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Datenbasis der digitalen Fertigung

Integrationsplattform für Fabriken

Datenbasis der digitalen Fertigung

Eine aktuelle Umfrage des VDMA ergab: 40 Prozent der Unternehmen agieren ohne digitale Agenda – stehen also noch ganz am Anfang ihrer digitalen Transformation. Es lohnt der Blick auf die zentralen Fragen: Welchen Nutzen können Unternehmen und ihre Angestellten aus Industrie 4.0 und Digitalisierung schöpfen? Und welchen Vorteil bieten Integrationsplattformen auf Produktionsebene?

Bild: ©Gorodenkoff/stock.adobe.com [1]

Bild: ©Gorodenkoff/stock.adobe.com

Seit mehr als zehn Jahren prägen Schlagwörter wie Industrie 4.0, Digitalisierung und Digitale Fabrik die öffentlichen Diskussionen in der produzierenden Industrie. Und auch in der Praxis bringen viele Unternehmen aktuell Digitalprojekte voran. Die Gründe dafür sind in der individuellen Situation des Unternehmens begründet, werden aber von einigen Herausforderungen flankiert, denen sich so gut wie alle Produzenten am Markt verstärkt stellen müssen. Dazu zählen sich stetig ändernde und steigende Kundenanforderungen wie die Dokumentation des Herstellungsprozesses bis hin zur Fertigung von Losgröße 1 sowie der zunehmende globale Wettbewerbsdruck, um nur einige Beispiele zu nennen. Nach Angaben des Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) sehen „91 Prozent der Unternehmen Industrie 4.0 als Voraussetzung für den Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie“.

Fähigkeit der digitalen Reife entwickeln

Die Themen Industrie 4.0 und Digitale Fabrik ermöglichen den produziernden Unternehmen solche Herausforderungen zu bewältigen und wettbewerbsfähig zu bleiben. Dazu müssen Unternehmen eine Strategie entwickeln – branchen- und größenunabhängig – um mit dem digitalen Wandel Schritt zu halten, indem sie die Chancen und Optimierungspotenziale einer digitalisierten Fertigung für sich nutzen. Anfangs hilft ein auf die Route der Digitalisierung festgelegter Stufenplan, der an den Unternehmenszielen und individuellen Strukturen ausgerichtet ist. Dabei müssen der Ist-Zustand der Fertigung festgestellt und ein künftiges Zielbild entwickelt werden. Welche Anforderungen muss dabei die Fertigungs-IT erfüllen und was ist überhaupt möglich? Dazu ist es wichtig, mit den Mitarbeitern zu sprechen und herauszufinden, auf welches vorhandene Wissen zurückgegriffen werden kann. Dabei sind vor der Umstellung auf digitalisierte Prozesse in der Fabrik immer wieder eine Reihe von Herausforderungen zu beobachten, die es vor dem eigentlichen Rollout zu bewältigen gilt.

Daten digital erfassen

Die Grundlage einer digitalen Fabrik sind definierte Fertigungsprozesse und ihre Stammdaten. Sie legen den Blick frei auf das Geschehen in der Fertigung und zeigen die Abhängigkeiten unterschiedlicher Prozessschritte auf. Um diese Transparenz zu schaffen, ist der erste Schritt die konsequente digitale Erfassung aller Daten. Dazu zählen Maschinendaten, Betriebsdaten, Prozessdaten und andere Informationen. Diese gilt es den jeweiligen Mitarbeitern zu visualisieren. Bereits auf dieser Grundlage lassen sich eine Reihe von Verbesserungen herbeiführen.

Erschließbares Potenzial: Werden Maschinendaten automatisch erfasst, können Maschinenstillstandszeiten nach entsprechenden Störgründen analysiert werden, um Stillstände und Störungen zu reduzieren und die Ressourcenauslastung zu steigern. Dafür lassen sich mit Griff zu aktueller Technik auch alte Maschinen digitalisieren, ohne in die Steuerung eingreifen zu müssen oder gar die Fertigung stillzulegen. Anhand digital erfasster Betriebsdaten sehen die Mitarbeiter der Fertigungsleitebene in Echtzeit, welcher Auftrag an welchem Arbeitsplatz gefertigt wird, wie viele Teile bereits produziert wurden und ob es im Fertigungsprozess Unterbrechungen gab oder gibt. Sind diese Datenflüsse einmal errichtet, ist Transparenz leicht herzustellen und es ist möglich, Kennzahlensysteme aufzubauen.

Eine gemeinsame Datenbasis schaffen

Viele Unternehmen stehen bei ihrer Digitalisierung nicht ganz am Anfang. Vielleicht haben sie in der Vergangenheit bereits Systeme in der Fertigung integriert, häufig auch eigenentwickelte Anwendungen. Diesen Anwendungen fehlt es oft an Schnittstellen und generell an Vernetzungsmöglichkeiten mit der restlichen Systemlandschaft. Solche Insellösungen haben also oft eine eigene Datenbasis und tauschen notwendige Daten nicht mit anderen Anwendungen aus. Für durchgehend digitalisierte Prozesse in der Fabrik ist es meist zuvor erforderlich, eine einheitliche Datenbasis zu schaffen, auf die alle Anwendungen zugreifen. Ein ‚Single Point of Truth‘ kann sicherstellen, dass sowohl die Systeme als auch die Mitarbeiter die richtigen und aktuellen Daten und Informationen nutzen. Außerdem ermöglicht die zentrale Datenhaltung, Abhängigkeiten im Fertigungsprozess zu erkennen und daraus oft Optimierungsmaßnahmen abzuleiten.

