18.08.2015 – Kategorie: Fertigung

MES: Auf dem Weg zum Liefernetzwerk

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Wir stehen an der Schwelle zum Informationszeitalter. Waren Produktionssysteme bislang datentechnisch voneinander weitgehend getrennt, werden diese nun mehr und mehr vernetzt. Aus Lieferketten werden Liefernetzwerke. von Christian Erlinger

Das Ende des letzten Jahrtausends war geprägt durch das Fortschreiten vom Industrie- zum Informationszeitalter. Die veränderte Gesellschafts- und Wirtschaftsform machte sich im täglichen Arbeits- und Privatleben bemerkbar. Die rasante Entwicklung in der Informationsbereitstellung und Informationsbeschaffung sowie in der Kommunikation ist nach wie vor nicht abgeschlossen.
So wie das Internet den Startschuss in das Informationszeitalter gegeben hat, ist diese Technologie auch weiterhin der Innovationstreiber in der kontinuierlichen Weiterentwicklung. Das Internet ist in vielen Bereichen der Gesellschaft zum bestimmenden Faktor geworden. Die Wirtschaft, das Finanzwesen, die Bildung oder auch das Privatleben werden nachhaltig beeinflusst.
In kurzen Abständen erreichen uns Weiter- und Neuentwicklungen im Bereich der Internetnutzung, der mobilen Kommunikation und anderer digitalen Techniken. Der technische Fortschritt schafft Bedürfnisse und treibt Innovationen voran.

Warum wir die Revolution brauchen

Die vergangenen Jahrzehnte waren in Mitteleuropa geprägt von einer Abwanderungswelle der produzierenden Industrie. Viele Industriezweige produzieren heute in sogenannten „Billiglohnländern“, um dem Wettbewerbsdruck standhalten zu können. Geringe Energie- und Infrastrukturkosten sind für diese Entwicklung ebenso ausschlaggebend wie die niedrigeren Löhne.
Die jüngste Vergangenheit zeigt eine gravierende Veränderung seitens der Marktanforderungen an die produzierende Industrie. Die Individualisierung von Produkten schreitet mit großen Schritten voran. Großserien werden zu Kleinserien bis hin zur Losgröße eins. Die Produktvielfalt nimmt enorm zu und fordert dem Produktionsunternehmen eine hohe Flexibilität ab. Das hat zur Folge, dass klassische Wertschöpfungsketten in der Produktion nicht mehr zum gewünschten Erfolg führen.

Deutschland gibt Startschuss

Deutschland liegt im Bereich Produktionstechnologie im globalen Spitzenfeld. Industrie und produzierendes Gewerbe zeigen sich robust und können nach wie vor mit Wachstum aufwarten. Um diese Spitzenposition zu verteidigen, gilt es, dem wachsenden Konkurrenzdruck mit Innovation und Weiterentwicklung zu begegnen.
Die neuen Herausforderungen in der Produktion – Preisdruck, Individualisierung und Flexibilität – erfordern neue Ideen. Das deutsche Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt den Arbeitskreis Industrie 4.0. Dieser Arbeitskreis hat sich das Ziel gesteckt, den Produktionsstandort Deutschland auch in Zukunft zu sichern.
Bereits im Frühjahr 2013 wurden Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 veröffentlicht.

Softwareanbieter in der Pflicht

Das Zukunftskonzept nimmt auf die wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Herausforderungen Bezug und positioniert zugleich einen technischen Meilenstein für die Industrieproduktion – sogenannte Cyber-Physical Production Systems (CPPS). Diese visionären Produktionssysteme zeichnen sich durch intelligente Maschinen, Lagersysteme und Betriebsmittel aus, die eigenständig Informationen austauschen und sich den Gegebenheiten anpassen.
Die Produktionsprozesse der Zukunft verfügen über Selbststeuerungseffekte und eine bidirektionale Kommunikation in Echtzeit. Wertschöpfungsketten werden zu Wertschöpfungsnetzwerken. Die Vernetzung und Bereitstellung von Information ist die große Herausforderung für die Softwarehersteller. Anlagen und Maschinen werden künftig noch intensiver in den Softwareprozess eingebunden werden müssen. Dies ist vor allem eine große Herausforderung an die Standardisierung von Hardwareschnittstellen (Sensorik). Der Umgang mit großen Datenmengen und die Bereitstellung leistungsstarker EDV-Infrastrukturen (Netzwerk) sind Rahmenbedingungen für eine erfolgreiche Umsetzung.
Schlussendlich wird die horizontale Integration über Wertschöpfungsnetzwerke und die vertikale Integration im heterogenen Produktionsumfeld eine Informationsvernetzung gewährleisten, die für die vierte industrielle Revolution die Basis schafft.

