Develop³ Systems Engineering 01.2015

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ANWENDUNGEN INDUSTRIE 4.0 Durch die Interpretation von BPMN2-Workflows werden SPS- und Roboterfunktionen modulspezifisch ausgeführt Die Rolle des Mitarbeiters in der Smart Factory wandelt sich zu einem „Augmented Operator“, der die Maschine interaktiv anpassen und überwachen kann Produkttypspezifische Prozessmodelle Die für die Ausführung solcher Prozessmodelle notwendige Koordinationsarchitektur weist dabei für eine Fertigungslinie eine übergeordnete sowie je eine lokale Koordinationskomponente pro Fertigungszelle auf. Diese sogenannten „Process Engines“ können produkttypspezifische Prozessmodelle dynamisch aus einer Datenbank abrufen und bei Bedarf innerhalb der Systemarchitektur der modularen Fertigungslinie ausführen. Die ausführbaren Prozessmodelle enthalten typischerweise eine Sequenz von wiederverwendbaren Sub-Prozessen bspw. für eine Schraubaktivität, die in den Koordinationskomponenten der Fertigungsmodule ausgeführt werden und in Aufrufen der beschriebenen Services resultieren. Darüber hinaus können Prozessmodelle weitere Aktivitäten und Sub-Prozesse wie beispielsweise Interaktionen mit Maschinenbediener oder -einrichter sowie Kommunikation mit anderen Akteuren oder Teilsystemen der modularen Produktionsplattform beinhalten. In der Koordinationsarchitektur wird für die konkrete Fertigung eines individuellen Produkts jeweils eine neue Instanz eines Prozessmodels erzeugt und gestartet. Die „Verheiratung“ von Prozessinstanz und Produkt (also die Erzeugung und spezifische Parametrisierung eines als Modell vorhandenen Prozesses) erfolgt dabei über einen definierten Eintrittspunkt in eine Fertigungslinie – beispielsweise über das Auslesen eines RFID-Tags. Die auf Basis eines passenden Prozessmodells erzeugte Prozessinstanz begleitet jedes Produkt über seinen Lebenszyklus hinweg durch die Zellen der Fertigungslinie. Diese Eigenschaft erlaubt später eine einfache Nachvollziehbarkeit der Produktionshistorie eines einzelnen Produkts innerhalb der wandlungsfähigen Produktionsumgebung. Die Unterstützung parallel aktiver Prozessinstanzen durch die Koordinationsarchitektur erlaubt zudem die zeitgleiche Fertigung verschiedener Produkte in einer Fertigungslinie. Durch die spezifischen Prozessinstanzen können in einer physisch konfigurierten Anlage alle hardwareseitig möglichen Varianten von Produkten gefertigt und somit eine Art „One-Piece Flow“ erreicht werden. Die realisierte Koordinationsarchitektur bietet eine offene und herstellerunabhängige Integrationsplattform, die über die BPMN2-basierten Prozessmodelle eine explizite Verzahnung aller relevanten Ebenen innerhalb des Produktionsprozesses über IP-basierte Standardprotokolle erlaubt. Aufgrund der zunehmenden Verbreitung von BPMN2 in der Unternehmens-IT verspricht das vorgestellte Konzept eine nahtlose Abbildung der Produktionslogik in die ERP- Ebene in Ergänzung zu den Möglichkeiten etablierter Standards wie OPC-UA. Inkrementelle Optimierung Perspektivisch soll ein in BPMN beschriebener Produktionsprozess durch den individuellen Kundenwunsch bereits auf der ERP-Ebene angelegt und sukzessive vervollständigt werden. Sollten beispielsweise Informationen zur Ausführung auf der Maschinenebene fehlen, kann ein Experte für den Produktionsprozess diese direkt an der Maschine über eine benutzerfreundliche Schnittstelle dem Prozessmodell hinzufügen. Inkrementelle Optimierung Um Fehlerrisiken, die auf die erhöhte technische Komplexität durch die konsequente Modularisierung zurückgehen, beherrschbar zu machen, werden die Mitarbeiter im Konfigurations- und im Produktionsmodus durch Assistenzfunktionen unterstützt. Damit können Fehlerzustände im Betrieb interaktiv beschrieben und mit Produktionsdaten sowie aktiven Prozessschritten in den Prozessmodellen assoziiert werden. Diese Daten werden in der folgenden Projektphase die Anwendung maschineller Lernverfahren zur Parameter- und Prozessoptimierung oder das Trainieren von Klassifikationsalgorithmen für das Condition Monitoring erlauben. Auf dieser Basis können wiederum Prozessmodelle automatisch verbessert und die Bediener in der Interaktion mit der Maschine unterstützt werden. Mitarbeiter können auf diese Weise frühzeitig in die flexibilisierten Produktionsformen eingebunden werden und sie zudem aktiv mit gestalten. FlexiMon ist ein gemeinschaftliches Forschungsprojekt der Harting Technologiegruppe und des CoR-Lab (Research Institute for Cognition and Robotics) der Universität Bielefeld. Es wird vom Bundesministeriums für Forschung und Technologie im Rahmen des Spitzenclusters it’s OWL gefördert und vom Projektträger Karlsruhe PTKA betreut. ge Dr.-Ing. Volker Franke, Geschäftsführer Harting Applied Technologies GmbH Dr.-Ing. Sebastian Wrede, Leiter Cognitive Systems Engineering, CoR-Lab & CITEC, Universität Bielefeld 60 develop 3 systems engineering 01 2015
