Die heterogene Landschaft von Maschinen und deren Steuerung in einem Fertigungsbetrieb stellt Betreiber häufig vor Herausforderungen und unkalkulierbare Kosten bei der Integration. Hier ist der Einsatz von Standards wie OPC UA ein Schlüssel zum Erfolg.

Bild: ©MyImages – Micha/Shutterstock.com

Erweiterbares Framework

Ein standardisiertes Framework soll die kontinuierliche Erweiterbarkeit um neue Technologien, Systeme, Kommunikationsformen und nicht zuletzt Erkenntnisse erleichtern. Konkret: Eine neue Maschine meldet sich am Produktionsnetzwerk an, gibt Informationen über Fähigkeiten und Kapazitäten bekannt und wird automatisch in den Produktionssystemverbund aufgenommen. Da jede Maschine beziehungsweise deren Steuerung in einem beliebigen Format kommuniziert – wenngleich oft bereits im OPC UA-Standard − verwalten viele Unternehmen eine heterogene Infrastruktur. Es kann also auch eine andere Kommunikationsform sein. Die Aufnahme in den Systemverbund erfolgt so: Für jede Schnittstelle, teilweise proprietär, wird ein Adapter entwickelt, der Kommunikation und Information auf OPC UA-Standard umsetzt. Somit findet die Homogenisierung mittels OPC UA auf übergeordneter Ebene statt.

Da Adapter wiederverwendbar sind, erfolgt die Integration nicht durch herkömmliche Schnittstellen-Integration, sondern durch ein zweistufiges Verfahren der Umsetzung der Schnittstelle auf einen gemeinsamen Standard, über den mit den vereinbarten Technologien kommuniziert werden kann. Die Abbildung oben stellt den schematischen Aufbau eines standardisierten Kommunikationsframework dar: in mehreren Ebenen werden einzelne beteiligte Komponenten und deren Beziehung zueinander erklärt. In der Planung werden alle Informationen und Vorgaben definiert, die den Fertigungsprozess, dessen Arbeitsschritte, den Ablauf sowie die Abhängigkeiten zu- und voneinander beschreiben. Dies dient außerdem dazu, jeden Prozess einzeln abzusichern. Im Shop Floor werden exemplarisch drei am Prozess beteiligte Maschinen oder Anlagen dargestellt, die ihre Aufgaben erfüllen, dabei jedoch zusätzlich noch die jeweiligen In- und Outputs bezüglich Validierungen und Verschränkungen berücksichtigen müssen:

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• Identifizierung des verarbeitetes Teiles (Charge, Seriennummer)
• Prüfung, ob es verarbeitet werden darf und gegebenenfalls Ausschleusung
• Prüfung, ob vorgegebene Reihenfolge eingehalten wurde
• Prüfung, ob sonstige Bedingungen erfüllt sind
• Prüfergebnisse und Prozessdaten, die während oder am Ende der Bearbeitung ermittelt werden

Alle gesammelten Informationen und deren Parameter für Validierung, Ereignisse, Alarme werden dann zur Fehlervermeidung verwendet, über die individuellen Schnittstellen auf OPC UA umgesetzt, schließlich zentral im Industriecockpit zusammengeführt und rollenspezifisch visualisiert.

Schema eines standardisierten Kommunikationsframeworkes.
Bild: Pickert & Partner GmbH

Die Basis für Industrie 4.0

Die Integration beteiligter Systeme und Anlagen ist Grundlage für Industrie 4.0. Ohne Integration keine Information, ohne Information keine Organisation, ohne Organisation auftretende Fehler. Die Verwendung von Standards wie OPC UA schafft Abhilfe gegen hohen Investitionsbedarf bei mittelständischen Unternehmen, da nur selten programmiert werden muss. Hürden können zum Beispiel fehlende offene IT-Architekturen zum einfachen Datenaustausch, veraltete Systeme, typische Insellösungen sein.

Information: Wissen muss dokumentiert und kommuniziert werden. Sind Informationen nicht über den gesamten Produktlebenszyklus transparent, ist jeder weitere Prozessschritt risikobehaftet oder gar sinnlos. In Produktion und Qualität anfallende Daten müssen bereits zum Zeitpunkt ihres Entstehens den intelligenten Monitoring- und Analysesystemen zur Verfügung stehen. Eine Viel-hilft-viel-Mentalität hilft gerade nicht: der jeweilige Betrachter benötigt die richtige Information zur richtigen Zeit am richtigen Ort, um Entscheidungen zu treffen.

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Reaktion: Mit passender Strategie lassen sich viele Fehler vermeiden. Jeder vermiedene Fehler spart eine Reaktion, erst im Fall des Auftretens muss gehandelt werden. Dies wird mit der zuvor beschriebenen Integration und gezielter Lenkung von Informationen deutlich beschleunigt.

Entscheidungsbefähigung: Anwender aller Ebenen müssen gute Entscheidungen treffen können. Jeder sollte das Gefühl haben, Prozesse beeinflussen und treiben zu können, anstatt von ihnen getrieben zu werden. Ständig steigende Komplexität macht es notwendig, dass nicht zu viele oder gar sinnlose Informationen verteilt werden und dass eingesetzte IT-Systeme intuitiv und bedarfsgerecht angewendet werden können. Werden all diese Themen und Anforderungen berücksichtigt, sind Unternehmen der Produktion im Sinn von Industrie 4.0 schon einen großen Schritt näher. Sinnvoller und effizienter Datenaustausch in der Produktion, zwischen Maschinen und Steuerungen sowie deren Integration sind Basis auf dem Weg dorthin.

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