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Produktion und Management ohne Umwege verbinden

Von der Feldebene in die produktionsnahe IT

Produktion und Management ohne Umwege verbinden

Durchgängige Kommunikation über alle Unternehmensebenen hinweg zählt zu den Grundlagen für die schnelle Bereitstellung von Unternehmensdaten für fundierte Management-Entscheidungen. Business-Intelligence-Techniken können auf Basis dieser Daten ein Abbild der Unternehmenssituation und Prognosen erstellen.

Bild: Siemens AG

Einen der wesentlichen IT-Trends für das Jahr 2011 stellen nach Angaben des Beratungshauses Gartner die ‚Next Generation Analytics‘ dar. Dabei werden bestehende Business-Intelligence-Techniken weiterentwickelt, um das Monitoring und Reporting aktueller Ereignisse zu verbessern und Echtzeit-Prognosen zu ermöglichen.

Der Wunsch nach Transparenz wächst

Der Wunsch nach Transparenz im Unternehmen wächst, allerdings auch die Komplexität der Systemlandschaften. Deshalb ist es nicht verwunderlich, dass Business Analytics und Reporting seit fast zehn Jahren immer wieder unter den ‚Top10‘ der IT-Trends zu finden sind. Immer mehr führende Unternehmen setzen auf effizientes Monitoring und Reporting von Produktionsdaten, um Änderungen frühzeitig aufzuzeigen und so rechtzeitiges Gegensteuern beziehungsweise eine Anpassung der Geschäftsstrategie zu ermöglichen. Auf Basis von aktuellen Unternehmensdaten lassen sich Fragen wie ‚Bei welchem Prozessschritt in der Fertigung entstehen die meisten Fehlteile?‘ und ‚Welche Fertigungsschritte tragen maßgeblich zur Fertigungsdauer bei?‘ schnell beantworten, etwa um Maßnahmen zur Optimierung von Produktionsabläufen oder Qualität zu unterstützen.

Herausforderung gewachsene IT-Landschaft

Hinzu kommt, dass Qualitätsmanagement und Regulatorien oftmals die lückenlose Rückverfolgbarkeit des produzierten Gutes selbst nach Jahren verlangen. Dabei sind korrekte und konsistente Daten unerlässlich – die jedoch nur eine abgestimmte Kommunikationskette über die Unternehmensebenen hinweg erbringen kann. Systeme, die relevante Geschäftsdaten enthalten, müssen reibungslos miteinander kommunizieren können. Eine Herausforderung dabei stellt die gewachsene IT-Landschaft vieler Unternehmen dar: Zu Systemen unterschiedlichster Hersteller und Technologien kommen immer wieder neue IT-Lösungen hinzu. Doch um niedrige Reaktionszeiten und hohe Flexibilität bei geänderten Anforderungen oder Prozessabläufen und Datenkonsistenz weltweit gewährleisten zu können, sind Unternehmen bestrebt, Prozesse, Daten und Systeme in Einklang zu bringen.

Vertikale Integration für eine transparente Fabrik

Das Ziel, mit einer die Unternehmensebenen übergreifenden Kommunikation die Wertschöpfungskette zu optimieren, wird häufig unter dem Begriff der vertikalen Integration zusammengefasst. Ein wesentlicher Baustein in diesem Konzept, dass von der Feldebene über die Kontrollebene bis hin zur Managementebene reicht, ist die digitale Vernetzung der Produktion mit Enterprise-Resource Planning- und Manufacturing-Execution-Systemen (ERP/MES). Dabei reduziert der direkte Datenaustausch zwischen Produktions-, Warenwirtschafts- und Prozessleitsystemen ohne zwischengeschaltete Gateway-PC-Lösungen die Komplexität der Systemlandschaft, vor allem bei Programmierung und Datenaufbereitung.

Gateway-Lösung und Direktanbindung im Vergleich

Bei Anbindung der Feldebene unter Verwendung eines Gateway-PC übersetzt ein für die jeweilige Anwendung geschriebenes Programm die Datenstrukturen der Steuerung in die Datenstrukturen des Managementsystems. Dabei ist die Anbindung fest programmiert und lässt sich somit nicht flexibel ändern. Im Gegensatz dazu gestatten aktuelle Kommunikationsmodule auf Automationsebene dem Anwender, Daten aus Feldebene und Managementsystem rein durch Konfigurieren und ohne Programmieren bidirektional aufeinander abzubilden und zu übertragen. Durch den Einsatz dieser Technologie sinkt zum einen die Komplexität der IT-Landschaft, da der zusätzliche Gateway-PC entfällt. Außerdem entfallen aufwändige Programmierarbeiten, Änderungen lassen sich flexibel durch Umkonfigurieren der Geräte umsetzen. Darüber hinaus liegen Anschaffungs-, Wartungs- und Administrationskosten für entsprechende Automationskomponenten in der Regel unter denen eines komplexen Gateway-PC-Systems.

