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Maschinendaten ohne proprietäre Schnittstellen verarbeiten

Wenn von Manufacturing Execution-Systemen die Rede ist, beschreibt die ISO-Norm 22400-2 unter anderem die Verknüpfung produktionsrelevanter Kennzahlenparameter sowie zentrale Key Performance Indicators. Was viele Hersteller im Zuge dessen als umfassende Produktionsdatenerfassung bezeichnen, stellt Unternehmen oft vor Herausforderungen – vor allem bei der Integration von Maschinendaten aus Steuerung und Sensorik. Layer-basierte Integrationskonzepte versprechen hier wirtschaftliche Lösungen, damit der Umgang mit Massendaten und heterogenen Produktionslandschaften effizient abläuft. Dieser Ansatz kann die Datenkommunikation vereinheitlichen und beschleunigen, ohne unerwünschte Abhängigkeiten zwischen Maschine und Software zu verursachen.

Bild: Guardus

Qualität produzieren – dieser Anspruch ist im Werteverständnis vieler Industriebetriebe fest verankert. Was kurz und prägnant klingt, mausert sich im Produktionsalltag zu einer komplexen Aufgabe. Manufacturing Execution Systeme (MES) bieten zentrale Hilfestellungen, wenn es um das prozessorientierte Erfassen, Visualisieren und Überwachen sämtlicher qualitäts- und produktionsrelevanter Produkt- und Prozessdaten geht. Damit jedoch ein MES zum zuverlässigen Qualitätsmotor werden kann, muss die Vollständigkeit, Aktualität und Konsistenz der zugrundeliegenden Datenbeziehungen zwischen Werkzeug, Material, Maschine und Mensch über sämtliche Anlagen und Prozesse gewährleistet sein.

Im Zuge stetig steigender Automatisierungstendenzen von Fertigungsverfahren kommt der Integration von Maschinendaten aus Produktionsanlagen sowie Mess- und Prüfsystemen eine wachsende Bedeutung zu. Nur so können Qualitätsverantwortliche ganzheitliche Aussagen hinsichtlich Prozessstabilität, -sicherheit und -qualität in Echtzeit treffen und bei Abweichungen sofort regelnd eingreifen. Darüber hinaus ist die Abbildung vollständiger Datenbeziehungen entlang des Materialflusses unabdingbare Voraussetzung für die Rückverfolgbarkeit innerhalb der produktionsnahen IT-Systeme.

Unterschiedliche Steuerungskonzepte und -takte beherrschen

In vielen Fertigungsbereichen zeichnet sich der Maschinenbestand durch eine hohe Heterogenität hinsichtlich Lebensalter und Hersteller aus. Neue Anlagen werden in großen Zeitabständen beschafft, da deren Lebenserwartung mit bis zu 30 Jahren im Vergleich zu IT-Systemen ein nahezu biblisches Alter erreicht. Zudem werden zunehmend Multiple-Sourcing-Strategien zur Unterstützung von Herstellerunabhängigkeit und Innovationssicherheit eingesetzt. Diese Praxis stellt die Integration von Prozessdaten aus der Anlagen-IT in ein MES vor Herausforderungen. Manche Produktionsmaschinen verfügen über modernste Automatisierungs- und Steuerungskonzepte zur Produktionsdatenübernahme – zum Beispiel über ‚intelligente‘ OPC-Server-Strukturen – während andere nur rudimentäre Integrationsmöglichkeiten bieten.

Als Ergebnis muss eine Vielzahl an Automatisierungsprogrammen mit verschiedenen Technologieständen harmonisiert werden, um alle Daten vereinheitlichen und zusammenführen zu können. Ein weiterer Knackpunkt der Produktionsdatenintegration findet sich im effizienten Umgang mit Massendaten. Während ein MES im Sekundentakt und Enterprise Resource Planning-Software (ERP) meist im Stunden- und Tagesbereich Daten verarbeitet, ist das Zeitverhalten der Automatisierungstechnik im Millisekundenbereich angesiedelt. Die dabei anfallenden Massen-Prozessdaten – etwa Temperatur, Druck, Durchflussmenge und -geschwindigkeit oder Energieverbrauchswerte – sind aufgrund ihrer Fülle und Granularität nur teilweise MES-relevant. Deshalb erscheint es nicht sinnvoll, sämtliche Produktionsdaten an die Software zu übergeben, ohne sie vorab gezielt zu selektieren und zu verdichten.

Integration ohne Abhängigkeiten von IT und Maschine

Die Integration von Fertigungsdaten führt darüber hinaus zu einer engen Verbindung von Produktionsanlagen und EDV. Hierbei sollte das Schnittstellenkonzept so gestaltet sein, dass jeder ‚Integrationsteilnehmer‘ seine Eigenständigkeit behält. Denn einerseits sollte die Beschaffung einer neuen Maschineneinheit kein Software-Update erzwingen. Umgekehrt sollte ein neues Software-Release keine Versionserneuerung der Automatisierung zur Folge haben. Solche Abhängigkeiten werden durch den Aufbau eines Schichtenmodells nach DIN ISO 62264 ausgeschlossen. Es definiert die Einsatzgebiete von IT-Systemen im Produktionsumfeld. Die Schichten 0 und 1 beschreiben Ebenen der Feldgeräte und speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), welche sich in der Regel als geschlossene Automatisierungseinheit pro Maschine darstellen.

Die Prozessleitebene des Level 2 ist in der Praxis als ‚Supervisory Control and Data Acquisition‘ (Scada) bekannt. Dieses Layer ist der zentrale Datensammler, der die Massendaten aller Anlagen verwaltet und gezielt weitergibt. Die Level 3 und 4 umfassen die Betriebsleitebene des MES sowie die Unternehmensebene des ERP. Um nun die Autonomie der Integrationsteilnehmer sicherzustellen, dürfen Schichten überhalb der ersten Ebene nicht zu einer kompakten Systemeinheit verschmelzen, sondern müssen im Rahmen einer integrierten IT-Infrastruktur über geeignete Schnittstellenkonzepte flexibel kommunizieren.

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