Technologien für flexible Prozessgestaltung gefragt
Manufacturing Execution-Systeme dienen dazu, Überblick und Effizienz in der Produktion zu steigern. Doch mit der Entwicklung hin zur Smart Factory stellt sich die Frage, welche Rolle die Produktionsmanagament-Systeme in den wandlungsfähigen Fabriken der Zukunft spielen.
Manufacturing Execution-Systeme (MES) genießen in Fertigungsunternehmen immer häufiger den Status eines strategischen Systems - neben der überlagerten Enterprise Ressource Planing-Software (ERP). Die produktionsnahe IT steht allerdings nicht in Konkurrenz zur ERP-Ebene, sondern ergänzt die dort angesiedelte langfristige Planung durch einen echtzeitfähigen Blick und die Steuerungsmöglichkeiten der Produktion. Die Zielsetzung einer MES-Lösung ist dabei je nach Unternehmen breit gefächert und reicht von der Aufgabenstellung 'Nutzgrade erhöhen und Energiekosten senken' über 'Qualität und lückenlose Dokumentation sichern' bis hin zur Erhebung belastbarer produktionsnaher Kennzahlen (KPI) für das Controlling. Die Aufgaben eines MES orientieren sich dabei an der VDI-Richtlinie 5600 und decken im Idealfall im Rahmen der Fertigungssteuerung auch die Bereiche Personal und Qualität ab.
Herausforderungen beim Systemeinsatz
Zwar bringt der Einsatz einer bewährten Standardsoftware viele Vorteile mit sich, jedoch kommt in Zeiten individueller Kundenanforderungen kaum mehr ein Unternehmen um die Abbildung spezieller Abläufe herum. Eine zentrale Frage hierbei ist, wie flexibel eine MES-Lösung ist. Beispielsweise kann der für bestimmte Anwender erforderliche, spezifische Umgang mit Materialchargen bereits dazu führen, dass Anpassungen der Software nötig werden. Außerdem müssen ME-Systeme in der Lage sein, sowohl auf kurz- als auch auf langfristige Veränderungen zu reagieren. Eine systemseitige Programmierung ist allerdings für den Anwenderbetrieb mit Kosten und Aufwand verbunden. Vor diesem Hintergrund bietet MPDV in seinem System Hydra unter dem Oberbegriff 'Customizing' verschiedene Anpassungsmöglichkeiten über Scripting, Konfiguration, durch den Anwender nutzbare Entwicklungstools, Benutzerdatenfelder und personalisierte Einstellungen. Im Fokus der Entwicklung stand, verschiedene Anpassungen auch ohne Eingriff des Systemherstellers vornehmen zu können. Insbesondere mit Blick auf Industrie 4.0 steht zu erwarten, dass Customizing und einfache Konfigurierbarkeit an Bedeutung zunehmen, um immer flexiblere Fertigungskonzepte abbilden zu können. Eine wechselnde Anordnung und Konfiguration von Maschinen und Anlagen kann nur in einem System abgebildet werden, welche diese Veränderungen softwareseitig ohne großen Programmier-Aufwand unterstützt.
Steigende Heterogenität im Maschinenpark
Zusätzlich zur Variabilität innerhalb des Maschinenparks wird auch die Vielfalt der Maschinen an sich zunehmen: Bereits heute steht die produktionsnahe IT vor der Herausforderung, mit Maschinen auf unterschiedliche Art zu kommunizieren, um Daten für die Planung im Leitstand beziehungsweise für Auswertungen abzugreifen. Je nach Maschinengattung ist auch die Übertragung von Einstelldaten oder NC-Programmen von Bedeutung. Selbst in Branchen, welche mit einem vergleichsweise homogenen Maschinenpark arbeiten, darunter Kunststofffertigung oder Metallverarbeitung, kommen moderne Fertigungsunternehmen nicht mehr mit Maschinen eines Typs beziehungsweise eines Herstellers aus: Unter anderem kommen zur Verkettung einzelner Fertigungsschritte immer mehr automatische Transportmechanismen und Roboter zum Einsatz, die mit dem Maschinenpark synchronisiert werden müssen. Zudem bieten viele Maschinen deutlich mehr Daten an, als ein MES zur sinnvollen Auswertung benötigt. Hier gilt es frühzeitig abzuschätzen, welche Informationen genutzt werden sollen. Praxiserfahrungen zeigen, dass die Handhabung von Maschinenschnittstellen von einer Standardisierung profitiert und daher in der Regel Individuallösungen vorzuziehen sind. Auch unter Industrie 4.0-Gesichtspunkten ist die Standardisierung von Maschinenschnittstellen wichtig: Schließlich sollen in Zukunft Maschinen, Werkzeuge und sogar Werkstücke vernetzt werden und dezentral miteinander kommunizieren. Hierfür stellen eine gemeinsame 'Sprache' und eine einheitliche Datendrehscheibe zentrale Faktoren dar.
Schnittstellenbibliothek für die Geräte-Integration
Das MES des Mosbacher Softwarehauses kommuniziert mit Maschinen und Anlagen genauso wie mit Messmitteln, Waagen und sonstigen Erfassungshilfsmitteln über eine Bibliothek standardisierter Schnittstellen, deren Datenübertragung der 'Process Communication Controller' (PCC) verwaltet. Je nach Bedarf und Konfiguration greift das System Daten an der Maschine ab und überträgt diese in die zentrale Produktionsdatenbank. Daraus werden Informationen für die Weiterverarbeitung in den einzelnen Softwaremodulen abgerufen; in dem Kommunikationsbaustein stehen neben einfachen Datei-Interfaces und seriellen Schnittstellen auch komplexe Datenprotokolle für bestimmte Branchen - beispielsweise Euromap 63 für Kunststoffspritzguss oder den Weihenstephaner Standard für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie - zur Verfügung. Zudem verfügt das System über einen OPC-Client. Für die weitere Standardisierung der Anlagenintegration hat das Unternehmen in Zusammenarbeit mit dem MES DACH-Verband die Maschinenanbindung 'Universal Machine Connectivity for MES' (UMCM) initiiert. Hierbei handelt es sich um eine kompakte Schnittstelle, welche neben einer Transportschicht auf Basis von Standards wie OPC auch die Anwendungsschicht umfasst: Standardisierte Datentelegramme übergeben Maschinenstatus, Mengen, Zählerstände und Prozessdaten sowie Zeitstempel an das MES.
