27.03.2013 – Kategorie: IT

Konzept MES 4.0: Schlüssel zur Industrie 4.0

Industrie 4.0 beschreibt, wie intelligente Werkstücke mit Maschinen kommunizieren, selbstständig den optimalen Weg durch die Fertigung finden und damit ohne zentrale Steuerung zum fertigen Endprodukt werden. In diesem Zusammenhang kommt immer wieder der Begriff der cyberphysikalischen Systeme (Cyber Physical Systems – CPS) auf. Der Mensch unterstützt und greift nur bei Bedarf regulierend in dieses System ein.
Dabei entstehen unweigerlich große Datenmengen, die Auskunft über den aktuellen Zustand des Gesamtsystems und der einzelnen Werkstücke geben. Zur Verarbeitung dieser Daten sieht Industrie 4.0 dezentrale IT-Lösungen aus der Cloud vor. Zurzeit beschäftigen sich viele Forschungseinrichtungen, aber auch Fertigungsunternehmen mit Industrie 4.0 und erproben unterschiedliche Ansätze zur Verwirklichung der visionären Ideen.

Ansatzpunkte für MES
Bei aller Dezentralität hat die Erfahrung gezeigt, dass eine zentrale Instanz zur Koordinierung und Synchronisation förderlich ist. Schon heute profitieren MES von einer hohen Erfassungsdichte und einer Vielzahl von Sensoren in der Fertigung. Diese Daten werden in einer zentralen Produktionsdatenbank zusammengeführt und ergeben ein Gesamtbild der Fertigung, das die Grundlage für gesicherte Entscheidungen und die Optimierung der Fertigungsprozesse bietet.
Auch Industrie 4.0 braucht Transparenz auf Basis von Echtzeitdaten und kann dabei durch die Fähigkeiten eines MES wirkungsvoll unterstützt werden. Durch die ressourcenübergreifende, zentrale Datenhaltung ist ein MES in der Lage, sehr schnell mit den vorhandenen Informationen zu arbeiten, da nicht erst mehrere Datenquellen angefragt werden müssen. Die Koppelung der autonomen CPS an die MES-Datenbank macht deren Kommunikation effizienter – und dadurch auch das Gesamtsystem.

Industrie 4.0 gewichtet Themen und Begriffe für MES neu, die bis dato nicht ganz oben auf der Liste standen. (Bild: mpdv)

Zukunftskonzept MES 4.0
Damit ein MES-System den Anforderungen von Industrie 4.0 gerecht wird, muss es eine Vielzahl an neuen Funktionen und Fähigkeiten mitbringen. MES 4.0 fasst diese Bedarfe zu einem schlüssigen Konzept zusammen. Dieser Artikel erläutert ausgewählte Themen aus MES 4.0 und zeigt praktische Anwendungsfälle auf: Vornan steht die horizontale Integration, sprich: die Verknüpfung von Daten über alle Ressourcen hinweg, die am Fertigungsprozess beteiligt sind.
Die VDI-Richtlinie 5600 spricht hierbei von drei großen Bereichen: Fertigung, Qualität und Personal. Das integrierte MES stellt anders als Insellösungen mit seinem übergreifenden Ansatz sicher, dass alle Ressourcen wie Maschinen, Werkzeuge, Personal, NC-Programme oder Einstellparameter, Fertigungshilfsmittel, Prüfpläne sowie Prüfmittel rechtzeitig verfügbar sind und in Summe optimal ausgelastet werden. Dies fördert die Überlegenheit einer autonomen Fertigung gemäß Industrie 4.0 durch hohe Variantenvielfalt und flexible Lieferfähigkeit. Die Online-Fähigkeit eines MES-Systems wird absolutes Muss, damit erfasste Daten als Basis für zeitkritische Entscheidungen zur Verfügung stehen. Im Zuge der Dezen­tralisierung von Fertigungssystemen wird aber nicht nur die Erfassung und Verarbeitung in Echtzeit wichtiger, sondern auch die Offline-Fähigkeit der MES-Bestandteile. Sollte die Verbindung einer Maschine oder eines Sensors zur zentralen Datenbank einmal gestört sein, müssen intelligente Komponenten diese Zeit überbrücken können. Dies ist im Blick auf lückenlose Dokumentation und optimalen Fertigungsdurchlauf von großer Bedeutung – insbesondere in einer autonomen Industrie-4.0-Umgebung.

