Speziell im produzierenden Sektor mussten sich Unternehmen in den vergangenen Jahren extrem dynamischen Veränderungen stellen. Darüber hinaus sind Themen wie Industrie 4.0, Automatisierung und Mobility nicht mehr von den IT-Roadmaps wegzudenken beziehungsweise bereits fester Bestandteil der Unternehmensstrategie. Dabei sind unterschiedliche Arbeitsbereiche des industriellen Umfelds, die lange Zeit völlig anlog und ohne softwaregestützte Prozesse auskamen, mittlerweile fest auf Digitalisierung angewiesen. Um jedoch eine ganzheitliche Digitalisierung zu gewährleisten, müssen alle IT-Systeme, Maschinen und Steuerungen nahtlos miteinander vernetzt werden. Dafür wird eine universelle Industrie-4.0-Plattform (IoT-Plattform) als Kommunikations-Datendrehscheibe benötigt. Der entsprechende strategische Ansatz lässt sich am besten anhand der Automatisierungspyramide, die den konzeptionellen Aufbau eines produzierenden Unternehmens in seinen hierarchischen Strukturen darstellt, beschreiben (Bild 1).

Bild 2. Flexibler Industrie 4.0 Ansatz – Auflösen von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen.

© Membrain

Als Gegenkonzept soll mit dem Industrie-4.0-Ansatz die Eliminierung von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen erreicht werden und alle Ebenen der gesamten Automatisierungspyramide unabhängig und flexibel miteinander zu verknüpfen. Dies gelingt mit Hilfe einer universalen Industrie-4.0-Plattform, die relevante Daten dort bereitstellt, wo sie benötigt werden. Architektonisch bedeutet das, dass die einzelnen Komponenten der Automatisierungspyramide in ihre Einzelteile zerlegt werden. Die Struktur wird also aufgeweicht und es wird eine neue geschaffen (Bild 2).

Im Zentrum dieser neuen Struktur steht eine universale Plattform (Industrie-4.0-Plattform), die die einzelnen Systeme und hierarchischen Ebenen direkt miteinander verknüpft. Diese Vorgehensweise hat deutliche Vorteile. Zunächst einmal kann das System einfach und beliebig erweitert werden. So können zum Beispiel mobile Anwendungen in diese Industrie-4.0-Struktur einfach und schnell eingebunden werden. Auch SQL-Datenbanken, Zeitreihendatenbanken usw. lassen sich beliebig integrieren. Auf Basis dieser Daten lassen sich außerdem zum Beispiel Algorithmen, Machine Learning und Künstliche Intelligenz problemlos anwenden. Dabei läuft die Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten in diesem Öko-System und der zentralen Industrie-4.0-Plattform bidirektional. Das bedeutet, dass sowohl die Möglichkeit zu lesen als auch zu schreiben besteht. So können beispielsweise mithilfe von KI-Modulen Entscheidungen getroffen und diese den relevanten Systemen wie MES oder SPS direkt zur Verfügung gestellt werden.

Diese Architektur bietet Unternehmen maximale Flexibilität und vollkommene Skalierbarkeit. So lassen sich beispiels-weise neue Systeme einführen und austauschen oder unterschiedliche Protokolle oder Sensoren hinzufügen. Ziel dieses Aufbaus ist eine optimale Datenverfügbarkeit: Es gilt Datenproduzenten und Datenkonsumenten direkt miteinander und ohne zeitliche Verzögerung zu verbinden. Relevante Daten sollen Fachbereichen direkt unter Berücksichtigung der Faktoren, welche Daten sie benötigen, wann sie die Daten benötigen und in welcher Form sie die Daten benötigen, zur Verfügung gestellt werden.

Prozess-Automatisierung dank Industrie 4.0

Im Folgenden wird der architektonische Aufbau eines Kundenszenarios von Membrain beschrieben und gezeigt, wie einfach sich dank des Industrie-4.0-Ansatzes (Membrain-IoT) Punkt-zu-Punkt Verbindungen vermeiden lassen. Kern der Industrie-4.0-Plattform ist die flexible Anbindung unterschiedlicher Komponenten, wie Mobility, Steuerungen (OPC UA), Dashboards sowie das führende ERP-System (SAP). Die Grafik zeigt den architektonischen Aufbau sowie die Kommunikation über OPC UA und beispielsweise eine Wago SPS mit der Industrie-4.0-Plattform Membrain-IoT (Bild 3). Weitere angebundene Komponenten sind das führende SAP-System, eine Zeitreihendatenbank (TIMSCALE), die mobilen Anwendungen sowie Instandhaltungs-Dashboard zum Visualisieren von Maschinen-Status, Meldungen und relevanter KPIs

Bild 3. Architektonischer Aufbau einer Industrie-4.0-Architektur mit IoT-Plattform.

