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Halbleiterindustrie als digitales Vorbild

Maschinenanbindung vom MES entkoppeln

Viele aktuelle Digitalisierungsanforderungen haben die Semiconductor-Hersteller bereits vor Jahren gelöst. Davon können Fertigungsverantwortliche anderer Branchen profitieren. Integrationsplattformen und MES-Software helfen bei fortschrittlichen Digitalisierungs- und Integrationsstrategien, die alle Ebenen und Systeme des ISA-95 Modells berücksichtigen.

Integrationsplattformen können unterschiedliche Assets über spezifische Verwaltungsschalen anbinden,  um einen einheitlichen Informationsaustausch mit dem MES zu ermöglichen. Bild: ZNT Zentren für Neue Technologien GmbH)

Integrationsplattformen können unterschiedliche Assets über spezifische Verwaltungsschalen anbinden, um einen einheitlichen Informationsaustausch mit dem MES zu ermöglichen. Bild: ZNT Zentren für Neue Technologien GmbH)

Der Digitalisierungsdruck nimmt für alle Industriebranchen unabhängig von den Unternehmensgrößen zu. Dies geschieht oft im Spannungsfeld zwischen den strategischen Zielen von IT-Abteilungen auf der einen und Produktionsverantwortlichen auf der anderen Seite. Im Mittelpunkt von Industrie 4.0- und IIoT-Strategien stehen häufig das Manufacturing Execution System (MES) und dessen Integration mit anderen Systemen sowie eine standortübergreifende Nutzung. Während im Bereich der Unternehmens-IT in den letzten drei Jahren oft ein Entwicklungsschub hin zu einem Betrieb vieler Software-Lösungen als Cloud-Applikation erfolgt ist, äußern viele Verantwortliche für die Fertigungs-Software weiter Bedenken hinsichtlich der Ausfallsicherheit und möglichen Datenverlusten sowie Stillstandzeiten. Viele Produktionsverantwortliche der Halbleiter-Industrie teilen diese Bedenken nicht. Denn sie haben sich mit vergleichbaren Prozessanforderungen – etwa einer durchgehenden Qualitätssicherung zur Ausschussvermeidung und einer papierlosen, oftmals standortübergreifenden Informationsverarbeitung über alle Fertigungsschritte – bereits vor Standardisierungsinitiativen wie Industrie 4.0 oder IIoT auseinandersetzen müssen. Die Qualitätskontrolle mehrstufiger Fertigungsschritte bei Wafern oder der Weiterverarbeitung der Chips weist beispielsweise Parallelen mit aktuellen Anforderungen in der Produktion von Medizintechnikkomponenten und einer Sicherstellung der FDA-Konformität auf. Während sich die Ausgangssituationen in den einzelnen Branchen aufgrund spezifischer Prozessanforderungen durchaus unterscheiden, gleichen sich die Zielsetzungen, etwa bei der Qualitätssicherung.

Komplexität durch Integration

Die Komplexität von Digitalisierungsstrategien ergibt sich bei Einbeziehung des ISA-95 Modells. Der Integrationsaufwand und die Herausforderung, einem Datenverlust samt Produktionsausfall vorzubeugen, nimmt dabei von der Enterprise-Ebene hin zum Shopfloor und einer Maschinenanbindung deutlich zu. Die Halbleiterindustrie hat ihren Fokus daher früh auf den Bereich der Process Control, Equipment Integration und Equipment Automation als Verbindungselement zwischen Maschinenebene und MES gerichtet. Es kommen spezielle Integrationsplattformen zum Einsatz, die Schnittstellen für eine vertikale und horizontale Integration bereitstellen und so Digitalisierungsgrundlagen einschließlich Möglichkeiten fortgeschrittener Automatisierung von Fertigungsprozessen bilden.

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Digitalisierung bis zur Maschine

Das beinhaltet Schnittstellen zu den Maschinen mit unterschiedlichen Protokollen, aber auch zu anderen Systemen wie der Materialkontrolle oder zu IIoT-Plattformen. Standardisierungen wie das OPC UA-Protokoll erleichtern dabei die Maschinenanbindung in vielen Branchen. In den meisten Betrieben laufen jedoch etliche Maschinen, die keines der modernen Protokolle unterstützen. Die Integrations-Plattformen greifen daher zunehmend das Konzept der Industrie 4.0-Verwaltungsschalen auf und binden Maschinen über Protokolladapter an. Die Integrationslogiken helfen, Informationen von der Equipment-Ebene für eine Weitergabe an übergeordnete Systeme der MOM-Ebene zu standardisieren. Diese Entkoppelung des MES von einer direkten Kommunikation mit der Equipment-Ebene und einzelnen Maschinen erleichtert die Umsetzung einer durchgängigen digitalisierten Fertigungssteuerung erheblich.

Das ISA-95 Modell mit seinen Ebenen und Systemen ist ein zentrales Element vieler Integrations- und Digitalisierungsstrategien. (Bild: ZNT Zentren für Neue Technologien GmbH)

Das ISA-95 Modell mit seinen Ebenen und Systemen ist ein zentrales Element vieler Integrations- und Digitalisierungsstrategien. (Bild: ZNT Zentren für Neue Technologien GmbH)

Erleichtert Cloud-Betriebsszenarien

Diese Vorgehensweise bei der Integration schafft für IT-Abteilungen und Produktionsverantwortliche beispielsweise in der Medizintechnik und Elektronikfertigung eine gute Grundlage, um mittelfristig den Betrieb von IT-Systemen über die Cloud zu planen. Wie ein Blick auf die ISA-95 Ebenen zeigt, werden Software-Bereiche wie ERP- und PLM-Lösungen mittlerweile häufig in der Cloud gehostet, MES- oder APS-Lösungen bleiben eher im lokalen Betrieb. Für die IT-Abteilung geht es um dabei um deutliche Betriebskostenstellen bei der Installation und Wartung. Der Fokus der Produktionsverantwortlichen liegt primär auf dem sicheren Fertigungsbetrieb ohne Datenverluste oder Stillstandzeiten. Die Verfügbarkeit von Technologien wie Glasfaserleitungen, aktuellen Serverumgebungen und Cloudservices und den damit erreichbaren Bandbreiten und Redundanzen kommen diesen Bedürfnissen entgegen. Die Integrations-Plattformen können diese Risiken weiter senken, indem sie Daten aus der Fertigungssteuerung sowie insbesondere der Prozesskontrolle und Equipment Integration zwischenspeichern. Dieses Buffering kann lokal und in der Cloud erfolgen und erlaubt es, kurze Netzwerkstörungen in einem WAN oder Unternehmensnetzwerk zu überbrücken. Bei einer mittelfristig zu erwartenden Verfügbarkeit von MOM-Systemen als echte Cloud-Applikationen kann dieses Daten-Buffering ein weiteres wichtiges Puzzlestück in Digitalisierungsstrategien darstellen.


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