- IT&Production - https://www.it-production.com -

Vom Steckverbinder bis in den Webshop

Lösungen für die Industrie 4.0

Vom Steckverbinder bis in den Webshop

Die Maschine steht: Ein Gabelstapler hat beim Verladen einer Gitterbox einen Steckverbinder beschädigt. Im Regelfall laufen Menschen nun los und durchsuchen zig Aktenordner in der Hoffnung, dort in der Dokumentation herauszufinden, um welchen Steckverbinder mit welchen Einsätzen es sich genau handelt. Welche Artikelnummer hat der Stecker? Welche Artikelnummer haben die Einsätze? Wo kann man Ersatzteile bestellen? Und dies geschieht in einem Zeitalter, in dem viele enthusiastisch über Industrie 4.0 sprechen.

Bild: Harting

Der gleiche Vorfall kann in einem Industrie 4.0-Szenario schon ganz anders aussehen: Der Gabelstapler beschädigt den Steckverbinder, die Maschine steht. Der Servicetechniker kommt mit seinem mobilen Handheld und liest den Radiofrequenzidentifikation-Transponder (RFID) am Steckverbinder aus. Die zugehörige App fragt beim Enterprise Resource Planning-System (ERP) an, um welche Komponente es sich handelt und erfährt die Artikelnummer inklusive der verbauten Einsätze. Mit dieser Information erfolgt der Systemwechsel zum eBusiness-Portal des Unternehmens, in dem Zeichnungen und Datenblätter zur Verfügung stehen. Nach einer Überprüfung können aus der App heraus über die Einkaufsplattform die passenden Ersatzteile bestellt werden.

Mobilgeräte sind die Basis für Vernetzung

Durch das Zusammenspiel von Technologie und der engen Vernetzung von realer Welt und den verschiedenen IT-Systemen kann ein solches System heute umgesetzt werden. Steckverbinder und Kabelkonfektionen lassen sich mit RFID-Transpondern ausrüsten, um Informationen und Daten der Komponenten mit der virtuellen Welt zu verknüpfen. Steckverbinder können eine eindeutige Identität und ein Gedächtnis erhalten. Anhand dieser eindeutigen Nummer kann im ERP-System ermittelt werden, um welche Komponente es sich genau handelt. Eine der Voraussetzungen für Anwendungen dieser Art ist die zunehmende Nutzung von Mobilgeräten in der Industrie. Die Bandbreite der Geräte reicht dabei von industrietauglichen Smartphones über klassische Handhelds bis hin zu Tablet-PC. Um laufend neue Anwendungsbereiche zu erschließen, erleichtern Softwareentwicklungsumgebungen die Erstellung von mobilen Apps. Durch den Einsatz von Technologien wie HTML5 und CSS3 lassen sich die Hilfsmittel unabhängig vom Betriebssystem des jeweiligen Gerätes betreiben.

Systemnutzen oft nicht ausgeschöpft

Im Szenario sendet das mobile Endgerät Informationen zum per RFID identifizierten Steckverbinder über WLAN an das ERP-System von SAP. Dieses übermittelt hinterlegte Informationen zurück – und es erfolgt der Wechsel zu einer Einkaufsplattform. Entsprechende Systeme und Technologien finden sich in den IT-Landschaften vieler Unternehmen. Das Potential der Systeme wird aber häufig nur unzureichend genutzt. Insbesondere durch ein wenig mehr Vernetzung und Integration können sich weitreichende Mehrwerte und Kostensenkungspotentiale heben lassen. Zum Beispiel, wenn sich der Zeitaufwand für die betroffenen Prozesse verringern und kostspielige Irrtümer durch falsche Ersatzteillieferungen bei Revisionsarbeiten verhindern lassen.