© Membrain

So wird ein erfasster Datenpunkt über OPC UA ausgelesen und direkt an die IoT-Plattform kommuniziert. Diese Information steht unmittelbar allen Modulen im Öko-System zur Verfügung. Eine entsprechende visualisierte Darstellung erfolgt sofort im Dashboard. Weitere ergänzende Aktionen wie Aufgaben- und Ressourcenplanung können unmittelbar angestoßen oder auch in der Datenbank (konfigurierbare Erfassung von Maschinendaten, Stückzahlen, Maschinenstatus etc.) automatisiert veröffentlicht werden. Auch automatische Meldungen direkt in SAP sind möglich und können in Echtzeit auf mobile Devices gepushed und bearbeitet werden. Der Anwender hat die Möglichkeit, direkt in Echtzeit auf „Events“ zu reagieren. Mögliche SAP-PP- und SP-PM-Szenarien sind beispielsweise die automatisierte Erfassung und Bearbeitung von Störmeldungen anhand von Trigger-Punkten, Push-Nachrichten oder Auslesen eines Produktionsstatus.

Der Lösungsansatz der Membrain ergänzt das SAP-System dabei mit einer mobilen Komponente. So können diverse Fachbereiche (Produktion, Logistik, Instandhaltung, usw.) auf das Wesentliche reduziert und sehr intuitive mobil mit SAP arbeiten. Dokumentation beziehungsweise Dateneingaben oder Transaktionen werden dabei automatisch im Hintergrund durchgeführt. Weitere Ad-ons erweitern die Lösung und bringen mehr Produktivität in den Shopfloor.

Mobiles Arbeiten für mehr Produktivität

Speziell im industriellen Umfeld haben sich native Applikationen in den vergangenen Jahren aufgrund der vielen Vorteile gegen Browserlösungen durchgesetzt. Dabei spielt die Performance leistungsfähiger Anwendungen eine wesentliche Rolle. Außerdem garantierten native Apps ein unterbrechungsfreies, transaktionssicheres Arbeiten dank des Offline-Modus. Bei Ausfall beziehungsweise Nichtvorhandensein der Verbindung zum führenden System (SAP), werden die erfassten Daten gepuffert (in der App zwischengespeichert). Sobald wieder eine Online-Verbindung zum System besteht, werden die Daten automatisch im Hintergrund synchronisiert. Des Weiteren erfüllen native Apps einen deutlichen hören Sicherheitsstandard, da die Kommunikation verschlüsselt erfolgt und dank zertifizierten Schnittstellen Wege ins führende System gesichert sind.

Die Modularität der Plattform ermöglicht eine Anbindung an Subsystemen sowie Erweiterbarkeit. Dies erleichtert unter anderem die Integration von Drittsystemen, wie der Qualitätssicherung, BDE und MES. Bereiche, die traditionell nicht zu den Stärken von SAP gehören. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf Usability. Dies erhöht die Produktivität und Benutzerakzeptanz erheblich. Wenn es um das Betreiben einer Industrie-4.0-Platformen geht, spielt wie bei allen IT-Projekten das Thema Cybersicherheit unter anderem eine wichtige Rolle. Denn viele Projekte scheitern bereits mit dem PoC (Proof of Concept), aufgrund von nicht abschätzbaren Projektaufwänden sowie nicht ausreichend gesicherte Schnittstellen zu Subsystemen.

Kritische Anlagen live im Blick

Christian Jeske ist Marketing Director bei Membrain in Unterhaching.

© Membrain

Auch im Produktionsbereich lassen sich dank der Industrie-4.0-Plattform und Apps Prozesse automatisieren und Fabriken digitalisieren. Dedizierte Apps informieren Werksleiter über kritische Maschinenzustände per Push-Nachricht auf dem Smartphone in Echtzeit. Dashboards zeigen beispielsweise grafisch den Live-Zustands einzelner Maschinen und überwachen so die Produktion. Dabei meldet die App automatisch, sobald ein vordefiniertes Ereignis eintritt, zum Beispiel Über- oder Unterschreitung von Grenzwerten. Dies kann eine Meldung oder eine E-Mail-Benachrichtigung an den Fertigungsleiter sein oder zum autonomen Maschinenstopp führen. Die verteilten Meldungen enthalten weiterführende Informationen sowie Störgründe. Diese müssen m Vorfeld pro Maschine bzw. Maschinengruppe im führenden System definiert und festgelegt werden. Somit sorgen Echtzeitdaten aus dem Shopfloor für deutlich mehr Transparenz und machen Maschinendaten, zum Beispiel Produktionszeiten, Stillstände, Prozessdaten wie Temperatur und Druck oder Energiedaten, zum Beispiel Strom- und Wasserverbrauch, systemisch verfügbar. Mobiles Arbeiten beschleunigt nicht nur Prozesse, sondern sorgt außerdem für eine automatische und lückenlose Dokumentation von Abläufen.