Papierlos besser produzieren – Smart Factory
Das Konzept Smart Factory ist nicht nur in großen Konzernen gefragt. Auch mittelständische Unternehmen setzen immer stärker auf die neuen Technologien der Industrie 4.0. Hierbei ist die entscheidende Frage für die Verantwortlichen: In welchen Bereichen des Unternehmens lohnt sich eine Digitalisierung?
Der folgende Artikel illustriert vier erfolgsversprechende Anwendungsbereiche für Smart Factory im Mittelstand und zeigt, wie Betriebe mithilfe geeigneter Konzepte einfach von „smarten“ Lösungen profitieren können.
Bei Smart Factory auf praxiserprobte Standards setzen: Das Kommunikationsprotokoll OPC UA
Mittelständische Unternehmen, die schnell und während des laufenden Betriebs ihre Prozesse digitalisieren wollen, müssen auf erprobte Industrie 4.0-Standards setzen. Als ein solcher Standard hat sich über die letzten Jahre das Kommunikationsprotokoll OPC UA herauskristallisiert.
Dieses wird bereits heute vielfach in der Industrie genutzt, um Systeme, Maschinen und Anlagen zuverlässig zu vernetzen. Der große Vorteil des Protokolls ist, dass es Maschinendaten maschinenlesbar semantisch übertragen und beschreiben kann. Für die Praxis bedeutet das, dass Kommunikationshürden zwischen den unterschiedlichen Systemen abgebaut werden und so eine umfassende Anbindung der meisten Anlagen und Maschinen an zentrale Verwaltungs- und Steuerungssysteme möglich wird. Ein weiterer Vorteil den OPC UA dem Mittelstand bietet: Viele Geräte sind bereits mit entsprechenden Schnittstellen ausgestattet oder können nachgerüstet werden, sodass ein Unternehmen den Großteil seiner Hardware vergleichsweise unkompliziert vernetzen kann. Dadurch können viele Prozesse durch einen vergleichsweise geringen Aufwand um automatische Protokollierung, Steuerung und Monitoring ergänzt und verbessert werden. Die folgenden vier Beispiele illustrieren eine Auswahl an Smart Factory-Lösungen die mittelständische Betriebe durch den Einsatz von OPC UA gewinnbringend implementieren können.
Variantenmanagement: Durch Smart Factory effektiv zu kleineren Losgrößen in der Fertigung
Um eine kundenindividuelle Massenproduktion zu ermöglichen muss ein Betrieb zunächst die Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) der Maschinen mit einem OPC-Server, wie zum Beispiel dem KEPServerEX,vernetzen. Dieser führt Daten und Informationen über eine integrierte OPC-Schnittstelle zusammen, bündelt hierdurch die Kommunikation und ermöglicht es sämtliche Kanäle zentral zu steuern. Die vom Server zusammengestellten Datenpakete können nun über eine geeignete Middleware, wie einem OPC-Router, zwischen dem ERP-System und dem Shopfloor zirkulieren. Die Datendrehscheibe bestimmt, welche SPS-Signale an das ERP-System und die Peripheriegeräte weitergegeben werden und welche Daten aus dem ERP an die SPSen sowie weitere angebundene Geräte gesendet werden.
Auf Basis dieser Vernetzung kann das ERP-System Aufträge nun direkt an die Produktion übergeben: Angaben zu Rohmaterial, Rezepturen und Stückzahl sowie Informationen zu Werkzeugen und Fertigungsprogrammen gelangen so ohne Umwege zu den produzierenden Maschinen. Durch den automatisierten Datentransfer wird die gesamte Produktion transparenter und flexibler und es können kundenindividuelle Fertigungsaufträge durchgeführt werden, ohne dass für jede Variante eine manuelle Neuprogrammierung der Maschine durch einen Mitarbeiter nötig ist.
Rückverfolgbarkeit: Durch Smart Factory wichtige Informationen gewinnen
In vielen Branchen ist die Rückverfolgbarkeit der produzierten Produkte aufgrund gesetzlicher Auflagen oder Kundenanforderungen unabdinglich. Nur so ist garantiert, dass die verwendeten Rohstoffe die vorgeschriebene Qualität aufweisen und die Produkte korrekt verarbeitet wurden. Durch ein mit OPC UA vernetztes Produktionsleitsystem (MES) bekommen Unternehmen die Möglichkeit bereits während der Herstellung zahlreiche Daten von Sensoren und Signale an den Produktionsanlagen auszulesen, zu sammeln und zu protokollieren. Die erhobenen Daten der einzelnen Chargen werden im Anschluss via OPC-Router an eine Rückverfolgungsdatenbank übermittelt, wo diese langfristig archiviert werden. Da hierdurch sämtliche Inhaltstoffe, Herstellprozesse und Produktmerkmale gespeichert werden, kann die Lieferkette auch zu einem späteren Zeitpunkt noch genau rekonstruiert werden. Sollten zum Beispiel Qualitätsmängel in bestimmten Chargen nachgewiesen werden, kann der Hersteller so schnell eine Rückrufaktion einleiten und den Fehler beheben, der für den Mangel verantwortlich ist. Besonders für sensible Industrien wie die Lebensmittelwirtschaft oder den Arzneimittelhandel bietet sich ein engmaschiges Kontrollsystem an, dass sowohl auf Qualitätssicherung über das Warenwirtschaftssystem oder ERP als auch auf die Rückverfolgbarkeit der einzelnen Chargen mithilfe einer zentral-vernetzten Datenbank setzt.