Erschließbares Potenzial: Aus erfassten Maschinendaten kann Analyse-Software günstige Zeitpunkte für Maschinenwartungen errechnen. Die so planbaren Ausfallzeiten von Maschinen lassen sich dann in der Auftragsplanung berücksichtigen, um die Ressourcenauslastung zu erhöhen.

Geschäftsmodell einer Integrationsplattform (Bild: MPDV Mikrolab GmbH) [2]

Geschäftsmodell einer Integrationsplattform (Bild: MPDV Mikrolab GmbH)

Anwendungen flexibel auswählen

Produzierende Unternehmen unterhalten für ihre unterschiedlichen Fertigungsverfahren meist einen heterogenen Maschinenpark. Jeder Bereich stellt zudem individuelle Anforderungen an die unterstützende Software. So benötigt der Kunststoffspritzgießprozess andere Maschinen und Software als die Metallumformung oder Montage. Wenn übergreifend für alle Bereiche das System eingesetzt wird, das am ehesten passt, wird bewusst ein Kompromiss in Kauf genommen. Sollte dieser Kompromiss eines Tages nicht mehr tragfähig sein, ist ein Wechsel dieses Systems für den Betreiber oft mit hohem Aufwand und hohen Kosten verbunden. Um dieses Risiko auszuschalten, können Firmen direkt bei der anfänglichen Wahl einer Software auf deren Flexibilität achten – die Plattform der Wahl sollte auch mit wechselhaften Anforderungen zurechtkommen.

Zusammengefasst

In der Praxis sind Fertigungen sowohl systemseitig als auch maschinell sehr heterogen und spezifisch. Die Digitalisierungsstrategie einer Firma orientiert sich an den individuellen Unternehmenszielen und Strukturen. Die Grundlage einer digital abgebildeten Fabrik bleiben dagegen gleich: Digital erfasste Echtzeitdaten in einer einheitlichen Datenbasis über die Fertigungsprozesse hinweg. So lassen sich Mitarbeiter bedarfsgerecht bei ihrer Arbeit unterstützen und dem Management fundierte Grundlagen für Entscheidungen ausgeben. In der Auswahl der Anwendungen sollten Fertigungsunternehmen darauf achten, dass sie flexibel bleiben und eine zum Unternehmen passende Lösung wählen. Damit lassen sich Kompromisse und Abhängigkeiten von IT-Unternehmen reduzieren.

IT-Plattform als Informations- und Datendrehscheibe

Einen Lösungsansatz für diese Herausforderungen bietet der MES-Anbieter MPDV mit seiner Integrationsplattform Manufacturing Integration Platform (MIP). Im Sinn einer zentralen Daten- und Informationsdrehscheibe in der Fertigung ermöglicht das System eine einheitliche Datenbasis (Unified Namespace) für Maschinen, Anlagen und Anwendungsprogramme. Bestehende Systeme lassen sich erhalten, über die Integrationsplattform zusammengeführen und mit neuen Lösungen ergänzen. Die Plattform ist darauf ausgerichtet, erfasste Echtzeitdaten zu kontexualisieren, um darauf nutzenstiftende Informationen zu aggregieren.

Erschließbares Potenzial: Wird die erfasste Hallentemperatur in den Kontext der Qualitätsergebnisse etwa eines Spritzgießprozesses gesetzt, kann der Wert zur Information werden und als Grundlage für nachgelagerte Entscheidungen dienen. Generell gilt, dass es solche Plattformen den Fabrikbetreiber vergleichsweise leicht machen, präzise kuratierte Informationen aus den Fertigungsprozessen für Mitarbeiter zu visualisieren. Zudem lassen sich Abweichungen von Prozessen dokumentieren und auf diesen Daten Alarme aufsetzen.

Als Ökosystem konzipiert

MPDV Mikrolab hat seine Integrationsplattform als Ökosystem ausgerichtet, das sich aus Anbietern unterschiedlicher Lösungen zusammensetzt. Dabei soll die MIP den offenen Ansatz verfolgen, die jedem Marktteilnehmer die Teilnahme erlaubt. Für Anwender bedeutet das vielfältige Optionen bei der Auswahl stets interoperabler Anwendungen. So lässt sich eine IT-Infrastruktur mit den Lösungen verschiedener Hersteller zusammenstellen und auf einer Datenbasis betreiben, ohne im Einzelnen in Abhängigkeit von ihnen zu geraten. Ändern sich die Anforderungen an die eingesetzten Systeme, können Fabrikbetreiber mit Erweiterungen ihrer Anwendungslandschaft oder dem Austausch von Systemen reagieren. Diese Flexibilität bietet Unternehmen einen dynamischen Start mit der Digitalisierung, ohne sich früh zukünftige Wege zu verbauen.