, Datenlieferanten und Anwendungen auf Werksebene zu einer einheitlichen IT-Landschaft integrieren kann.

Bild: © DrHitch - Fotolia.com / MPDV Mikrolab GmbH

Bild: © DrHitch – Fotolia.com / MPDV Mikrolab GmbH

Viele Fertigungsunternehmen arbeiten aktuell daran, die physische Welt digital abzubilden und leistungsfähige Regelkreise einzurichten. Damit sollen die Transparenz und Effizienz geschaffen werden, die für die nächsten Schritte auf dem Weg zur Industrie 4.0 und für Internet of Things-Projekte (IoT) erforderlich sind. Es sollen dabei sowohl Systeme vernetzt, Objekte modelliert und die jeweiligen Prozesse flexibel abgebildet und integriert werden. Ziel dabei ist, eine übergreifende Interoperabilität über alle Prozesse und Systeme sicherzustellen. Doch es bleibt oft eine Lücke zwischen den auf dem Shop Floor anfallenden Rohdaten und dem Informationsbedarf der Anwender und IT-Systeme. Denn erst durch geeignetes Verdichten, Aggregieren und Kumulieren von Daten entstehen verwertbare Informationen. Heute erledigen Manufacturing Execution-Systeme (MES) diese Aufgabe. Die Anforderungen an solche Systeme werden jedoch immer komplexer. Auch die von den produktionsnahen Abteilungen geforderten Anwendungen werden stetig vielschichtiger, was den Systemen eine höhere Modularität und Flexibilität abverlangt. Es wird insgesamt schwieriger, alle Aufgaben mit einer zentralen Standardlösung zu erledigen.

Regeln für den Datentausch

Eine offene Integrationsplattform auf Werksebene könnte die MES-Komponenten mit weiteren fertigungsnahen Systemen staerndardisiert vernetzen und so viele der zuvor beschriebenen Anforderungen erfüllen. Zudem ließen sich mit einer solchen Datendrehscheibe die Informationen etwa aus Unternehmens- und Konstruktionsanwendungen von unterschiedlichen Herstellern einfacher nutzen. Außerdem kann eine offene Integrationsplattform Entwicklungs- und Implementierungspartner zu neuen Kooperationen anregen.

MPDV will seine neue MES- und Integrationsplattform Manufacturing Integration Platform als digitale Basis für den Austausch von Daten und Informationen etablieren. (Bild: MPDV Mikrolab GmbH)

MPDV will seine neue MES- und Integrationsplattform Manufacturing Integration Platform als digitale Basis für den Austausch von Daten und Informationen etablieren. (Bild: MPDV Mikrolab GmbH)

Plattform auf Werksebene

Mit der Manufacturing Integration Platform (MIP) beschreibt MPDV eine solche Plattform. Sie bietet fertigungsnahen Anwendungen einen Rahmen und bildet gleichzeitig die Basis für eine ganzheitliche digitale Transformation im Fertigungsumfeld. Mithilfe der Plattform können Anwender eigenentwickelte Software mit individuellen Sonderlösungen und verfügbaren Standardapplikationen quasi ‚out of the box‘ kombinieren. Über das Verhältnis aus Eigenentwicklung und Fremdbezug können die Unternehmen zu jedem Zeitpunkt frei entscheiden. Dabei ermöglicht die Plattform den Zugriff sowohl auf lokale Ressourcen als auch auf Objekte, die über das Internet of Things angebunden sind. Die Manufacturing Integration Platform besteht aus folgenden Kernkomponenten:

  • die Virtual Production Reality (ViPR) enthält alle Datenobjekte des Shop Floors, losgelöst von heutigen Kategorien wie Fertigung, Qualität und Personal
  • Content Access Services (CAS) ermöglichen den Zugriff auf die Datenobjekte der ViPR
  • Enterprise Connectivity Services (ECS) bieten Methoden für die Anbindung von IT-Systemen wie ERP– und PLM-Software
  • Shopfloor Connectivity Services (SCS) unterstützen die Anbindung von Maschinen, Anlagen und Datenerfassungssystemen
  • User Management Services (UMS) ermöglichen Benutzeradministration und Rechteverwaltung
  • General Security Services (GSS) liefern Sicherheits- und Überwachungsmechanismen

