Industrie 4.0: Der direkte Draht in den Webshop

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Welche Artikelnummer hat der Stecker? Welche haben die Einsätze? Wo kann man Ersatzteile bestellen? Bei einem Defekt im laufenden Betrieb sind das heute noch häufig gestellte Fragen – dabei gäbe es bereits direktere Lösungen. Integrierte RFID-Tags beispielsweise, die jede Komponente eindeutig identifizieren.Von Olaf Wilmsmeier und Dr. Jan Regtmeier

Welche Artikelnummer hat der Stecker? Welche haben die Einsätze? Wo kann man Ersatzteile bestellen? Bei einem Defekt im laufenden Betrieb sind das heute noch häufig gestellte Fragen – dabei gäbe es bereits direktere Lösungen. Integrierte RFID-Tags beispielsweise, die jede Komponente eindeutig identifizieren. Von Olaf Wilmsmeier und Dr. Jan Regtmeier

RFID-Steckverbinder.

Die Maschine steht, nichts geht mehr: Ein Gabelstapler hat beim Verladen einer Gitterbox einen Steckverbinder beschädigt – kleiner Unfall, große Wirkung. Nun laufen in der Regel Mitarbeitende panisch los und durchsuchen Aktenordner in der Hoffnung, dort in der Dokumentation herauszufinden, um welchen Steckverbinder mit welchen Einsätzen es sich genau handelt. Und dies in einem Zeitalter, in dem mehr und mehr Produktionsunternehmen – ob Kleinunternehmen, Mittelständler oder Großkonzern – aktiv Industrie 4.0 vorantreiben.
Das Szenario nun in der Industrie-4.0-Version: Der Gabelstapler beschädigt den Steckverbinder, die Maschine steht. Der Servicetechniker kommt mit seinem mobilen Handheld und liest den RFID-Transponder am Steckverbinder aus. Seine App fragt beim SAP-System an, um welche Komponente es sich genau handelt und erfährt die Artikelnummer inklusive der verbauten Einsätze.
Mit dieser Information erfolgt der Absprung ins E-Business-Portal, in dem direkt Zeichnungen und Datenblätter zur Verfügung stehen. Nach kurzer Überprüfung können aus der App heraus im E-Business die passenden Ersatzteile bestellt werden.
Was wie Fiktion klingt, lässt sich dank Industrie 4.0 und der engen Vernetzung von realer Welt und den verschiedenen IT-Systemen heute umsetzen.

Die Brücken zur IT

Steckverbinder und Kabelkonfektionen können mit UHF-RFID-Transpondern ausgerüstet werden, um Informationen und Daten der realen Komponenten mit der virtuellen Welt zu verknüpfen. Damit erhält der Steckverbinder eine eindeutige Identität und ein Gedächtnis. Mit einer eindeutigen Nummer kann der Kunde im ERP-System erfragen, um welche Komponente es sich genau handelt.
Mobile Geräte setzen sich zunehmend im Feld durch, egal ob industrietaugliches Smartphone, klassischer Handheld oder Tablet. Moderne Softwareentwicklungstools ermöglichen zudem die Erstellung von Apps, die dank aktueller Technologien wie HTML5 und CSS3 unabhängig vom Betriebssystem des jeweiligen Gerätes arbeiten. Das mobile Endgerät sendet die Information des per RFID-identifizierten Steckverbinders über WLAN an das SAP-System. SAP liefert die hinterlegten Informationen zurück und es erfolgt der Absprung ins E-Business.
Solche Systeme und Technologien sind heute in vielen Firmen zu finden: WLAN, ERP und E-Business. Das Potenzial der Systeme wird aber nur unzureichend genutzt.

RFID-Steckverbinder.

 

