Mitarbeiter in einer Produktion sind oft mit zeitaufwendigen Abläufen konfrontiert, für die sie nicht aus-reichend effizient durch das Produktionssystem unterstützt werden. So muss sich ein Maschinenbediener Informationen auf Papierlisten oder von stationären Bedienpanels besorgen, um beispielsweise Auftragsvorbereitungen oder Wartungsarbeiten durchführen zu können. Fehler und zu erledigende Aufgaben werden durch Statuslampen an den Maschinen angezeigt. Der Maschinenbediener überblickt diese in einem begrenzten Bereich der Anlage und kann nur auf Fehler reagieren, die er erkennt. Auch die Priorisierung von parallelen Aufgaben erfolgt auf Basis persönlicher Erfahrung. Beides führt häufig zu unnötigen Stillstandzeiten.

Effizienz durch mobile ­Bedienlösungen

Der Schlüssel zur Effizienzsteigerung: Nicht der Maschinenbediener muss sich erforderliche  Informationen aus verschiedenen Quellen besorgen, sondern Apps können die notwendigen, kontextspezifischen Informationen zum richtigen Zeitpunkt liefern. Mit der Lösung Smart-Connect von In-Tech weiß er jederzeit, welche Aufgabe als nächstes zu erledigen ist, um die Produktion am Laufen zu halten. 

Mobile Endgeräte wie Smartphones und Smartwatches dienen dabei als Mensch-Maschine-Schnittstelle: Auf dem Smartphone lassen sich aufgrund des größeren Bildschirms detaillierte Beschreibungen und Handlungsanweisungen zu den Aufgaben des Anwenders anzeigen. Kameras lassen sich in die Anwendung integrieren, um aktuelle Zustände zu dokumentieren oder mit Hilfe von Augmented Reality Zusatzinformationen in reale Umgebungen einzublenden. Der Akku hält typischerweise problemlos eine Schicht.

Eine Smartwatch hingegen hat den großen Vorteil, dass der Maschinenbediener beide Hände für seine Aufgaben frei hat und durch Vibrationsalarm trotzdem unmittelbar benachrichtigt wird. Sie eignet sich dadurch in erster Linie als Instrument, um Maschinenbediener auf wichtige Situationen hinzuweisen. Die geringe Akku-Kapazität muss jedoch in der Implementierung berücksichtigt werden. Mit technologischen Konzepten wie Responsive Design können Applikationen für beide Gerätetypen optimiert werden, jedoch hängt es immer vom spezifischen Kontext ab, welcher Gerätetyp jeweils geeignet ist. 

Einsatz in der Praxis

Die Smart-Connect-Lösung kann bei zentralen Aufgaben im Bereich der Fertigung unterstützen.

© In-Tech

Und so funktioniert die Lösung in der Praxis: Bei Schichtbeginn erhält der Maschinenbediener sein präferiertes Endgerät, an dem er sich über einen Login oder mithilfe des Fingerabdrucks identifiziert. Dadurch kann die persönliche Konfiguration, wie Zuständigkeitsbereich und anstehende Aufgaben, geladen werden. Außerdem können beispielsweise Sprache oder Signalisierungsart der Alarme als Präferenz gespeichert werden. Aufgaben sind Alarme über Stillstände und Fehlersituationen oder Meldungen zur Sicherstellung des Betriebs, wie Nachfüllen von Material und Wartungsaufgaben. Den zuständigen Mitarbeitern werden die Aufgaben in einer priorisierten Liste angezeigt, die die optimale Abarbeitungsreihenfolge vorgibt. Die Priorisierung erfolgt anhand der noch verfügbaren Zeit zur Erledigung – höchste Priorität haben beispielsweise Alarme. 

Flexible Architektur

Die Lösung nutzt Daten in Produktionsanlagen, die entweder über spezifische Schnittstellen von Maschinen oder einer MES-Lösung zur Verfügung gestellt werden. Eine zentrale Serverapplikation übernimmt die Datenaufbereitung und stellt die aggregierten Informationen in erforderlicher Form als JSON-Files über ein REST-Interface und Web-Sockets allen mobilen Geräten zur Verfügung. Diese Serversoftware kann sowohl auf lokaler Serverhardware in der Produktionsanlage als auch auf Cloud-Servern betrieben werden. Beim Betrieb auf lokalen Servern verlassen keine Daten die Produktion und die Datensicherheit kann bereits durch die IT-Security in der Produktionsanlage sichergestellt werden. 

