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Produktionsmanagement

Integrative Plattform für die Smart Factory

| Autor/ Redakteur: Jürgen Kletti / Reinhold Schäfer

In Zeiten der fortschreitenden Digitalisierung kristallisiert sich eine ernste Alternative zu Manufacturing-Execution-Systemen (MES) heraus, denn immer mehr Unternehmen benötigen und fordern mehr Flexibilität für ihre Fertigungs-IT. Die Manufacturing Integration Platform (MIP) vereint Standardisierung und Individualisierung und gilt als Vertreter der vierten Generation von Fertigungs-IT.

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Bild 1: Eine nach Industrie-4.0-Gesichtspunkten arbeitende Fertigung benötigt auch ein leistungsfähiges Produktionsmanagement.
Bild 1: Eine nach Industrie-4.0-Gesichtspunkten arbeitende Fertigung benötigt auch ein leistungsfähiges Produktionsmanagement.
(Bild: Fotolia/Nataliya Hora )

Parallel zur vierten industriellen Revolution (Industrie 4.0) kündigt sich auch die vierte Generation von Software für die Fertigungs-IT an (Bild 1). Dabei rückt neben der Anwendungssicht auf fertigungsnahe IT-Systeme auch deren struktureller Aufbau immer mehr in den Fokus. Daher ist die Forderung nach einem offenen Plattformansatz als IT-Basis für den Shopfloor der Smart Factory mehr als berechtigt.

Auf dem Weg zu mehr Flexibilität für die Fertigungs-IT

Zurückblickend lassen sich bis heute vier Generationen der Fertigungs-IT identifizieren (Bild 2):

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  • Insellösungen für BDE, MDE oder CAQ,
  • modulare MES gemäß VDI-Richtlinie 5600,
  • Fertigungsmanagementsysteme und monolithische MES-Systeme und
  • plattformbasierte Lösungen aus Services und Apps.

Systeme der ersten Generation waren in der Regel spezialisierte Insellösungen, zum Beispiel für die Maschinendatenerfassung, die Qualitätssicherung oder die Fertigungssteuerung. Monolithische IT-Systeme in der zweiten Generation fassten oftmals mehrere dieser Insellösungen zu sogenannten Fertigungsmanagementsystemen zusammen, die in der Folge als Manufacturing-Execution-Systeme (MES) bezeichnet wurden.

Erst durch die VDI-Richtlinie 5600 und die darin definierten MES-Aufgaben entstanden modulare MES in der dritten Generation, wie beispielsweise Hydra von MPDV. Noch heute meistern weltweit viele Unternehmen damit ihren Fertigungsalltag erfolgreich und umfassend.

Wachsender Individualisierungsbedarf

Nicht erst mit Industrie 4.0 ist deutlich geworden, dass die Fertigungs-IT – genau wie viele andere IT-Systeme – vor einem Dilemma steht: Einerseits machen immer komplexere Prozesse eine individuelle Programmierung unabdingbar, andererseits braucht es Standards, um diese Komplexität beherrschbar und zukunftsfähig zu machen. Letztendlich wäre eine standardisierte Individualsoftware die ideale Lösung. Die aktuell an vielen Stellen propagierte Plattformarchitektur weist ähnlich nützliche Eigenschaften auf und führt die Fertigungsindustrie nicht nur aus dem Dilemma heraus, sondern auch zur Fertigungs-IT der vierten Generation.

Horizontale Integration wird eine systemimmanente Eigenschaft

Ein wesentliches Merkmal für den Erfolg von Plattformen ist die Trennung von standardisierten, konfigurierbaren Basisdiensten und individuellen Anwendungen. Heutzutage spricht man dabei von Services und Apps. Die Services sorgen dafür, dass Entwickler das Rad in Form von geeigneten Datenstrukturen und aufwendig zu programmierenden Hintergrundfunktionen nicht jedes Mal neu erfinden müssen. Gleichzeitig stellt die Plattform sicher, dass Apps unterschiedlicher Hersteller interoperabel lauffähig sind. Die bis heute dafür oftmals aufwendig implementierte horizontale Integration wird somit eine systemimmanente Eigenschaft und gewinnt im Umfeld von Plattformen weiter an Bedeutung.