Kommunikation, Management und Mobilität
Industrie 4.0 fordert aufgrund der Vielzahl unterschiedlicher Systeme den Einsatz einer standardisierten Kommunikation wie UMCM (Universal Machine Connectivity for MES) zwischen den Maschinen und dem MES-System. Mit UMCM können die Maschinen auf einfache Art und Weise angebunden und notwendige Daten wie Zeitstempel, Zählerstände, der Maschinenstatus, Mengen und Prozesswerte übernommen werden.
Das Management eines Fertigungsunternehmens wird immer intensiver in die produktionsrelevanten Entscheidungsprozesse einbezogen. Gesicherte Entscheidungen lassen sich jedoch nur treffen, wenn den Verantwortlichen die dazu erforderlichen Informationen in geeigneter Form vorliegen. In diesem Kontext nimmt das MES der Zukunft eine bedeutende Rolle ein, indem es zum Beispiel Kennzahlen oder andere Auswertungen zu wichtigen Produktionsparametern zeitnah zur Verfügung stellt.
Durch die Dezentralisierung von Prozessen in der Fertigung müssen auch die Mitarbeiter flexibler agieren können. Mobile Endgeräte und die dazu passenden MES-Anwendungen stellen alle Daten genau dort zur Verfügung, wo sie benötigt werden. Einige praxisnahe Szenarien sollen dies verdeutlichen.

Smarte Instandhaltung und Traceability
Über sein Smartphone wird der Mitarbeiter der Instandhaltung über eine Maschinenstörung informiert. Das gleiche Gerät zeigt die notwendigen Informationen zur betroffenen Maschine an, kann online einen Instandhaltungsauftrag generieren und die Problempunkte vor Ort mit der integrierten Kamera dokumentieren. Die Bilder werden automatisch dem Instandhaltungsauftrag und der Maschinenhistorie zugeordnet. Genauso kann sich der Mitarbeiter gespeicherte Informationen zu früheren Ausfällen ansehen. Basierend auf den historischen Daten und dem aktuellem Zustand kann er entscheiden, welche Maßnahmen ergriffen werden müssen und diese sofort in die Wege leiten – und das alles ohne Wegezeiten und Handaufschreibungen direkt an der Maschine.
Mit der ins Smartphone integrierten Kamera lassen sich Halb- oder Fertigprodukte im Umlaufbestand (Work in Process – WIP) über Identträger auf einfache Art und Weise über Scannen identifizieren. Mit einer mobilen MES-Lösung kann somit ein Meister bei seinem Fertigungsrundgang Material identifizieren sowie weitere Informationen dazu abrufen. Die Verbindung der realen Welt mit dem virtuellen Abbild im MES wird durch solche Funktionen auf eine nahezu triviale und unmittelbare Weise hergestellt.

Informationsmanagement
Ein Automobilhersteller möchte bei einem Zulieferer die Serienaufträge, die damit belegten Maschinen und die verwendeten Werkzeuge überwachen. Der hierfür notwendige unternehmensübergreifende Zugriff auf fertigungsrelevante Informationen beim Zulieferer kann entweder über mobile Endgeräte wie Tablet-PC des MES-Betreibers oder über ein gesichertes Kundenportal im Internet realisiert werden.
Zu den eher trivialen Möglichkeiten mobiler Clients zählt die ortsunabhängige Verfügbarkeit von Informationen über den aktuellen Zustand der Fertigung beziehungsweise einzelner Ressourcen. So kann sich beispielsweise ein Schichtführer über den Status der Aufträge in seinem Verantwortungsbereich informieren, auch wenn er gerade in der Produktionsbesprechung oder bei seinem Vorgesetzten im Büro sitzt. Dies vermeidet unnötige Anrufe und reduziert Wartezeiten.

Fazit
Einige der genannten Themen sind bereits heute in MES-Systemen umsetzbar oder in Ansätzen realisiert. Allerdings ist der Aufwand, der betrieben werden muss, um den geschilderten ganzheitlichen Anspruch zu erfüllen, bei vielen MES-Lieferanten noch sehr hoch. Künftige Technologien und Konzepte wie MES 4.0 werden die heutigen Lösungen smarter und flexibler machen. Sie werden damit zum Schlüssel zu Industrie 4.0. Auf der Hannover Messe zeigt MPDV Mikrolab in Halle 7 an Stand 12 konkrete Anwendungen zu den im Artikel angesprochenen Themen. jbi  

Autor: Prof. Dr.-Ing. Jürgen Kletti ist Geschäftsführer der MPDV Mikrolab GmbH in Mosbach.


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