Vernetzung hat Potenzial

Durch ein wenig mehr Vernetzung und Integration lassen sich große Mehrwerte und Kostensenkungspotenziale heben. Dies führt zu einer signifikanten Senkung des Zeitaufwands und verhindert kostspielige Irrtümer, beispielsweise, dass falsche Ersatzteile bei Revisionsarbeiten bestellt werden.
Damit ein solches Konzept im Feld zuverlässig funktioniert, bedarf es im Hintergrund allerdings einer detaillierten Datenbasis. Sie beinhaltet neben der Konfiguration des Steckerverbinders auch die Möglichkeit des ortsunabhängigen Zugriffs. Detaildaten von identifizierbaren Objekten werden Anwendern deshalb via Internet zur Verfügung gestellt.
Die Herausforderung liegt häufig in der Kommunikation zwischen der sogenannten Feldebene und den IT-System. Hier bietet sich oft das M2M-Protokoll OPC-UA an. Es ist plattformunabhängig, herstellerunabhängig, schnell und bietet Sicherheit. Bereits zur Hannover Messe 2015 wurde hierzu ein neuer Kommunikationsstandard für Auto-ID-Geräte auf Basis von OPC-UA vorgestellt. Viele Industrieunternehmen – inklusive Siemens und Harting – haben im Rahmen einer vom AIM-Verband geleiteten Arbeitsgruppe intensiv an der sogenannten „companion specification“ gearbeitet und entwickeln diese auch kontinuierlich weiter. Dieser neue Standard definiert unter anderem, wie die bereits durch die GS1 standardisierten EPCs (Electronic Product Code) per RFID und OPC-UA abgefragt werden können. Damit wird ein Hauptkritikpunkt an Industrie 4.0 entkräftet: ein Mangel an Standardisierung.

Angebunden per OPC-UA

Per OPC-UA kann ein Handheld beispielsweise direkt mit dem SAP-Modul „Plant Connecti­vity“ (PCo) kommunizieren. Eine andere Option ist die Nutzung der „SAP AutoID Infrastructure“ (AII). Damit der Teil des Prozesses, der außerhalb von SAP stattfindet, leicht erstellbar, bequem anpassbar und auch in Zukunft verständlich ist, empfiehlt sich dessen Beschreibung in BPMN (Business Process Model and Notation). Dabei handelt es sich um ein Werkzeug zur visuellen Modellierung von Prozessen. Das Model kann anschließend „übersetzt“ werden und dient als schneller Einstieg in die Erstellung der mobilen App.
Harting hat mit den eigenen E-Business-­Lösungen bereits Erfahrungen gesammelt und stellt das Wissen Nutzern und Anwendern seiner Komponenten (zum Beispiel Steckverbinder) zur Verfügung. Das entwickelte Konzept ermöglicht den zuverlässigen und schnellen Zugriff auf Detaildaten von Produkten oder Maschinen und lässt sich für weiterreichende Geschäfts- und Produktionsprozesse nutzen.
RFID erlaubt auch weitere Innovationen in Sachen objektspezifische Datenerfassung und -speicherung: RFID-Tags können Objekte nicht nur eindeutig kennzeichnen, der Anwender kann den Transponder auch mit zusätzlichen Informationen beschreiben, die sich bei Bedarf auslesen oder aktualisieren lassen.
Beispielsweise könnten Sensortransponder Temperaturwerte direkt am Objekt erfassen und im Transponder hinterlegen und damit könnte beispielsweise ein fehlerhafter Gebrauch von Maschinen aufgedeckt werden. Das bedeutet ein weiteres Plus an Sicherheit und Verfügbarkeit.
RFID ist die einzige industrietaugliche Technologie, die Informationen direkt am Produkt mitführen und im Laufe des Produktionsprozesses ändern kann. Interpretiert man die Einheit physikalisches Produkt + RFID-Transponder als „Cyber Physical System“ ist man bereits im Herzen der Integrated Industry angekommen. (jbi)

Autoren: Olaf Wilmsmeier ist Produktmanager bei Harting IT Software Development in Espelkamp. Dr. Jan Regtmeier ist Teamleiter Produktmanagement bei Harting IT Software Development in Espelkamp.

 

Zusatzinfo:

EPC – der EAN für RFID

Analog zum EAN für Barcodes gibt es für RFID den EPC (Electronic Product Code), um Eindeutigkeit auch für RFID sicherzustellen. Im Rahmen des EPC sind Produkte auch kategorisierbar, zum Beispiel als verkaufbares Gut (SGTIN: Serialized Global Trade Item) oder als Palette (GRAI: Global Returnable Asset Identifier).

OPC Unified Architecture (UA)

Derzeit dominieren proprietäre Protokolle und spezifische Treiber die Automatisierungswelt. Dies erschwert die Integration von Komponenten und erhöht dadurch die Kosten. OPC-UA soll dieses Manko beheben und ohne Treiberprobleme die Kommunikation zwischen Geräten, Controllern und Anwendungen ermöglichen. OPC-UA integriert Sicherheitsaspekte wie Verschlüsselung, IT-Sicherheit und Zertifikate und ist plattformunabhängig nutzbar (Linux, Windows XP Embedded, VxWorks, Mac OS, Windows 7). Eine binäre Schnittstelle unterstützt auch Echtzeitanwendungen.

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