Plattform ja, aber die richtige!

Auch wenn die Zahl innovativer Plattformen zunimmt, so eignen sich nur wenige davon als Basis für die moderne Fertigungs-IT. Einerseits gibt es die sogenannten IoT-Plattformen, die sich auf die Speicherung und Verteilung von erfassten Daten fokussieren, andererseits reine Technologieplattformen, die quasi als Betriebssystem für Anwendungen unterschiedlicher Anbieter dienen. Beide Arten von Plattformen haben ihre Daseinsberechtigung. Fertigungsunternehmen benötigen jedoch eine Lösung, die sowohl die Nutzung verschiedenster Apps ermöglicht als auch die Produktion komplett digital abbildet (digitaler Zwilling). IoT-Plattformen könnten in diesem Kontext als Datenlieferanten dienen.

Zur Hannover Messe 2018 stellt beispielsweise MPDV eine solche Plattform vor: die Manufacturing Integration Platform (MIP) (Bild 3). Der Kern, der auch als Virtual Production Reality (ViPR) bezeichnet wird, bildet den Lebensraum für den digitalen Zwilling der Produktion. Dort werden sämtliche Daten nicht nur gespeichert und vorgehalten – vielmehr bildet die Gesamtheit der Daten das digitale Abbild. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem semantischen Informationsmodell, das auf langjähriger Erfahrung im Fertigungsumfeld basiert.

Außerdem realisieren integrierte Services die Kommunikation mit dem Shopfloor und anderen IT-Systemen (ERP). Auch dort profitieren zukünftige Anwender vom Know-how aus weltweit mehr als 1000 MES-Installationen. Mittels Entwicklungsplattform (SDK) können beliebige eigene Anwendungen implementiert und Services bedarfsgerecht adaptiert oder erweitert werden. Dazu beinhaltet das SDK außer umfangreichen Bibliotheken und Tutorials auch beispielhafte Anwendungen, sogenannte Manufacturing Apps (mApps). Insbesondere Entwickler sparen durch die Nutzung der MIP als Basis viel Zeit und Programmieraufwand, weil alle wichtigen Datenstrukturen und Grundfunktionen schon enthalten sind. Ab Mitte des Jahres soll die MIP ausgeliefert werden. Gespräche mit ersten Pilotanwendern sowie Entwicklungspartnern laufen bereits.

Beispielhafte Einsatzszenarien

Aufgrund der gesteigerten Flexibilität von Plattformen wie der MIP können Fertigungsunternehmen künftig von unterschiedlichen Einsatzszenarien profitieren. Grundsätzlich lassen sich damit Funktionen eines heutigen MES realisieren – es geht aber auch deutlich mehr. Hier ein paar ausgewählte Beispiele:

1. Implementierung von Lösungen mit eigenen IT-Ressourcen:

Die Anforderungen an die Fertigungs-IT von Unternehmen A, eines Herstellers von Elektronikkomponenten, lassen sich aufgrund komplexer Kundenanforderungen nicht mehr mit einem herkömmlichen MES-System umsetzen. Insbesondere die umfangreiche Dokumentationspflicht sowie das Tracking von Reparaturen im Laufe der Produktnutzung erfordern einen Zugriff unterschiedlichster Anwendungen auf Daten, die während der Produktion entstehen.

Um die Komplexität zu meistern, führt Unternehmen A die MIP ein und nutzt entsprechende mitgelieferte Services zur Anbindung des ERP-Systems und der zahlreichen Produktionsmaschinen. Die mApps zur manuellen Eingabe von Daten entwickelt Unternehmen A selbst und nutzt dafür das MIP Software Development Kit, in dem unter anderem auch die Datenstruktur der MIP offengelegt ist. Damit die während der Produktion erfassten Daten auch nach der Auslieferung der Artikel zur Verfügung stehen, entwickelt Unternehmen A eine mApp zur Synchronisation der Daten mit dem aktuell im Service genutzten IT-System. Mittelfristig ist geplant, das komplette Service-Tool als mApp zu realisieren, um die Datenhaltung zu vereinheitlichen.