Produktionsmanagement wird mobil
Je flexibler Fertigungsprozesse und je großflächiger Produktionsanlagen werden, umso wichtiger wird auch die Mobilität der Mitarbeiter. So gewinnen sowohl Werker als auch Meister und Manager aller Ebenen an Flexibilität, wenn sie nicht mehr auf ortsgebundene PCs oder Erfassungsterminals angewiesen sind, um mit Produktionsmanagement-Systemen zu interagieren. Auch das zunehmende App-Angebote auf dem Markt zeigt, dass mobile MES-Lösungen keine Zukunftsmusik mehr sind. Für diesen Anwendungsbereich bietet sich die Nutzung von gängigen Mobile-Devices wie beispielsweise Smartphones und Tablet-PCs an. Wichtig ist hierbei, dass für den Einsatz der mobilen Geräte keine zusätzlichen Schnittstellen benötigt werden, welche für den Anwender wiederum erhöhten Pflegeaufwand bedeuten würden. Die Smart MES Applications (SMA) des Systemanbieters dienen vor diesem Hintergrund dazu, 'Smart Devices' für Datenerfassung und -auswertung zu nutzen. Die Lösung greift dabei auf die gleichen Mechanismen wie die ortsgebundenen Clients im Büro beziehungsweise im Shopfloor zu. Um die Darstellung der Dialoge und Auswertungen sowohl an die Fähigkeiten des Endgeräts als auch die Bedürfnisse der Anwender anzupassen, kommt ein eigenes Framework zum Einsatz. Auf diese Weise lassen sich die Daten in Bezug zu den Benutzerberechtigungen und der zur Verfügung stehenden Bildschirmauflösung anzeigen. Damit hat der mobile Anwender die passenden Daten in der richtigen Form zur Hand, um alltägliche Aufgaben in der Fertigung 'smarter' zu erledigen.
Zukünftigen Entwicklungen angemessen begegnen
Insgesamt ist der Weg zur umfassenden, praxisgerechten Nutzung von Industrie 4.0-Ansätzen, die von der Etablierung autonomer 'Cyber-Physical Systems' (CPS) über die Synchronisation von Automatisierung, Produktion und Engineering bis zur übergreifenden Steuerung verknüpfter Lieferketten und dem Erschließen neuer Tätigkeitsfelder für die Mitarbeiter in der Produktion reichen, noch weit. Dennoch sollten Fertigungsunternehmen zukünftige Entwicklungen im Blick haben. Einen ersten Schritt kann die Integration und der Ausbau einer MES-Lösung nach VDI 5600 darstellen. Da aber auch die beste Software kein 'Allheilmittel' ist, bietet es sich an, im Zuge einer MES-Implementierung auch die Shopfloor-Prozesse an sich zu analysieren, und im Sinne von Lean Manufacturing zu gestalten. Der Weg zur perfekten Produktion sollte aber dennoch mit Bedacht beschritten werden.
Steigende Heterogenität im Maschinenpark
Zusätzlich zur Variabilität innerhalb des Maschinenparks wird auch die Vielfalt der Maschinen an sich zunehmen: Bereits heute steht die produktionsnahe IT vor der Herausforderung, mit Maschinen auf unterschiedliche Art zu kommunizieren, um Daten für die Planung im Leitstand beziehungsweise für Auswertungen abzugreifen. Je nach Maschinengattung ist auch die Übertragung von Einstelldaten oder NC-Programmen von Bedeutung. Selbst in Branchen, welche mit einem vergleichsweise homogenen Maschinenpark arbeiten, darunter Kunststofffertigung oder Metallverarbeitung, kommen moderne Fertigungsunternehmen nicht mehr mit Maschinen eines Typs beziehungsweise eines Herstellers aus: Unter anderem kommen zur Verkettung einzelner Fertigungsschritte immer mehr automatische Transportmechanismen und Roboter zum Einsatz, die mit dem Maschinenpark synchronisiert werden müssen. Zudem bieten viele Maschinen deutlich mehr Daten an, als ein MES zur sinnvollen Auswertung benötigt. Hier gilt es frühzeitig abzuschätzen, welche Informationen genutzt werden sollen. Praxiserfahrungen zeigen, dass die Handhabung von Maschinenschnittstellen von einer Standardisierung profitiert und daher in der Regel Individuallösungen vorzuziehen sind. Auch unter Industrie 4.0-Gesichtspunkten ist die Standardisierung von Maschinenschnittstellen wichtig: Schließlich sollen in Zukunft Maschinen, Werkzeuge und sogar Werkstücke vernetzt werden und dezentral miteinander kommunizieren. Hierfür stellen eine gemeinsame 'Sprache' und eine einheitliche Datendrehscheibe zentrale Faktoren dar.
MPDV Mikrolab GmbH
Dieser Artikel erschien in IT&PRODUCTION Mai 2014 - 07.05.14.Für weitere Artikel besuchen Sie www.it-production.com
