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Eine Plattform für die intelligentere Fertigung

Integration

Eine Plattform für die intelligentere Fertigung

Die 'intelligente Fertigung' könnte die Arbeitsweise von Unternehmen revolutionieren. Automatisierte, IT-gesteuerte Prozesse in Verbindung mit Big Data-Analysen sorgen für eine bessere Kontrolle und ermöglichen schnelle Reaktionen. 'Machine-to-Machine'- und 'Internet of Things'-Technologien können das Potenzial von intelligenter Fertigung entfalten, indem sie durch die nahtlose Integration der Fertigungsanlagen mit Unternehmensanwendungen und -datenbanken Geschäftsinformationen in Echtzeit zur Verfügung stellen.

Bild: ILS Technology LLC

Computergestützte Industrieautomation gibt es schon seit Jahrzehnten. Allerdings waren Sensoren, speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Manufacturing Execution-Systeme (MES) und PC-basierte Steuerungen im Wesentlichen von IT- und Unternehmensanwendungen getrennt. Diese Systeme, die typischerweise in separaten Datensilos organisiert wurden, hatten keine zentrale Integrationsplattform und standen somit vielen Entscheidungen im Wege. Angesichts neuer Technologien und intelligenter Geräte in der industriellen Fertigung hatten viele IT-Abteilungen mit immer größeren Datenmengen von unterschiedlichen SPSsen zu kämpfen. Wenn aber jede Maschine eine andere Methode verwendet, um mit den Enterprise Resource Planning- und MES-Systemen zu kommunizieren, führt das zwangsläufig zu niedrigeren Integrationsgeschwindigkeiten und einer schlechteren Datenqualität.

Aus schnelleren Abtastraten ergeben sich größere Datenmengen, was wiederum zu langsamen Reaktionszeiten und Datenstaus führen kann. Viele Hersteller implementierten daher intern entwickelte, individuelle Lösungen, um die Datenqualität zu verbessern. Die Zusammenführung dieser End-to-End-Konfigurationen war komplex, in der Entwicklung sehr zeitaufwendig und teuer im Unterhalt. Teilweise mussten spezifische Treiber über Wochen hinweg geschrieben werden, um neue Geräte anschließen zu können. Der Bedarf einer einzigen enterprisefähigen Industrieautomatisierungsplattform, die mit allen Maschinen im Netzwerk kommunizieren und aggregierte Daten an ERP-/MES-Server liefern konnte, war vorhanden.

Datenerfassung erleichtert

Neue Konzepte für Machine-to-machine-Kommunikation, dem Internet of Things und Application Enablement-Plattformen (M2M/IOT-AEPs) versprechen hier deutliche Erleichterung. Eine AEP unterstützt etwa beim Erfassen und Verarbeiten von Daten von allen Arten von Geräten und aus beliebigen Netzwerken; sie bietet zudem eine nahtlose Anbindung und Integration von Daten – sowohl direkt in die unternehmenseigenen IT-Systeme, als auch zur Speicherung in die Cloud, für webbasierte wie mobile Anwendungen. Ob innerhalb der ‚vier Wände‘ des Werks über Ethernet oder über die Cloud mit externen Systemen, AEP reduzieren die Datenkomplexität und können Zeit und Geld im Vergleich zu intern entwickelten Lösungen sparen. Unternehmen sind so in der Lage, Geschäftsentscheidungen anhand besserer Informationen zu treffen. Sie können relevante Informationen bei Bedarf teilen und Dienste in Echtzeit verbessern.

M2M/IoT-AEPs können sich Fertigungsunternehmen die Vorteile einer intelligenten Fertigung erschließen. Sie können dazu beitragen, die Produktionsleistung zu verbessern und Stillstandszeiten zu reduzieren. Zudem lassen sich oft Kosteneinsparungen forcieren, indem die Produktion mit dem Gesamtunternehmen über Manufacturing Execution-Systeme integriert wird, die einen konsistenten Arbeitsfluss, Materialverbrauch und Warenbestand lenken und nachverfolgen. Cloud-Konnektivität erlaubt darüber hinaus, viele Standortbegrenzungen der Industrieautomatisierung aufzuheben. So lassen sich traditionelle Fertigungssysteme mit externen Anlagen wie Pumpen, HLK-Anlagen oder Sicherheitssystemen verbinden, etwa um den Energieverbrauch zu kontrollieren und die Kosten zu senken.

Eine Plattform für alle Fertigungsinformationen: ‚Devicewise‘ bei Honda Nordamerika. Bild: ILS Technology LLC

Besserer Kundenservice

IoT-AEPs liefern auch das Werkzeug zur Verbesserung des Kundenservice und der Kollaboration entlang der Lieferkette. Hersteller können Echtzeit-Nachfrage und Warenbestand überwachen und ihre betriebliche Effizienz und Rentabilität in der Fertigungsplanung und Logistik steigern. OEM können zum Beispiel ihren Kundenservice verbessern und die Betriebskosten senken, indem sie Leistungsdaten von externen Anlagen sammeln, um die Betriebszeiten zu verbessern. Das kann gleichzeitig den Bedarf an routinemäßigen Wartungsterminen am Standort reduzieren. Im Kontext von Produktaktualisierungen und -neuentwicklungen lassen sich zudem Maschinendaten sammeln und auswerten, was sich positiv auf die Kundenzufriedenheit und damit den Profit auswirken kann. Ein Beispiel für eine solche M2M/IoT-AEP ist die ‚Devicewise‘-Plattform von ILS Technology. Sie ist zur Verwendung innerhalb der ‚vier Wände‘ des Fertigungsunternehmens konzipiert und in der Lage, Produktionsmaschinen und Prozesse mit ERP- und Shopfloor-IT sowie Scada-Anwendungen ohne Programmierung zu verbinden.