AUS DEM ANWENDUNGEN Starker Anwenderfokus bei dritter Veranstaltung MES im Fokus Treiber der vertikalen Integration Anfang Februar 2015 fand die dritte Veranstaltung ‚MES im Fokus‘ des MES D.A.CH Verbands bei Gastgeber Beckhoff im ostwestfälischen Verl nahe Gütersloh statt. Mehr als 80 Teilnehmer informierten sich über neuste Entwicklungen und erfolgreiche Applikationen im Bereich der Manufacturing Execution Systems (MES) – und ihre Bedeutung für die Industrie 4.0. Kontakt INFO MES D.A.CH Verband e.V. Geschäftsstelle Ilsfeld-Auenstein Tel. +49 7062/6760213 info@mes-dach.de www.mes-dach.de Bild: MES D.A.CH Für Gastgeber Beckhoff stellte Dr. Ursula Frank, verantwortlich für Lehre und Forschung, die Möglichkeiten PC-basierter Steuerungstechnik für Industrie 4.0 vor Manufacturing Execution Systems (MES) verbinden die Automatisierungs- mit der Unternehmensleitebene und sind damit ein wesentlicher Treiber der durchgängigen vertikalen Integration – letztlich ein entscheidendes Element für Industrie 4.0 (siehe auch Beitrag S. 62f). Dementsprechend stand die Erhöhung der Produktionseffizienz durch MES auf der Agenda der dritten Veranstaltung ‚MES im Fokus‘ des MES D.A.CH Verbands, zu der mehr als 80 Teilnehmer kamen, weit überwiegend aus führenden deutschen Produktionsunternehmen. Die Veranstaltung war damit ausgebucht. In ihrem Begrüßungsvortrag stellte Dr. Ursula Frank, bei Beckhoff Automation als gastgebendem Unternehmen verantwortlich für Lehre und Forschung, die Möglichkeiten der PC-basierten Steuerungstechnik (PC-Control) für Industrie 4.0 vor, bevor Angelo Bindi als zweiter Vorstand des MES D.A.CH Verbands die Bedeutung von Wissen in einer modernen Fertigung hervorhob. Wie sich eine effiziente Serienproduktion an einem Hochlohnstandort sicherstellen lässt, war Thema des Referats von Hermann Landershammer, Geschäftsführer der APF Produktionsdienstleistungs GmbH und Alexander Meisinger, Leiter Vertrieb und Marketing Software bei Stiwa Automation. Unmittelbar aus der Praxis berichtete Andreas Bauer, Leiter Produktion bei Haver & Boecker, wobei der Fokus auf integrativen Informationssystemen und einer modernen Auftragssteuerung anhand des MES von Industrie Informatik lag. Karl Schneebauer und Jürgen Petzel von MPDV stellten dann das MES Hydra mit seinen einzelnen Modulen vor und zeigten Möglichkeiten für den Einsatz im Rahmen des Energiemanagements auf. Ein besonderes Highlight des ersten Tages war der Vortrag von Dr. Harald Hoff, Ge- schäftsführer von HIR Hoff Industrie Rationalisierung, über den ‚überlebensnotwendigen‘ Einsatz von MES. Hoff gab wertvolle Tipps für die Auswahl der richtigen MES-Lösung. Chancen der digitalen Fertigung Zu Beginn des zweiten Tages erläuterte Josef Haimerl von DE software & control in seinem Vortrag ‚Der Weg in die digitale Fertigung‘, von welchen MES-Innovationen und -Konzepten Unternehmen ab sofort profitieren können. Ein weiterer Höhepunkt war der lebendige Vortrag von Harm Hübert, Leiter MES bei Phoenix Contact, über die MES-Einführung in seinem Unternehmen. Sehr anschaulich wurde der Nutzen der MES-Lösung demonstriert. Die Architektur eines modernen MES zeigte Simone Cronjäger auf, Vorstand von Guardus Solutions. Sie referierte über individuelle Prozesse auf einer releasefähigen Standardlösung. MES als Treiber für den kontinuierlichen Verbesserungsprozess war das Thema von Frank Egersdörfer, CEO von Cosmino. Sascha Heinzemann, Sales Director bei Syncos, stellte MES im Kontext von Lean Production vor. Ein weiterer Praxisbeitrag stammte von Erich Übelmesser, verantwortlich für Solution Design – SAP Manufacturing bei der IGZ logistics + IT. Er thematisierte das Zusammenspiel von SAP ME und SAP EWM in der Reifenaufbereitungsproduktion im ContiLifeCycle-Werk Stöcken. Die neusten Entwicklungen rund um das industrielle Kommunikationsprotokoll OPC UA stellte Stefan Hoppe, Global Vice President der OPC Foundation, vor. Eindrucksvoll demonstrierte er, wie sich OPC UA zum weltweiten Internet-of-Things-Standard entwickelt. Die Veranstaltung hat sich gemäß dem Motto ‚Die MES-Welt trifft sich bei MES im Fokus‘ als Plattform für den Austausch bewährt. Die nächste Veranstaltung ist für Anfang 2016 geplant. co Der Autor: Ronald Heinze ist dritter Vorstand des MES D.A.CH Verband e.V. develop3 systems engineering 01 2015 61
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