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MPDV Bausteine für die moderne Fertigungs-IT

| Autor/ Redakteur: Nathalie Kletti / Reinhold Schäfer

Bisher benötigte man zur effizienten Produktionsplanung in der Fertigung ein Manufacturing-Execution-System. Doch in Zeiten von Industrie 4.0 und der Losgröße 1 braucht man eine Smart Factory mit Prozessen und Funktionen, die den wachsenden Anforderungen gerecht werden: mit den sogenannten Smart Factory Elements.

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Die Anforderungen an die Produktion sind mit hoher Variantenvielfalt, kurzen Lieferfristen, schnellen Prozessanpassungen und kleiner Losgröße enorm gewachsen, was zu einer gestiegenen Komplexität führt.
Die Anforderungen an die Produktion sind mit hoher Variantenvielfalt, kurzen Lieferfristen, schnellen Prozessanpassungen und kleiner Losgröße enorm gewachsen, was zu einer gestiegenen Komplexität führt.
(Bild: ©ipopba - stock.adobe.com)

Bis heute sind Manufacturing Execution Systeme (MES) das Maß aller Dinge, wenn es darum geht, effizient zu produzieren und für Transparenz im Shopfloor zu sorgen. Mit Blick auf die Smart Factory brauchen jedoch immer mehr moderne Fertigungsunternehmen mehr als das, was heutige MES bieten können. Dabei ist die aufgabenorientierte Sichtweise der VDI-Richtlinie 5600 auch heute noch dazu geeignet, den IT-Bedarf der Produktion zu erfassen und mit entsprechenden Anwendungen zu hinterlegen. Die Smart Factory Elements, die MPDV anbietet, erweitern diese aufgabenorientierte Sichtweise auf die Fertigungs-IT und bilden gleichzeitig auch neue Anforderungen an die Smart Factory ab. Basierend auf einer langjährigen Markterfahrung werden fünf Elemente vorgestellt: Planning & Scheduling, Execution, Analytics, Prediction und Industrial Internet of Things (IIoT).

Die fünf Bausteine der Smart Factory Elements ermöglichen eine moderne Sichtweise auf die Fertigungs-IT (zum Beispiel MES).
Die fünf Bausteine der Smart Factory Elements ermöglichen eine moderne Sichtweise auf die Fertigungs-IT (zum Beispiel MES).
(Bild: MPDV)

Diese Smart Factory Elements lassen die Vision von Industrie 4.0 Realität werden und versetzen Fertigungsunternehmen in die Lage, auch unter komplexen Rahmenbedingungen wettbewerbsfähig zu produzieren.

Smart Factory Elements im Regelkreis

Der Regelkreis der Smart Factory Elements sieht vor, dass auf Basis von Vorgaben unterschiedlicher Quellen die Fertigung geplant (Planning & Scheduling) und diese Planung dann umgesetzt und ausgeführt (Execution) wird. Die dabei erfassten Daten werden analysiert (Analytics), um daraus unter anderem Vorhersagen abzuleiten (Prediction), die zusammen mit anderen Erkenntnissen wiederum in die Planung einfließen können. Das Industrial Internet of Things unterstützt diesen Kreislauf durch die Erfassung und Bereitstellung von Daten. Ein Teil dieser Aufgaben lässt sich sehr gut mit einem MES abbilden – für andere werden sukzessive neue Produkte auf den Markt kommen. Ein mit praxisnahen Beispielen angereichertes Szenario soll dies näher erläutern:

Fertigungsaufträge kommen aus dem ERP-System

Zunächst werden im Element „Planning & Scheduling“ mehrere Fertigungsaufträge aus dem überlagerten ERP-System übernommen und zusammen mit Ergebnissen aus den Elementen „Analytics“ und „Prediction“ in geeignete Planungstools geladen. Beispielsweise kommen aus „Analytics“ die Erkenntnisse, dass Artikel A auf Maschine 1 um 30 % effizienter gefertigt werden kann als auf Maschine 2, und aus „Prediction“ die Vorhersage, dass Maschine 3 mit einer Wahrscheinlichkeit von 75 % in den nächsten drei Tagen wegen abgenutzter Kugellager ausfallen wird. Also beschließt der Mitarbeiter in der Arbeitsvorbereitung, die übernommenen Aufträge für Artikel A auf Maschine 1 einzuplanen und alle anderen auf die verbleibenden Maschinen zu verteilen. Gleichzeitig setzt er für Maschine 3 eine Wartung für übermorgen an, um die Kugellager zu überprüfen und gegebenenfalls auszutauschen. Im Qualitätsmanagement wurde bereits vor einiger Zeit festgelegt, dass von allen Artikeln bei jedem 500sten Stück diverse Abmessungen überprüft werden müssen.

Planungen gehen in die Fertigung

Diese Planungen gehen dann zum nächsten Element: „Execution“. Die Werker an den Maschinen sehen die anstehenden Aufträge und melden diese an, sobald der jeweils vorangehende Auftrag beendet ist. Gleichzeitig wird jeweils ein Prüfauftrag angemeldet. Es werden nun kontinuierlich aktuelle Kennzahlen sowie der Auftragsfortschritt angezeigt. Nach den ersten 500 Stück wird der Werker auf die anstehende Prüfung hingewiesen. Er entnimmt das entsprechende Teil und prüft die vorgegebenen Merkmale mit einem digital angebundenen Messschieber.

