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Informationstandards für die digitale Fabrik

Herausforderung Interoperabilität

Einer der Treiber für moderne Produktion, deren effiziente Organisation und internationale Vernetzung ist die Informationstechnik. Die Integration von IT-Systemen spielt dabei eine immer bedeutendere Rolle, um Geschäftsprozesse durchgängig zu unterstützen und Informationen entsprechend der jeweiligen Arbeitsaufgabe bereit zu stellen.

Zu den Integrationsaufgaben zählen die vertikale Systemintegration, etwa von der Unternehmensleitebene zur Fertigungsebene, die horizontale Integration zur Unterstützung von Prozessen beispielsweise auf der MES-Ebene, sowie die Integration über den Lebenszyklus einer Anlage hinweg. Für MES zeichnen sich folgende Entwicklungen ab:

  1. ME-Systeme werden in Zukunft über standardisierte ‚Plug-and-work‘-Mechanismen mit unterlagerten Fertigungsebenen vertikal zusammenarbeiten.
  2. Auf der MES-Ebene werden Komponenten auch unterschiedlicher Hersteller horizontal integriert sein. Dabei kommen Instrumente wie Wissensnetzwerke oder Ontologien, service-orientierter Aufbau und durchgängiges Datenmanagement zum Einsatz.
  3. MES werden voll an Systeme der Digitalen Fabrik angekoppelt sein. Ziel ist unter anderem die permanente Planungsbereitschaft: Sobald sich Änderungen in der Produktion ergeben, werden diese in sämtlichen beteiligten Systemen nachgeführt.

Um umfassende Interoperabilität in diesen Gebieten zu erreichen, müssen die im Fertigungsbetrieb zu kommunizierenden Inhalte strukturiert werden. Dazu gilt es auch, die zugehörigen Bedeutungen und Kommunikationsmechanismen festzulegen.

MES in der Architektur der industriellen Automatisierung

Mit diesen neuen Informationsanforderungen geht der Bedarf nach einem neuen Referenzmodell einher, das den bisherigen pyramidenähnlichen Aufbau der Informationstechnik in Produktionsunternehmen ablöst und der zunehmenden Datenintegration Rechnung trägt. Das gängige Modell der ‚Automatisierungspyramide‘ orientiert sich an Menge, Bedarf und Zeitanforderungen der anfallenden Informationen. Dabei wird etwa zwischen prozessorientierter Datenverarbeitung in Echtzeit auf der Fertigungsebene oder benutzerorientierter Informationsverarbeitung auf der Unternehmensleitebene unterschieden. Ein tragfähiges Modell muss aber die drei Dimensionen vertikaler und horizontaler Integration sowie die Integration über den Lebenszyklus von Produktionsanlagen abbilden, damit etwa ein MES zur durchgängigen Kommunikation in diesen Dimensionen in der Lage ist.

Horizontale Integration zwischen MES-Lösungen

Aufgrund der arbeitsteiligen Organisation und der Charakteristik der variantenreichen Produktion existieren in der Industrie für verschiedene MES-Aufgaben eigenständige IT-Systeme. Diese Lösungen arbeiten heute meist ohne Datenaustausch und Verbindung zu anderen MES-Komponenten. Ziel produzierender Unternehmen ist es, die Einzelsysteme in den kommenden Jahren miteinander zu verbinden, um damit Synergiepotenzial auszuschöpfen. Damit wird es möglich, Entscheidungen, die auf der Werkstattebene getroffen werden, transparent und durchgängig zu unterstützen. Allerdings ist mit den heute im Betrieb eingesetzten Software-Technologien eine wirkliche horizontale Integration kaum machbar. Softwaresysteme müssen zukünftig Mechanismen bereitstellen, die Wissen auf semantischem Niveau über die zu kommunizierenden Inhalte haben.

Bild: Fraunhofer IOSB

Vertikale Integration zwischen MES und Fertigungsebene

Die Integration zwischen der Unternehmensleitebene und MES kann als weitgehend gelöst gelten. Zur vertikalen Integration zwischen MES und Fertigungsebene sind hingegen noch standardisierbare Methoden, Softwarekomponenten und Anwendungen erforderlich, über die Produktionsanlagen und Komponenten – etwa Feldgeräte – schnell und sicher in ein Fertigungssystem integriert werden können, sowie Änderungen an Anlagen und Steuerungen automatisch in die überlagerte IT übertragen werden.

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