Die Plattform bietet hierzu eine Integration mit der Cloud für die Fernsteuerung und Überwachung von Arbeitsabläufen und Anlagen. Die AEP stellt eine bidirektionale Datenkommunikation zwischen Werksmaschinen sowie Unternehmens-IT-Systemen und-Datenbanken her. Dazu unterstützt sie zahlreiche SPSsen von Siemens, Mitsubishi, Rockwell, Omron und andere häufig eingesetzte maschinelle Produktionsanlagen. Außerdem ist die Plattform kompatibel mit vielen auf dem Markt verfügbaren Datenbank-, Message Queuing- und Application Server-Systemen, darunter IBM, SAP, Oracle und Microsoft. Die Steuerung erfolgt via webbasierten und mobilen Anwendungen und Dashboards durch eigenes Personal oder autorisierte Dritte. Da die AEP außerdem vollständig mit SAP Hana und dem SAP Enterprise-Portfolio integriert ist, können Fertiger große Datenmengen schnell und mit konkreten Ergebnissen zu Informationen verdichten. Auf dieser Grundlage lassen sich auch Engpässe und Produktionsprozesse in Echtzeit überwachen und lenken.

Die Fertigung bei Honda

Wie die Plattform in der Praxis funktioniert, zeigt das Beispiel Honda Manufacturing. Die wachsende Anzahl von neuen Technologien und intelligenten Geräten in den nordamerikanischen Fabrikhallen des Unternehmens führte zu einer immer intensiveren Auseinandersetzung mit der IT. Der Automobilhersteller stand vor der Herausforderung, die IT-Ressourcennutzung mit einfachen und gängigen Werkzeugen über verschiedene Produktionsstandorte hinweg zu optimieren und die Qualität der Daten mit einem skalierbaren Hochleistungs-Linux-System zu verbessern. Angesichts des Fertigungsumfelds war es auch erforderlich, die Produktion basierend auf Marktanforderungen steigern und drosseln zu können und dabei den Personalbestand zu halten. Honda musste bei gleichzeitiger Maximierung der Leistungsfähigkeit und Kapazität lernen, schlank und agil zu agieren, um bei erhöhter Nachfrage auch erhöhte Absatzmengen herstellen zu können.

Die für die Fertigungssteuerung zuständigen IT-Manager von Honda mussten unterschiedliche SPSsen von Omron, Rockwell, Mitsubishi und anderen Anbietern mit proprietären Anwendungen für Manufacturing Execution (MES) sowie DB2, MSSQL und Activplant integrieren. Die ursprüngliche Implementierung enthielt eine große Java-basierte MES-Tracking-Anwendung, die auf einer Unix-Plattform installiert war. Dabei handelte es sich um eine intern entwickelte Anlagenschnittstelle, die für die betrieblichen Anforderungen programmiert worden war. Diese Lösung funktionierte gut, erforderte jedoch einigen Wartungsaufwand. Die IT musste für die Integration von neuen Geräten jedes Mal zusätzliche Anpassungen umsetzen. Der Versuch, eine OPC-basierte Lösung hinzuzufügen, führte nicht zu den gewünschten Verbesserungen bei der Ressourcennutzung.

Reaktionszeiten zu langsam

Die Logik und die Anwendungsintegration stammten nach wie vor von Honda selbst, doch die Reaktionszeiten waren zu langsam, Datenstaus bauten sich auf und die Konfigurationsprobleme waren nicht behoben. Mit dem Ziel, eigene Programmierungen und Integrationsanstrengungen zu reduzieren, führte das Unternehmen schließlich die oben beschriebene Industrieautomatisierungsplattform ein. Da diese auf verschiedenen Plattformen wie Windows, Linux, AIX et cetera läuft, eine einfache Konfigurationslogik verwendet und für weitreichende Industrieautomation ausgestattet ist, war die Implementierung schnell erledigt. Letztendlich konnte Honda so sein gemischtes System aus selbst programmierten Systemen und OPC-Paketen in einer gemeinsamen Schnittstelle zusammenführen. Darüber hinaus erreichte der Automobilhersteller die gewünschte Datenqualität. Die ursprünglichen, anlagenspezifischen Software-Tools konnten die stetig wachsenden, großen Datenmengen nicht verarbeiten, welche die neuen, intelligenteren Produktionsanlagen mit einer immer schnelleren Abtastrate ins System einspeisten. Diese Herausforderung löste die neue AEP ebenfalls – und zwar bei verbesserter Leistung und ohne die PLC-Abtastrate zu beeinträchtigen.