 

Der Barcode für RFID

Der EAN Barcode begegnet uns überall – auf dem Joghurtbecher im Supermarkt oder Versandpäckchen. Bei den Codes handelt es sich um weltweit eindeutige Identifikationsnummern. Der Vorteil liegt bei seiner weltweit lesbaren und verständlichen Codierung. Analog zum EAN für Barcode gibt es für RFID den Electronic Product Code (EPC), um diese Eindeutigkeit auch für RFID-Kennzeichen sicherzustellen. Im Rahmen des EPC sind Produkte zudem kategorisierbar, zum Beispiel als verkaufbares Gut oder ’serialized global trade item‘ (SGTIN) sowie als Palette – Global Returnable Asset Identifier (GRAI). Für RFID werden verschiedene Frequenzbänder genutzt, etwa Ultra High Frequency (UHF, 865 Megahertz), das Lesereichweiten von einem Zentimeter bis über zehn Meter erlaubt. Die Kommunikation zwischen RFID-Transponder und RFID-Reader ist als Epcglobal Class 1 Gen 2 – EPC C1G2 weltweit standardisiert. Von anderen Auto-ID Technologien unterscheidet sich RFID in folgenden Punkten:

  • Keine Sichtverbindung erforderlich, Lesen und Schreiben durch Folie oder Karton hindurch ist möglich
  • Keine spezielle Ausrichtung des Transponders in Bezug auf die Leseantenne notwendig
  • Lesereichweiten von einem Zentimeter bis über zehn Meter einstellbar
  • Informationen im Speichermedium können geändert und geschützt werden
  • Beschreiben der Transponder aus einem Zentimenter bis mehrere Meter Abstand
  • RFID ICs sind in verschiedenen Speichergrößen verfügbar
  • Bis zu 300 Transponder pro Sekunde können mittels ‚Bulk reading‘ parallel erfasst werden
  • Anbringen der Transponder auf Metall und in Beton möglich. Sie halten hohen Temperaturen stand und sind autoklavierbar
  • Vom Reader in Richtung Unternehmenssoftware gibt es einen Standard von der Epcglobal: ALE 1.1 – Application Level Events. ALE spezifiziert ein Interface für das Lesen von Transpondern, Schreiben und die Administration.

Viele Speichermedien von RFID-Systemen sind für den Einsatz in schwierigen Szenarien geeignet. Die Tags haften je nach Auslegung auf Metall, lassen sich in Beton einbringen und halten selbst hohen Temperaturen stand. Damit steigen die Möglichkeiten, funkgestützte Kennzeichnungen im Industrieumfeld einzusetzen. Bild: Harting

Mit OPC UA eine relevante Datenbasis herstellen

Damit ein solches Konzept im Feld zuverlässig funktioniert, bedarf es im Hintergrund allerdings einer detaillierten und relevanten Datenbasis. Hier beinhaltet sie die Konfiguration des Steckerverbinders. Die Infrastruktur muss den ortsunabhängigen Zugriff auf die Informationen gestatten. Detaildaten von identifizierbaren Objekten werden Anwendern deshalb via Internet zur Verfügung gestellt. Die Herausforderung liegt häufig in der Kommunikation zwischen der Feldebene und den IT-Systemen. Hier bietet sich oft das Machine-to-Machine-Protokoll (M2M) OPC-UA an. Es ist plattformunabhängig, herstellerunabhängig, vergleichsweise schnell und bringt Funktionen für die Sicherheit mit. Im Jahr 2015 wird voraussichtlich eine Standardisierung vorgeschlagen, wie sie bereits durch die GS1 standardisierten Electronic Product Codes (EPCs) per RFID und OPC-UA abgefragt werden können. Damit bewegt sich das Thema Industrie 4.0 in Sachen Standardisierung ein ganzes Stück vorwärts, was viele Kritikpunkte am Forschungstrend entkräften dürfte.