Bei Abweichungen stoppt das System

Das System erfasst sowohl die laufenden Produktionsdaten als auch die Ergebnisse der Qualitätsprüfungen über das „IIoT“. Weichen die gemessenen Werte zu stark von den Sollvorgaben ab, wird die Produktion sofort gestoppt und ein Einrichter wird benachrichtigt, um die Einstellungen der betroffenen Maschine zu prüfen und gegebenenfalls zu justieren. Sobald ein Auftrag abgeschlossen ist, wird der nächste angemeldet. Am zweiten Tag kommt ein Mitarbeiter der Instandhaltung und kümmert sich um die angesetzte Wartung an Maschine 3. Hierbei erfasst er seine Arbeitszeiten manuell mit einer App auf seinem Smartphone.

Analyseelement zeigt Produktivität an

Im Meisterbüro nutzt der Schichtleiter „Analytics“, um sich einen Überblick über die Produktivität und Ausschussrate der aktuellen Schicht zu informieren. Gleichzeitig analysiert der Meister die Maschinenstörungen der letzten Tage und korreliert diese mit erfassten Prozess- und Qualitätsdaten. Dabei findet er heraus, dass auch Maschine 5 geeignet ist, um den Artikel A mit hoher Effizienz zu fertigen. Diese Erkenntnis spielt er an „Planning & Scheduling“ zurück. Fallen bei diesen Analysen Zusammenhänge auf, die ein umgehendes Eingreifen erfordern, so werden diese unmittelbar an „Execution“ weitergeleitet.

„Prediction“ arbeitet ebenfalls mit den in „Execution“ erfassten Daten und berechnet fortlaufend die Wahrscheinlichkeit für Maschinenstörungen. Diese Erkenntnisse übermittelt das System ebenfalls an „Planning & Scheduling“, um rechtzeitig Wartungen der entsprechenden Maschinen und Werkzeuge einzuplanen. Zudem nutzt das Unternehmen die neue Anwendung Predictive Quality. Die erfassten Prozesswerte bei der Herstellung von Artikel A bilden dabei die Basis für die Vorhersage der Qualität jedes einzelnen Teils. Wird ein Teil mit hoher Wahrscheinlichkeit als Gut-Stück vorhergesagt, landet dieses in der Kiste für den nächsten Arbeitsschritt. Teile, die als Ausschuss vorhergesagt werden, kommen sofort in die Recyclingbox. Alle anderen Teile werden einer zusätzlichen Sichtprüfung unterzogen und danach als Gut-Stück oder Ausschuss eingeordnet. Die Ergebnisse aus „Prediction“ fließen dabei direkt zu „Execution“.

Mehr Transparenz und Effizienz im Shopfloor

Damit das alles funktioniert, sorgt „IIoT“ für die Anbindung der Maschinen, stellt Eingabemasken für die Werker zur Verfügung und übermittelt alle benötigten Dokumente und Einstelldaten in den Shopfloor.

Auch wenn viele der genannten Beispiele trivial erscheinen, so führt deren Abbildung mit den Smart Factory Elements dazu, dass die Vernetzung der Anwendungen und Verzahnung der Abläufe zunimmt und die neue Sichtweise letztendlich für mehr Transparenz und Effizienz im Shopfloor sorgt. Der Funktionsumfang eines heutigen MES deckt dabei bereits einen Teil der Anwendungen ab, die hier genannt wurden. Insbesondere für „Analytics“ und „Prediction“ werden neue Methoden und Tools benötigt (zum Beispiel Predictive Quality), um aus den vorhandenen Daten weitere Erkenntnisse und Vorhersagen zu generieren.

Smart Factory Elements decken also mehr ab als ein klassi­sches MES. Gleichzeitig zeigt sich, dass die Smart Factory Elements ein gutes Beispiel dafür sind, dass echter Mehrwert nur durch Anwendungen entstehen kann und die blanke Technologie dabei oftmals in den Hintergrund rückt. Auch in Zeiten von Industrie 4.0 steht weiterhin die eigentliche Aufgabe der Fertigungs-IT im Fokus – und das ist gut so.

MPDV auf der Hannover Messe 2019

Im Rahmen der Hannover Messe 2019 zeigt MPDV auf dem Stand A12 in Halle 7 anhand eines breiten Portfolios, welche Möglichkeiten es gibt. Mit einem Modell für innovative Fertigungs-IT stellt MPDV eine neue Sichtweise auf die Anforderungen einer Smart Factory vor, die mit einem modernen Manufacturing-Execution-System (MES) erfüllt werden können. Daneben stehen neue Funktionen und Erweiterungen des markterprobten MES Hydra im Fokus. Ein weiteres Messehighlight ist die innovative Manufacturing Integration Platform (MIP), auf deren Basis aktuell ein Ökosystem der Fertigungs-IT entsteht.

* Nathalie Kletti ist Vice President Enterprise Development bei der MPDV Mikrolab GmbH in 74821 Mosbach, Tel. (0 62 61) 92 09-0, info@mpdv.com

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