Einfacher mit Direktverbindung

Zu diesen automationsnahen Systemen zählt auch der Industrial Ethernet Kommunikationsprozessor CP343-1 ERPC von Siemens. Die Bezeichnung ‚ERPC‘ steht für Enterprise Connect und weist auf die für die vertikale Integration ausgelegten Eigenschaften hin des Moduls hin, das direkt vor Ort als Erweiterungsbaugruppe der Maschinensteuerung Simatic S7-300 gesteckt wird. Mit parametrierbaren Funktionen zur Datenbankanbindung unterstützt der Kommunikationsprozessor die direkte Verbindung von der Feldebene zum ERP/MES-System. Einer speziellen Firmware-Erweiterung des Partners ILS Technology gestattet dabei die direkte Anbindung der Feldebene an Datenbanken und Systeme der Managementebene ohne aufwändiges Programmieren. Da der Kommunikationsprozessor mit einer Vielzahl von Datenbanksystemen unterschiedlichster Hersteller, darunter Microsoft SQL, mySQL, Oracle und DB2 zusammenarbeiten kann, lässt sich eine Anbindung an verschiedenste Anwendungen vornehmen.

Entlastung von IT-Systemen und Unternehmensnetz

Ein Beispiel für die praktische Anwendung stellt die Protokollierung von Fertigungs- und Prozessdaten etwa für die Archivierung von Qualitätsdaten aus der Produktion im Managementsystem dar. Dazu werden über das Kommunikationsmodul ereignisgesteuert definierte Produktionsdaten beispielsweise an eine Oracle-Datenbank des Managementsystems übertragen. Auch für die Steuerung des Fertigungsprozesses, etwa bei der Vergabe auftragsbezogener Fertigungsaufträge vom Managementsystem aus, lässt sich das System einsetzen. Bei Bedarf kann das Kommunikationsmodul auch die Optimierung von Fertigungsprozessen bei der Verteilung von Fertigungsaufträgen an parallele Fertigungseinheiten unterstützen. Insgesamt entlastet die Datenverarbeitung im Kommunikationsprozessor das PC-System und Netzwerk, auf dem ERP- und MES-Anwendungen laufen. Das Modul kann zudem gleichzeitig die Verbindung zu mehreren Datenbanken halten und unterstützt die Modifikation der Datenbankanbindung im laufenden Betrieb. Eine Datenzwischenspeicherung vermeidet Informationsverlust bei Verbindungsunterbrechung.


Beispiel für vertikale Datenintegration ohne Gateway-PC: Durch den Einsatz eines Kommunikationsmoduls auf der Steuerungsebene anstelle eines fest programmierten Gateway-PC lässt sich die Anbindung parametriert und somit flexibel änderbar umsetzen. Bild: Siemens AG

Parametrierung statt Programmierung

Die Übernahme von Kommunikationsaufgaben durch die Automationsschicht kann auch aus finanzieller und organisatorischer Sicht Vorteile mit sich bringen. Durch eine einfach zu konfigurierende Datenbankanbindung sinken die Kosten für Systemeinrichtung und -anpassung, hinzu kommt eine schnelle Erweiterbarkeit der Lösung und somit hohe Flexibilität. Außerdem sinkt der Schulungsaufwand im Unternehmen, da der Automatisierer bei diesem Vorgehen kein Know-how zur Anbindung von ERP/MES-Systemen und das IT-Personal kein Automatisierungswissen benötigt. Unklare Problemzuordnungen zwischen Automatisierern und IT-Personal lassen sich dadurch ebenfalls vermeiden.

Basis für moderne Analyse-Verfahren

Analysemethoden und Business-Intelligence-Mechanismen werden immer ausgeklügelter. Zahlreiche Unternehmen setzen auf diesen Trend und beschäftigen sich mit der stetigen Verbesserung von Berichterstellung und Forecasting. Dabei wird es immer wichtiger, korrekte Daten und Informationen zeitnah verfügbar zu haben, die komplette Systemlandschaft muss reibungslos kommunizieren können. Gleichzeitig sind Flexibilität und kurzfristige Anpassbarkeit im Fall von geänderten Prozessen und Strategien wichtige Bausteine für eine effiziente Prozessgestaltung. Kommunikationsmodule zur direkten Anbindung der Feldebene an die Managementebene und Datenbanksysteme können hier wertvolle Dienste auf dem Weg zum integrierten Gesamtsystem leisten.