Der Betrieb des Servers in der Cloud bringt jedoch auch zahlreiche Vorteile. Die Serverleistung ist beliebig skalierbar, es muss keine eigene Serverinfrastruktur betrieben und gewartet werden, der Zugriff zum Beispiel für Monitoring kann von überall erfolgen und verfügbare Dienste der Cloud-Plattform können zur Datenauswertung genutzt werden. Die Apps selbst sind plattformunabhängig als Hybride-Apps realisiert. Gegenüber Native-Apps reduzieren sich damit die Mehrkosten in der Entwicklung beim Einsatz weiterer mobiler Plattform massiv. Die Technologie der hybriden Apps basiert auf HTML5 und JavaScript. Mit Frameworks wie Ionic können diese Webseiten in eine native App verpackt werden, so dass der Anwender keinen Unterschied zu anderen nativen Apps erkennt. Dadurch ist der Portierungsaufwand auf andere Plattformen minimal.

Security by Design

Fragen zur Security müssen bereits in der Designphase berücksichtigt und während der Entwicklungsphase gelöst werden. Zur Anwendung kommen praxiserprobte State-of-the-Art-Technologien. Die Kommuni­kation zwischen Server und Smart Device ist zusätzlich zur WLAN-Verschlüsselung über TLS (https) abgesichert. Man-in-the-middle-Attacken werden durch den Einsatz von Zertifikaten verhindert. Sensitive lokale Daten werden verschlüsselt auf dem Smart Device abgelegt – je nach Device auch Hardware-verschlüsselt.

Die Lösung mit Smartphone und Smartwatch verbessert die Integration des Bedieners in den Gesamtprozess und optimiert dadurch den Betrieb von Produktionsanlagen – Stillstände werden reduziert, weniger Bedienpersonal ist erforderlich und eine schnellere Einarbeitung ist möglich. Dies führt unmittelbar zur Kostenreduktion im Betrieb. Dabei spart die breite Basis an Funktionalität, Sensorik und Funktechnologie von Smartphone und Smartwatch Kosten in Entwicklung und Betrieb. Erweiterbarkeit, Datensicherheit und somit den langfristigen Einsatz stellen die flexible Architektur und die eingesetzten Technologien sicher. 

Der Weg zur Lösung

Die Entwicklung der App selbst ist nur ein Teil der Lösung. Denn bei der Entwicklung einer Lösung mit hohem Kundennutzen sind viele Aspekte – wie etwa das Bedienkonzept – zu berücksichtigen und Fragen – beispielsweise zu Anwendungsfällen, Architektur und Technologie – zu beantworten. Diese werden durch das In-Tech-Konzept ‚Fahrplan zur Digitalisierung‘ beantwortet.

Industrielle Projekte starten typischerweise nicht auf der ‚grünen Wiese‘, deshalb muss immer die Ausgangssituation berücksichtigt werden, die dann evolutionär weiterentwickelt werden kann. Jeder dieser Entwicklungsschritte sollte dabei einen konkreten Zusatznutzen bringen. Das ‚Fahrplan zur Digitalisierung‘-Konzept ist ein in zahlreichen Projekten entwickeltes Vorgehensmodell. Es ermöglicht den zielgerichteten Weg zur Lösung in drei Phasen. In der ersten Phase werden neben der Ausgangssituation die wesentlichen Zielsetzungen definiert und damit die Inhalte der Konzeptphase abgesteckt. In dieser Phase wird die Lösung definiert, Technologien, Architektur und Bedienkonzept werden festgelegt und prototypisch abgesichert. Dadurch ist die Basis für die Umsetzung vorhanden, die in der nachfolgenden Realisierungsphase iterativ in monatlichen Sprints in Produktqualität erfolgt.

Autoren:
Dr. Klaus Wiltschi ist Head of Business Unit ­Machinery bei In-Tech;
Thomas Sorg ist Head of HMI and Assistance Systems bei In-Tech.