Ziel ist die intelligente Fabrik

Erfolgreiche Auftragsdurchläufe in einer Fabrik sollten reproduzierbar sein und als Vorlage für weitere Aufträge genutzt werden können. Neue Produkte mit ähnlichen Merkmalen werden dadurch besser beherrschbar beziehungsweise können möglichst produktiv und prozesssicher durch die bekannte Prozesslandschaft geführt werden. Die besonderen Herausforderungen bestehen dabei in der Datenerfassung der anfallenden großen Datenmengen und der vielfältigen Systemlandschaft in den Produktionsunternehmen. Zudem müssen diese Informationen systematisch verknüpft werden, um eine brauchbare Aussage zu erhalten. Es ist wichtig, dass die Informationen in Echtzeit zur Verfügung stehen und möglichst „breit“ zugänglich und nutzbar sind. Schlussendlich ist in der intelligenten Fabrik die Verknüpfung von Informationen über den ganzen Entstehungsprozess anzustreben.

MES-Systeme als Informationsgrundlage

Die Überwachung laufender Prozesse erfolgt heute weitestgehend über MES-Systeme. MES-Systeme ermitteln Kennzahlen, geben Hilfestellung bei der Prozess-Analyse und unterstützen die Planung von Produktionsaufträgen. Kleine Selbststeuerungseffekte können bereits im Dialog mit der Automatisierungsebene erzielt werden.
Noch ist allerdings zu beobachten, dass die Erkenntnisse aus den erfassten und ausgewerteten Informationen der MES-Systeme im Produktionsumfeld isoliert bleiben. Lediglich betriebswirtschaftliche Betrachtungen greifen auf die MES-Daten zu.
Nun stellt sich allerdings die Frage, ob MES-Systeme nicht auch interessante Informationen für weitere Teilbereiche im Produktentstehungsprozess bieten.

Erkennung kritischer Produktmerkmale

Der klassische Produktionsprozess, beispielsweise im Maschinenbau, startet mit einer technischen Zeichnung. Diese dient als Grundlage für alle weiteren Prozessschritte bis hin zum fertigen Produkt (Arbeitsplan-Erstellung, Arbeitsvorbereitung, Fertigung). Das MES-System beginnt seine Datenerfassung ab dem Zeitpunkt des Auftragsstarts an der Produktionsmaschine. Gelingt es nun, die erfassten Prozessdaten mit vorab definierten Produktmerkmalen aus der Konstruktion zu verknüpfen, können prozesskritische Merkmale eindeutig identifiziert werden.
Diese eindeutige Zuordnung ermöglicht nun dem Konstrukteur, neben der Markt- und der Technik- Anforderung auch die hauseigene Produktionsprozessstabilität zu berücksichtigen. Es ergibt sich eine Verknüpfung von Einzelintelligenzen zu einem Wissensmanagement über den Shopfloor hinaus.

Aus dem Gewonnenen lernen

MES-Systeme liefern Daten und Erkenntnisse aus den laufenden Teilprozessen. Es gilt nun, die Informationen aus den „Einzelintelligenzen“ zu ordnen und einer produktorientierten Prozessdokumentation zuzuführen. Best-Practice-Prozesse werden dadurch dokumentiert und können für Folgeaufträge sofort zum Einsatz kommen.
Über ein Produktähnlichkeitsmanagement lassen sich selbst für neue Produkte stabile und resiliente Produktionsprozesse ableiten. Hierzu haben sich datenbankbasierte Produktionsmanagement-Systeme bereits etabliert. Der Smart-Factory-Anspruch, alternative Wege zum gewünschten Ziel aufzeigen zu können, wird durch die lückenlose Dokumentation aller Produktionsinformationen bestmöglich erfüllt.