Logistik: Durch Smart Factory den Versand optimieren
Auch die kundenspezifische Verpackung und Palettierung kann durch smarte Lösungen unkompliziert realisiert werden. Soll ein Produkt für den Versand vorbereitet werden, löst ein Mitarbeiter zunächst einen Transportauftrag aus. Das benachrichtigte ERP-System fordert nun ein passendes Transportgerät an, welches das Produkt aufnimmt und zur Verpackungsstation des Unternehmens bringt. Indem das MES im selben Zug alle weiteren Informationen an die Verpackungsstation übermittelt, kann dort bereits die Durchführung des Auftrags vorbereitet werden. Ohne weiteres Zutun eines Mitarbeiters führt die Station nun die kundenspezifische Verpackung durch. Hat das Unternehmen zusätzlich eine Waage in den Prozess eingebunden, kann das Gewicht der Lieferung im Anschluss an die Verpackung durch ein Wiegeprotokoll an das ERP-System übermittelt werden. Dieses erstellt nun aus diesen und den vom MES übermittelten Informationen selbständig die Verladezettel für Transport sowie den Zoll und gibt den Druck der Dokumente an der Abfertigungsstation in Auftrag. Alle Informationen erreichen so schnell, korrekt und zuverlässig den Spediteur, der nur noch die versandfertige Ladung samt Dokumenten an der Abholstation aufnehmen muss und die Lieferung direkt ausfahren kann.
Wartungsmanagement: Mit Smart Factory zu Predictive Maintenance
Erfasst ein Unternehmen die Betriebsdaten der Maschinen und übermittelt diese an das zuständige System, lässt sich auch die Wartung intelligent steuern.
Statt auf der Grundlage von Erfahrungswerten in festen Intervallen zu prüfen, kann ein Unternehmen so den tatsächlichen Verschleiß der Maschinenwerkzeuge ermitteln. Dadurch wird eine insgesamt bedarfsgerechtere Wartung möglich: Der Service wird erst dann vom System benachrichtigt, wenn eine Wartung wirklich notwendig ist. Auch erhält er genauere Informationen zu den Arbeiten, die bei der Instandhaltung durchzuführen sind. So lassen sich nicht nur die Standzeiten der Maschinen und Anlagen reduzieren, sondern auch Fehlerquellen zielgerichteter ausschalten, bevor diese zu Störungen oder Ausfällen der Anlage führen.
Smart Factory im Kleinen umsetzen: Darauf kommt es an!
Die vorangegangenen Beispiele zeigen, dass dank des in der Industrie etablierten Kommunikationsprotokolls OPC UA viele Bereiche durch Smart Factory-Lösungen profitieren können – und das bei einem vergleichsweise geringem Investitionsaufwand. Zahlreiche mittelständische Unternehmen setzen deshalb bereits auf die neuen Technologien und realisieren so Produktivitätssteigerungen bis in den zweistelligen Bereich (z.B. Studie der DZ Bank AG). Zentral für die praktische Umsetzung von Smart Factory im Mittelstand ist in allen Fällen das jeweilige Produktionssystem und die dort verfügbaren Schnittstellen. Hier entscheidet sich, welche Prozesse besonders durch eine Automatisierung und Vernetzung profitieren können und wo konkret das größte Potenzial für das jeweilige Unternehmen liegt. Denn darauf kommt es letzten Endes an: Mit den Lösungen der Smart Factory Mehrwert in der Produktion gewinnen.
Weitere Informationen zu Smart Factory und der vernetzten Produktion finden Sie unter https://www.inray.de/
Mehr Informationen zum Industriestandard OPC UA und zum OPC-Router finden Sie unter https://www.opc-router.de/
Anwenderberichte aus der Praxis von mittelständischen Unternehmen finden Sie unter https://www.computer-automation.de/unternehmensebene/produktionssoftware/mit-opc-router-in-richtung-industrie-4-0