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Zukunftssicheres Produktionsdesign

Auf dem Weg in die Fabrik von morgen

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Im Siemens-Werk Karlsruhe ersetzen autonome Transportfahrzeuge die starre Verkettung durch Fördertechnik. (Bild: Siemens AG)

Im Siemens-Werk Karlsruhe ersetzen autonome Transportfahrzeuge die starre Verkettung durch Fördertechnik. (Bild: Siemens AG)

Anbindungen an die Plattformen

Für die digitalen Anwendungen ist schließlich die Anbindung an die Plattformen wichtig – ob als Cloud, On-Premise oder Edge-Lösung. Hier sorgen Datenaggregationen und Event-orientierte Protokolle dafür, aus dem Datenrauschen nützliche Informationen zu generieren. Dabei kommt es auch darauf an, die Daten richtig zu formatieren und die entsprechende Semantik zu übertragen. Schließlich sollen im Data Lake reale Informationen ankommen, die unabhängig vom Hersteller des Produktionsequipments und unabhängig vom Werksstandort genutzt werden können. Um diese Daten zu beschreiben, bietet sich OPC Unified Architecture (OPC UA) an. OPC UA ist dabei nicht nur eine Grammatik für das industrielle Internet der Dinge, sondern auch eine vollständige Architektur mit Möglichkeiten, wie zyklischer oder azyklischer Kommunikation, Methodenaufrufen sowie Sicherheitsmechanismen. Damit aus OPC UA jedoch eine tatsächliche Sprache wird, sind die sogenannten Companion Specifications erforderlich. Hier legen gemeinsame Arbeitsgruppen von Herstellern oder Branchenverbänden mit der OPC Foundation als ‚Herr der Normung‘ domänenspezifisch fest, wie technische Objekte modelliert werden.

Alle Komponenten nahtlos zusammenfügen

Am Beispiel eines Temperatursensors lässt sich die Notwendigkeit belegen, bei den Spezifikationen selbst auf Details zu achten: Der Wert eines solchen Sensors kann in Grad Celsius oder Fahrenheit oder in Kelvin übertragen werden, als Ganzzahl oder Kommawert, mit einem Bezeichner ‚t‘, ‚temp‘, ‚temperature‘ und so weiter. Die Companion Specification gibt für diesen Fall eine Definition vor, damit alle Hersteller von Messfühlern das gleiche Datenmodell verwenden können. Dabei rückt zunehmend auch die Harmonisierung der unterschiedlichen Companion Specifications in den Vordergrund. Neben der technologischen Perspektive gilt es aber, auch das System und die Implementierung im Blick zu behalten. Um Engineering- und Betriebskosten zu reduzieren, ist das nahtlose Zusammenspiel aller Komponenten entscheidend. Hier können Lösungsanbieter wie Siemens einen echten Vorteil aufzeigen, da alle Produkte im TIA-Portal projektiert und diagnostiziert werden können. Für größere Kommunikationsstrukturen kann das Netzwerk-Management-System Sinec NMS eingesetzt werden. Damit die Architektur später die Anforderungen auch wirklich erfüllt, sollten die Design-Spezialisten des Herstellers hinzugezogen werden.

Anwendungen für die Fabrik von Morgen

Wie sich Mehrwert aus dieser Architektur schöpfen lässt, veranschaulicht noch einmal das Siemens-Werk in Karlsruhe. Neben der Steuerung der AGVs, die über IWLAN-Komponenten aus der Scalance W-Familie mit dem Leitsystem verbunden sind und den Simatic-RFID-Lesern zur Kontrolle der Ladungsübergabe gibt es viele weitere Anwendungsszenarien. So könnten die Wartungsarbeiten an den eingesetzten Robotern über eine Cloud-Anbindung besser geplant werden. Dazu werden verschiedene Parameter aus der Feldebene wie Stromaufnahme, Beschleunigungsverhalten oder Nutzungsdauer als Datenstrom zu einer Applikation geschickt, die daraus einen möglichen Verschleiß prognostizieren kann. Der Materialfluss – vor allem an der Schnittstelle von Mensch zu Maschine – kann durch den Einsatz von Echtzeit-Ortungssystemen wie Simatic RTLS optimiert werden. Einerseits ist damit jede Ware überall auf Knopfdruck auffindbar. Suchzeiten entfallen aber insbesondere dadurch, dass der Standort kontinuierlich mit den Informationen im Warenwirtschaftssystem abgeglichen wird. Andererseits können die Transponder mit ihrem ePaper-Display ausgedruckte Begleitscheine samt handschriftlicher Ergänzungen ersetzen. Und schließlich könnte gar das Konzept der Predictive Quality, der vorausschauenden Qualitätsaussage, möglich werden. Die Idee hier: Durch den laufenden Abgleich von Messwerten und Testergebnissen aus der Linie sowie den Resultaten der abschließenden Qualitätsprüfung, könnte auf die Produktqualität geschlossen werden, sodass nur in Einzelfällen eine aufwendige Abschlussprüfung anfällt. Möglich machen das mithilfe von Big Data-Ansätzen entwickelte Prognosemodelle.

Widerspruch gelöst

Die Beispiele zeigen, dass sich die Produktivität sowie Qualität von Produkten und Prozessen durch digitale Verfahren auf ein neues Niveau heben lassen. Doch dazu braucht es nicht nur neue Fertigungsverfahren und IT-Plattformen, sondern vor allem auch eine leistungsfähige, flexible und zukunftssichere Kommunikations-Architektur. Digital Connectivity ist der entscheidende Faktor für die Fabrik der Zukunft.


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