Hersteller arbeiten an ‚companion specification‘

Viele Industrieunternehmen, inklusive Siemens, Turck und Harting arbeiten intensiv an der Fertigstellung der sogenannten companion specification, die Ergebnisse sollen auf der Hannover Messe 2015 präsentiert werden. Per OPC-UA kann ein Handheld beispielsweise direkt mit dem SAP Modul Plant Connectivity (PCO) kommunizieren. Eine andere Option ist die Nutzung der SAP Auto-ID Infrastructure (AII). Bei der Beschreibung der Teile des Prozesses, die außerhalb der SAP-Lösungen ablaufen, kann die grafische Spezifikationssprache Business Process Model and Notation (BPMN) verwendet werden. Diese ist vergleichsweise leicht anzuwenden, lässt sich flexibel anpassen und bietet Zukunftssicherheit. Bei der Sprache handelt es sich um ein Werkzeug zur visuellen Modellierung von Prozessen. Das Modell kann anschließend ‚übersetzt‘ werden und als schneller Einstieg in die Erstellung der mobilen Apps dienen.

Mit ihrem UHF RFID-Portfolio, ihren Software-Produkten und der System-Integration verknüpft die Harting GmbH aus Eselkamp Steckverbinder- und Kabelkonfektoren mit Datenbankstukturen bis hin zur Ersatzteilbestellung. Damit lassen sich im Betrieb umfassende Konzepte zum Daten- und Prozessmanagement umsetzen. Bild: Harting

Werkzeuge für die Prozessgestaltung

Die Harting Technologiegruppe hat mit ihren eBusiness-Lösungen umfangreiche Kompetenz und Erfahrung für entsprechende Aufgaben aufgebaut. Das vom Unternehmen entwickelte Konzept ermöglicht zuverlässigen und schnellen Zugriff auf Detaildaten von Produkten oder Maschinen und lässt sich für weiterreichende Geschäfts- und Produktionsprozesse nutzen. Die RFID-Technologie ermöglicht zudem weitere Innovationen in Bezug auf objektspezifische Datenerfassung und Speicherung: Die Speichermedien oder RFID-Tags können Objekte nicht nur eindeutig kennzeichnen. Anwender können Transponder mit zusätzlichen Informationen beschreiben, welche bei Bedarf ausgelesen oder aktualisiert werden können. Mit Sensortranspondern lassen sich zusätzliche Daten wie Temperaturwerte direkt am Objekt erfassen und im Transponder hinterlegen. Diese direkt am Objekt aufgenommenen Daten ermöglichen zum Beispiel Rückschlüsse auf den fehlerhaften Gebrauch von Maschinen. Daraus ergibt sich nicht selten ein Plus an Sicherheit.

Mit Cyber-Physical Systems zur Industrie 4.0

Mittels RFID-Technik lassen sich Informationen am Produkt speichern und im Produktionsprozess ändern. Werden physikalisches Produkt und RFID-Transponder als Einheit interpretiert – als Cyber-Physical System – ist das System im Sinne einer Integrated Industry einsetzbar. Der Systemanbieter unterstützt mit seinem Portfolio Unternehmen dabei, individuelle Lösungen für die Industrie 4.0 zu errichten.

 

Integration mit OPC Unified Architecture

Derzeit dominieren proprietäre Protokolle und spezifische Treiber vielerorts die Automatisierungswelt. Dies erschwert die Integration von Komponenten und erhöht dadurch die Kosten. OPC UA bietet die Chance, die Kommunikation zwischen Geräten, Controllern und Anwendungen ohne Treiberprobleme herzustellen. Dabei lassen sich mit der Technik häufig folgende Effekte erzielen:

  • Senkung der Integrationskosten, indem nur eine Architektur für den Zugriff auf Informationen genutzt wird
  • Hohes Niveau der Verschlüsselung, Sicherheit und Zertifikate, Zugriffe über Firewall und Internet möglich
  • bestehende OPC-Spezifikationen in eine Spezifikation integriert
  • Timeouts und Fehlererkennung lassen sich konfigurieren
  • Unterstützung von Plattformen wie Linux, Windows XP Embedded, Vxworks, Mac, Windows 7
  • Serviceorientierte Architektur
  • Binäre Schnittstelle für Echtzeitanwendungen verfügbar