Die darauf aufsetzende Anwendungsebene gliedert sich in weitere Komponenten:

  • Manufacturing Apps (mApps) stellen die MES-Funktionen bereit
  • MIP Add-Ons erweitern die Plattform um Funktionalitäten
  • das MIP Software Development Kit (SDK) stellt neben der Plattform eine Umgebung bereit, um Komponenten individuell anzupassen und eigene Anwendungen zu erstellen

Anwendung aus der Praxis

Die Funktion der Plattform lässt sich am Beispiel eines Fertigungsunternehmens mit mehreren Maschinen verdeutlichen: Sowohl die Maschinen mit ihren Stammdaten als auch die Beschreibung der gefertigten Artikel und alle Arbeitspläne sind in der ViPR hinterlegt. Die realen Maschinen sind über MIP Add-Ons mit ihren digitalen Abbildern verbunden, den sogenannten Manufacturing Business Objects. Hierfür werden Daten über die Shopfloor Connectivity Services erfasst und in der ViPR gespeichert. Werden nun Aufträge im ERP-System erstellt, gelangen diese über ein MIP Add-On ebenfalls in die ViPR. Dieses MIP Add-On nutzt die Funktionen der Enterprise Connectivity Services.

Mehr Details im Whitepaper

In einem kürzlich veröffentlichten Whitepaper liefert MPDV weitere Details zur Integrationsplattform.

Mit einer mApp kann der Planer des Unternehmens nun festlegen, wann die jeweiligen Aufträge auf welchen Maschinen zu fertigen sind. Die getroffene Zuordnung wird in der ViPR hinterlegt, damit andere mApps im Shop Floor die anstehenden Aufträge an der entsprechenden Maschine anzeigen können. Soll nun ein Auftrag angemeldet werden, erfolgt dies über einen Aufruf der mApp im Shop Floor an die Content Access Services. Ab jetzt werden alle erfassten Echtzeitdaten sowohl der Maschine als auch dem Auftrag zugeordnet. Eine mApp zur Auswertung kann nun direkt auf die Daten des Auftrags zugreifen. Alternativ wird als Zwischenschritt ein MIP Add-On damit beauftragt, die Daten vorher zu verdichten und daraus Kennzahlen zu berechnen.

Mit hohem Aufwand möglich

Diese Abläufe lassen sich heute zwar auch mit einem MES abbilden. Dafür müssen allerdings alle Komponenten von einem Anbieter stammen beziehungsweise in einem einzigen System integriert sein. Gerade angesichts steigender Komplexität der Produktion ist es jedoch oft sinnvoll, Komponenten und Anwendungen unterschiedlicher Herkunft zu kombinieren. Dabei hilft eine offene Systemstruktur, wie sie die Manufacturing Integration Platform mitbringt. Die von vielen Fertigungsunternehmen angestrebte horizontale Integration soll mithilfe der Plattform deutlich einfacher gelingen als bisher. Auch Auswertungen fallen einfacher: Werden Daten und Funktionen heute noch meist zu Kategorien wie Fertigung, Qualität und Personal zusammengefasst, lassen sie sich auf Basis einer einheitlichen Plattform voneinander lösen und übergreifend analysieren. Die Funktionen der Plattform sind darauf zugeschnitten, aktuelle und künftige Innovationen bei der werksnahen IT möglichst zügig einführen zu können.