Fazit: Unternehmen A schafft mit der MIP die Integration bestehender IT-Systeme aus Produktion und Service. Durch die Migration des Servicesystems auf die MIP entstehen weitere Synergieeffekte, sodass Ressourcen frei werden, die anderweitig eingesetzt werden können.

2. Zusammenstellung von Lösungen durch Systemintegrator mit Branchenfokus:

Unternehmen B ist Maschinenbauer und betreibt dafür eine eigene Metallgießerei. Die Anforderungen der klassischen Fertigung (zum Beispiel der Montage) lassen sich zwar mit einem herkömmlichen MES abbilden, allerdings ist die Integration der Prozesse in der Gießerei komplex, weil die Kunden von Unternehmen B Teile der Maschinen in jeweils individuellen Legierungen benötigen. Deshalb wurde die Gießerei bisher mit einem selbst entwickelten IT-System betrieben.

Auf der Suche nach einer passenden Komplettlösung stößt Unternehmen B auf den Systemintegrator S, der einen Fokus auf die Metallverarbeitung hat. Der Umgang mit kundenspezifischen Legierungen ist für den Systemintegrator keine Besonderheit. Allerdings hat S leider keine MES-Funktionen für Montageprozesse im Portfolio. Mit der MIP kann der Systemintegrator die eigene Lösung für individuelle Gießprozesse mit auf dem Markt verfügbaren mApps für Montageprozesse kombinieren und Unternehmen B eine umfassende Lösung anbieten, die einerseits auf Standardkomponenten basiert, andererseits exakt die individuellen Anforderungen von Unternehmen B abdeckt (Bild 4). Somit bekommt Unternehmen B eine zukunftsfähige Komplettlösung, die deutlich einfacher zu warten ist als die Kombination aus MES und Insellösung für die Gießerei. Gleichzeitig ist das System offen für weitere mApps, beispielsweise zur Abbildung von CAQ-Prozessen (Bild 5).

3. Schneller produktiv durch mApps vom Maschinenhersteller:

Unternehmen C nutzt die MIP bereits umfassend und in vielen Fertigungsbereichen. Nun sollen neue Spritzgießmaschinen vom Hersteller M angeschafft werden. Bisher musste Unternehmen C Maschinen vom Hersteller M eigenständig an die Fertigungs-IT anbinden, um wichtige Daten erfassen zu können.

Auf Basis der MIP kann Hersteller M nun eigene mApps zur Erfassung und Visualisierung der Maschinendaten beziehungsweise zur automatisierten Übertragung von Einstelldaten anbieten. Diese mApps spielt der Kunde auf seine MIP ein und kann sofort mit den neuen Maschinen kommunizieren. Dadurch kann Unternehmen C die eigenen IT-Ressourcen schonen und gleichzeitig den Produktivbetrieb neuer Maschinen schneller sicherstelle. (Bild 6).

Ausblick

In vielen Fällen wird also zukünftig eine Kombination aus standardisierter Basis und individueller Ausgestaltung zum Ziel führen – sozusagen eine standardisierte Individualsoftware. Dafür wird sich der Markt der Fertigungs-IT sukzessive weiterentwickeln. Auch wenn viele Unternehmen mittelfristig noch mit einem klassischen MES auskommen, so ist der Bedarf für die vierte Generation der Fertigungs-IT bereits deutlich erkennbar.

Fertigungsunternehmen haben somit künftig die Wahl, ob sie ein fertiges, markterprobtes MES – also Fertigungs-IT 3.0 – nutzen wollen oder eine Plattform wie die Manufacturing Integration Platform als Vertreter der vierten Generation. Ausschlaggebend sind dabei die eigenen Anforderungen, das eigene IT-Know-how und die damit verbundene Industrie-4.0-Strategie. MM

* Prof. Dr.-Ing. Jürgen Kletti ist geschäftsführender Gesellschafter der MPDV Mikrolab GmbH in 74821 Mosbach

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