Develop³ Systems Engineering 02.2016

MANUFACTURING EXECUTION SYSTEMS/LEITTECHNIK
ANWENDUNGEN
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INFO
Guardus Solutions AG
Ulm
Tel. +49 731 880177-0
www.guardus-mes.de
Bild: Guardus
Die Abbildung vollständiger Datenbeziehungen
ist eine Voraussetzung für das Bewe-
gungsprofil intelligenter Werkstücke
Maschine, Produkt und Mensch über sämtliche Anlagen und Prozesse
hinweg in sich vereint. Das Werkstück meldet sich mit seiner Seriennummer
an der Anlage an, die die Information zur Identifizierung an
das MES übergibt. Dieses eruiert anhand der Seriennummer alle
entsprechenden Einstelldaten sowie die Prozessparameter (z.B. DNC-
Programme) der jeweiligen Anlage und schickt sie an die Maschinen-IT.
Ist der Produktionsprozess angestoßen, verlangt das MES von den
Akteuren alle relevanten Produkt- und Prozessdaten, die während der
Herstellung entstehen und zum Zwecke der Prozess- und Qualitätsüberwachung
benötigt werden.
Die so skizzierte Datenintegration hat jedoch auch Hemmschwellen zu
überwinden. Zum einen zeichnet sich der Maschinenbestand in vielen
Fertigungsbereichen durch eine hohe Heterogenität hinsichtlich
Lebensalter und Hersteller aus. Manche Produktionsmaschinen verfügen
dabei über moderne Automatisierungs- und Steuerungskonzepte
zur Produktionsdatenübernahme – zum Beispiel über intelligente OPC-
Server-Strukturen – während andere nur rudimentäre Integrationsmöglichkeiten
bieten. Eine Vielzahl an Automatisierungsprogrammen mit
unterschiedlichen Technologieständen muss daher harmonisiert werden,
um alle Daten vereinheitlichen und zusammenführen zu können.
Einen wirtschaftlichen Weg aus diesem Dilemma bieten Layer-basierte
Integrationskonzepte. Darin werden die Anlagen auf ihrer Steuerungsebene
um ein maschinenherstellerunabhängiges Interface ergänzt. Die
Sensorik dieses Bausteins empfängt die Maschinensignale und leitet
sie über ein standardisiertes Gateway an die übergeordnete Scada-
Ebene (den Datensammler der Automatisierung) weiter. Der Scada-
Layer sammelt nun die erforderlichen Prozessdaten der angeschlossenen
Teilnehmer und gibt sie selektiert sowie verdichtet an das MES
weiter. Grundlage für den Transfer sind Konfigurationstabellen, die
exakt beschreiben, welche Prozessparameter in welcher Aggregationsstufe
pro Maschine (Station, Workcenter, etc.) benötigt werden. Ein
ähnlicher Integrationsprozess empfiehlt sich auch bei den umgebenden
Mess- und Prüfsystemen. Darüber hinaus ist auch der umgekehrte
Kommunikationsweg vom MES in die Anlagen-IT möglich.
Dieses Konzept entwickelt sich mehr und mehr zum sichersten und
kostengünstigsten Weg, viele verschiedene Produktionseinheiten mit
einer standardisierten Schnittstelle für die Maschinendatenintegration
zum MES zu versehen. Die Layer-basierte Topologie spiegelt sich
bereits heute in der ISO 22400-2 „Key performance indicators (KPIs)
for manufacturing operations management“ sowie der IEC 62264
„Enterprise Control System Integration“ wider. Im Rahmen der Industrie-4.0-Vision
wurden auch erste Ansätze in Form eines Referenz-
Architekturmodells für Industrie 4.0 (RAMI) veröffentlicht, die das
Architekturmodell der IEC 62264 integrieren.
Integrationsraum 3 – Der Weg ist das Ziel
Ist der Automatisierungsgrad einer Industrie-4.0-Technoshpäre besonders
hoch, sammelt die Prozessleitebene oftmals auch produkt- und
prozessrelevante MES-Informationen – der Interaktionskreis ist
geschlossen. Leider kommen im realen Fertigungsalltag mehrere
Anlagenhersteller zum Zug, wodurch die jeweils integrierten MES-
Bausteine lediglich das Prozessdaten-Bruchstück der verketteten
Maschinenanlagen verwalten. Ein Produkt durchläuft im Rahmen
seiner Herstellung jedoch normalerweise mehrere Fertigungsstufen,
die automatisierungstechnisch voneinander unabhängig sind, sodass
sich kein vollständiges Datenbild über alle Prozessparameter ergeben
kann. Aufgrund dessen bedarf es einer unabhängigen MES-Instanz, die
alle Prozessparameter von Anlagen verschiedener Hersteller in einer
integrierten Datenbasis speichert.
Integrationsraum 4 – Für den Fall der Fälle
Auch Cyber Physical Systems sind vor Qualitätsproblemen nicht gefeit.
Gerade die hohe Komplexität der zugrundeliegenden Infrastruktur
macht das Konstrukt störanfällig. Es bedarf also einer umfassenden
Traceability aller Komponenten. Nur so kann im Fehlerfall die Ursache
schnell und sicher identifiziert werden. Ein lückenloses Bewegungs -
profil auf Einzelteilebene lässt sich dank der drei beschriebenen Integrationsräume
praktikabel umsetzen. An jedem Meldepunkt einer
Anlage identifiziert sich das Werkstück mittels eineindeutiger Seriennummer,
wobei die im Produktionsprozess entstehenden Produkt- und
Prozessdaten zugeordnet und abgespeichert werden.
Die Herausforderung bei Industrie 4.0 wird sein, integrative Prozesse,
die heute bereits schon vereinzelt angewandt werden, zu standardisieren
und allgemeingültig aufzustellen. Gleichzeitig gilt es, die Produktion
stärker als bislang mit IT-gestützten Prozessen auszustatten und visionäre
Aspekte stets auf den Einzelfall zu überprüfen, ob diese auch
betriebswirtschaftlich sinnvoll angewendet werden können.
Der Autor: Andreas Kirsch, Vorstand Guardus Solutions AG
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