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Industrielle Kommunikation

Kommunikationsnetze in neuen Technosphären

In den Fertigungsorganisationen der Zukunft soll das intelligente Werkstück ohne fremde Hilfe den Weg durch die Fertigung finden. Damit diese Technosphäre entstehen kann, müssen die Akteure interaktiv im Netzwerkverbund agieren.

Bild: Fotolia / frank peters

Die erste Geige im integrierten Industrie 4.0-Orchester könnten Software-Systeme spielen – allen voran Manufacturing Execution Systeme (MES). Solche Lösungen dienen als ‚Klebstoff‘ zwischen Automatisierung und Enterprise Resource Planning-System (ERP). Zudem zeichnen sie für die Interaktion zwischen Mensch, Produkt, Maschine und Prozess verantwortlich. Dazu bedarf es einer nahtlosen Anbindung der Maschinen-IT sowie der Mess- und Prüfsysteme an Systeme wie Guardus MES, damit ‚Cyber-Physical Systems‘ (CPS) prozessstabil und -sicher arbeiten können. Darüber hinaus ist die Abbildung vollständiger Datenbeziehungen Voraussetzung für das Bewegungsprofil der Werkstücke, wie es bereits jetzt bei sicherheitsrelevanten Produkten vom Qualitätsmanagement gefordert wird. Beim genauen Blick auf diesen Integrationsanspruch zeigen sich verschiedene Räume:

Das intelligente Werkstück

Am Anfang des Wertschöpfungsprozesses muss ein Werkstück ‚wissen‘, welcher Werdegang vom Rohteil hin zum Endprodukt es erwartet. Dieses Bewusstsein hält die produktionsnahe IT per Definition vor, da hier qualitäts- und produktionsrelevanten Produkt- und Prozessdaten verwaltet und überwacht werden. Die Übertragung auf das Bauteil kann dabei etwa über RFID-Technologie geschehen: Die auf dem Werkstück mitgeführte Seriennummer wird per Scanner eingelesen. Nun werden Mitarbeiter und Anlage vom System informiert, wie der Produktionsprozess auszusehen hat. Gleichzeitig werden die Prozessdaten dem Produkt zugeordnet und das Bewegungsprofil für die Rückverfolgung aufgezeichnet. Diese Abläufe sind bereits in ersten Projekten Realität, setzen jedoch ein integriertes MES voraus.

Auf dem Weg zur Maschine

Findet das ‚Smart Object‘ seinen Weg durch die Produktion ohne leitende Instanz, besteht zudem die Gefahr, dass die Produktionsplanung nicht wirtschaftlich vonstatten geht. Hinzu kommt: Egal ob Big Data oder Cloud – aktuellen IT-Trends liegt zentralisierte Datenhaltung zugrunde. So kann auch die Shopfloor-IT, als integrierte Datenbasis für Beziehungen zwischen Werkzeug, Material, Maschine, Produkt und Mensch, die Steuerung der Produktionsabfolge vornehmen. Dazu meldet sich das Werkstück per Produktseriennummer an der Anlage an, welche die Information an das MES übergibt. Dieses ordnet Einstelldaten und Prozessparameter der Anlage zu und schickt diese an die Maschine – oder Arbeits- oder Prüfanweisungen an den Hand- oder Montagearbeitsplatz. Im Gegenzug fordert das System Produkt- und Prozessdaten aus dem Herstellungsprozess an. Die dazu erforderliche Datenintegration hat jedoch auch Hemmschwellen zu überwinden: Eine Vielzahl an Automatisierungsprogrammen mit unterschiedlichsten Technologieständen muss harmonisiert werden.

Einen wirtschaftlichen Weg aus diesem Dilemma versprechen layerbasierte Integrationskonzepte. Dabei wird die Steuerungsebene um ein herstellerunabhängiges Interface ergänzt, das Maschinensignale per Gateway an die Scada-Ebene weitergibt. Diese versorgt wiederum das MES mit verdichteten Informationen. Ein ähnlicher Integrationsprozess empfiehlt sich auch bei den umgebenden Mess- und Prüfsystemen. Diese Topologie spiegelt sich bereits heute in der ISO22400-2 ‚Key performance indicators (KPIs) for manufacturing operations management‘ sowie der IEC62264 ‚Enterprise Control System Integration‘ wider. Ist der Automatisierungsgrad einer Industrie 4.0-Technoshpäre hoch, sammelt die Prozessleitebene oftmals auch produkt- und prozessrelevante Informationen – der Interaktionskreis ist geschlossen. Kommen dabei mehrere Anlagenhersteller zum Zug, verwalten integrierte Bausteine jedoch lediglich Prozessdaten-Bruchstücke. Auch hier kann eine unabhängige MES-Instanz Parameter von verschiedenen Anlagen zusammenfüren.

Qualität bleibt im Fokus

Da selbst CPS vor Qualitätsproblemen nicht gefeit sind, wird auch in Zukunft im Fehlerfall eine umfassende Traceability aller verbauten Komponenten erforderlich sein. Ein lückenloses Bewegungsprofil auf Einzelteilebene lässt sich dank der beschriebenen Integrationsräume praktikabel umsetzen: An jedem Meldepunkt einer Anlage identifiziert sich das Werkstück mittels der Produktseriennummer, wobei Produkt- und Prozessdaten zugeordnet und abgespeichert werden.

IT als Schlüssel zur Integration

Die Herausforderung bei Industrie 4.0 wird sein, integrative Prozesse, die heute bereits schon vereinzelt angewandt werden, zu standardisieren und allgemeingültig aufzustellen. Gleichzeitig gilt es, die Produktion noch stärker als bislang mit IT-gestützten Prozessen auszustatten und visionäre Aspekte stets auf den Einzelfall zu überprüfen, ob diese auch betriebswirtschaftlich sinnvoll angewendet werden können.

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