Smart Factory braucht smartes Personal

Industrie 4.0 hat die Zielsetzung, Ressourceneffizienz und -produktivität kontinuierlich über das gesamte Wertschöpfungsnetzwerk zu verbessern. Das Internet der Dinge ist die Zauberformel, die künftig Maschinen, Logistiksysteme und Betriebsmittel in sogenannte Cyber-Physical Systems (CPS) global vernetzt.
In der neu entstehenden Smart Factory tauschen intelligente Maschinen, Logistiksysteme und Betriebsmittel eigenständig Informationen aus. Dadurch, dass sich diese selbst steuern, trifft der Mitarbeiter in der intelligenten Fabrik auf ein verändertes Kompetenzprofil.
Das Steuern und Regulieren sowie die Gestaltung von Produktionsprozessen wird zur wichtigen Aufgabe. Für diese Tätigkeiten werden dem Mitarbeiter intelligente Assistenzsysteme zur Verfügung gestellt. So kann sich der Mitarbeiter auf die kreativ wertschöpfende Tätigkeit konzentrieren – Routineaufgaben werden verringert oder komplett eliminiert.
Der Einsatz moderner Kommunikationssysteme, die im Privatbereich bereits eine hohe Akzeptanz erreicht haben, weicht die Grenze zwischen Beruf und Freizeit auf. Eine Flexibilisierung der Arbeitsorganisation ermöglicht ein besseres Zusammenspiel zwischen Beruf und Privatleben. Notwendige Weiterbildungsmaßnahmen fließen in den Tagesablauf ein – die Work-Life-Balance wird auf diese Weise verbessert.

Vom Mitarbeiter zum Operator

Der Selbststeuerungseffekt vernetzter Systeme (CPS) ist von einer hohen Automatisierung geprägt. Doch wird man auch in Zukunft nicht auf den kreativen Prozessgestalter und Regulierer verzichten können. Auf unvorhersehbare Änderungen reagiert der Mensch immer noch adäquater als die intelligente Maschine. Ein widerstandsfähiger Wertschöpfungsprozess zeichnet sich dadurch aus, dass kurzfristige unvorhersehbare Einflüsse sich nicht produktivitätsmindernd auswirken. Diese geforderte Prozessagilität setzt eine hohe Entscheidungsfreude der Mitarbeiter voraus.
Unsicherheiten und Verzögerungen bei kurzfristigen Entscheidungen können nur durch eine aussagekräftige Informationsgrundlage verhindert werden. MES-Systeme unterstützen dabei den Mitarbeiter dank einer erweiterten (virtuellen) Sicht auf die realen Wertschöpfungsprozesse in der Fabrik.
Der einzelne Mitarbeiter rückt in das Zentrum von Entscheidungen und der daraus folgenden Optimierungsprozesse. Industrie 4.0 spricht von einem „Augmented Operator“, der steuert, reguliert, gestaltet und vor allem die qualitätssichernde Rolle übernimmt.

Erfahrungen nutzen, Verlusten vorbeugen

Der Mitarbeiter einer vernetzten Produktion kann in die Vergangenheit blicken, daraus einen abgesicherten Plan für die Zukunft entwickeln und vorbeugende Maßnahmen setzen, die unvorhersehbare Ressourcenausfälle reduzieren. Ein Szenario, das Stabilität und zugleich Flexibilität in der Produktion garantiert.
Deutsche Softwarehäuser wie beispielsweise Coscom Computer oder Proxia Software haben die Anforderung von Informationsvernetzung und bedarfsgerechter Informationsbereitstellung in ihre Produktentwicklung aufgenommen. Ziel ist eine verstärkte Integration der Produktionsmitarbeiter. Industrie 4.0 bietet für die deutschen Softwarehersteller eine große Chance, um Assistenzsysteme (MES-Systeme und Produktions-, beziehungsweise Betriebsmittelmanagement-Software) im Produktionsumfeld weiter zu etablieren. Die angestoßene Entwicklung in diesen Bereichen sichert die Wettbewerbsfähigkeit heimischer Produktionsunternehmen im globalen Vergleich nachhaltig.

Fazit

Bereits etablierte Systeme tragen dazu bei, dass die Smart Factory ihre Ziele erfüllt – MES und Produktionsdatenma­nagement bieten schon heute Funktionalitäten, die das Zusammenführen von Teilintelligenzen aus unterschiedlichen Prozessebenen zu einem einheitlichen Wissensmanagement ermöglicht. Der Wandel zur intelligenten Fabrik hat bereits begonnen und wird selbstverständlich die Entwicklungsabteilungen der beteiligten Systeme auch in Zukunft in einem hohen Maße beschäftigen. jbi  

Ing. Christian Erlinger ist verantwortlich für das Produktmarketing bei Proxia.


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