Keine funktionale Trennung

Die MIP kombiniert den Funktionsumfang heutiger Manufacturing Execution-Systeme mit Werkzeugen, um Anwendungen unterschiedlicher Anbieter und eigenentwickelte Teile der Infrastruktur miteinander zu kombinieren. Auch die funktionale Trennung nach Fertigung, Qualität und Personal lässt sich aufheben. Doch für viele Unternehmen wird die aktuelle Generation an MES-Lösungen über eine lange Zeit die erste Wahl sein. Parallel dazu fördert der MES-Hersteller MPDV die Entstehung einer offenen Welt von Apps, Add-Ons und Dienstleistern. Die Manufacturing Integration Platform mit ihrem Ökosystem bildet künftig eine neue Variante, um MES-Funktionen im Unternehmen auszurollen.


Kletti: „Innovative Realisierungsvariante für MES“

Professor Jürgen Kletti ist geschäftsführender Gesellschafter der MPDV Mikrolab GmbH. (Bild: MPDV Mikrolab GmbH)

Professor Jürgen Kletti ist geschäftsführender Gesellschafter der MPDV Mikrolab GmbH. (Bild: MPDV Mikrolab GmbH)

Professor Kletti, Ihr MES Hydra ist am Markt etabliert, warum beschäftigen Sie sich mit einem neuen Plattformansatz?

Wir beobachten immer häufiger, dass Fertigungsunternehmen eigene Anwendungen integrieren oder Systeme anderer Anbieter anbinden wollen – mal ganz abgesehen von der üblichen ERP-Anbindung. Auch die unternehmensübergreifende Vernetzung von Fertigung und IT-Systemen wird immer öfter nachgefragt. Daraus leiten wir den Bedarf an einer neuen, offenen Plattformarchitektur für MES-Aufgaben ab. Es wird zukünftig also neben den klassischen MES-Systemen auch offene Ansätze für fertigungsnahe IT-Systeme geben.

Wie unterscheidet sich die Plattform von einem MES-System?

Mit einem MES können Unternehmen heute wie morgen Daten erfassen und damit die eigene Fertigung steuern und optimieren. Mit der neuen Manufacturing Integration Platform werden sämtliche für die Fertigung relevanten Objekte zusammen mit deren Daten in einer gemeinsamen Datenbasis gehalten. Über standardisierte Methoden und Funktionen können Apps aller Art flexibel auf diese Objekte und ihre Daten zugreifen. Das damit denkbare Funktionsspektrum übersteigt den Umfang eines heutigen MES bei weitem. Insbesondere die zugrunde liegende Interoperabilität ermöglicht es dem Anwender, beliebige Anwendungen und Systeme über die Plattform zu integrieren. Genau das ist mit der Offenheit in alle Richtungen gemeint. Letztendlich ist die MIP eine innovative Realisierungsvariante für MES.

Was hebt die MIP von den vielen anderen Plattformen ab, die zurzeit auf den Markt kommen?

Stimmt, man kann sich kaum retten vor so vielen Plattformen. Das Besondere an der MIP ist, dass es hier nicht nur um die Verfügbarkeit und Verteilung von Daten geht, sondern um ein digitales Abbild der Fertigung und der damit verbundenen Daten. Im Kern der MIP werden sämtliche Objekte standardisiert abgebildet, was es einer Vielzahl an Apps ermöglicht, unabhängig voneinander damit zu arbeiten. Die meisten anderen Plattformen bieten lediglich die Möglichkeit zum Datenaustausch. Was die Daten bedeuten, ist nicht zwingend bekannt. Die MIP basiert auf einem semantischen Verständnis der Daten. Wenn eine App von einem Auftrag oder einer Maschine spricht, dann ist klar definiert, was gemeint ist. Insbesondere für die Integration von Anwendungen unterschiedlicher Anbieter ist das eine wichtige Voraussetzung für den Erfolg einer solchen Plattform. Auch lassen sich die meisten anderen Plattformen entweder eher in der Automatisierung oder im betriebswirtschaftlichen Umfeld ansiedeln. Eine Plattform für die Zwischenebene, auf der MES heute agiert, gibt es bisher nicht. Und genau deshalb treiben wir die Entwicklung der MIP in diesem Sinne weiter voran. Unser MES Hydra entwickeln wir parallel dazu weiter und bieten es auch in Zukunft branchenübergreifend an.


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