Prozessautomation & Messtechnik Einfach horizontal und vertikal integriert – dank Maschinen-Cloud

Eine Integration von Maschinen in die Produktionsumgebung führt zu Effizienzsteigerungen aufgrund reduzierter Stillstandszeiten, höherer Auslastung und verbesserter Dispositionsmöglichkeiten. Dazu werden der aktuelle Maschinenstatus, aussagekräftige KPIs, Qualitätsdaten und Informationen über Aufträge benötigt. Dies muss mit guter Integrationsfähigkeit in das Produktionsumfeld ergänzt werden. Damit wären wesentliche Anforderung für Industrie 4.0-Szenarien erfüllt.

Die Sichtweise einer Maschine als Cloud-Anwendung bringt eine neue Perspektive für die Vernetzung. Dabei wird die HMI als ein Server betrachtet, der seine Leistungen per Webservices und darauf aufsetzende Benutzeroberflächen verfügbar macht. So kann jede autorisierte Person per Webbrowser auf die Maschine zugreifen und die für ihre Aufgabe benötigte Information abrufen. Dazu muss die HMI deutlich mehr Informationen als derzeit üblich verfügbar machen und dies über aufgaben- bzw. rollenbasierte Nutzerinterfaces weitergeben. Die Oberflächen müssen mit allen infrage kommenden Geräten kompatibel sein. Dazu ist die Unterstützung von Responsive Design für optimale Darstellungen auf Desktop-PC, Tablets und Smartphones notwendig. Die HMI als Cloudanwendung muss in diesem Zusammenhang neben einer umfangreichen Datenverwaltung auch den Anforderungen nach einer erweiterten Protokollierung als Grundlage zur Prozess­optimierung gerecht werden.

Diese Anforderungen führen zu erheblich umfangreicheren und leistungsfähigeren Softwarelösungen als heute allgemein üblich. Nur wenige Maschinenbauunternehmen verfügen über die Kompetenz und die Ressourcen, diesen Anforderungen nachzukommen. Zudem sind aufwendige Softwareentwicklungen nur schwer amortisierbar und die zunehmend kundenspezifischen Anforderungen verlangen flexible, anpassbare Lösungen.

Die HMI als lokale Cloud

Um dennoch mit überschaubarem Aufwand eine Maschine „Industrie-4.0-Ready“ zu bekommen, wird eine projektierbare Lösung benötigt. Diese erfordert Know-how, zum Beispiel im Bereich von Datenbanken, aber keine Softwareentwicklerqualifikation.

Was muss ein Werkzeug für diese Aufgabe leisten? Zum Anforderungskatalog gehören:

• Vollständig projektierbare Oberfläche nach den bei HMIs heute üblichen Standards

• Erzeugung von Webseiten mit Varianten für unterschiedliche Geräte

• Unterstützung moderner, dynamischer Oberflächen mit Multitouch und anpassbarem Design

• Leistungsfähige Datenverwaltung auf Basis eines Datenbanksystems mit einfach projektierbaren Oberflächen und Abfragen

• Statistikfunktionen zur Berechnung von KPIs wie OEE

• Leicht parametrierbare Funktionen für Loggen und komprimiertes Ablegen von qualitätsrelevanten Informationen

• Erzeugung aussagekräftiger Reports

• Möglichkeit, Funktionen über OPC-UA von externen Systemen aufzurufen

Dies bedingt die Funktionalität eines leistungsfähigen SCADA-Systems, verbunden mit hohen Anforderungen bezüglich der Benutzeroberflächen als vollständig webbasierte Lösung, die als lokale Cloud funktioniert.
Neben der direkten Nutzung der Oberflächen kann auch deren Einbindung zum Beispiel per iFrame in bestehende Anwendungen die Integration der Maschine in die Produktionsumgebung erleichtern.

Darüber hinaus sind auch Webservices erforderlich, welche per standardisiertem Interface in die bestehende IT-Umgebung integriert werden können. Als standardisierter Webservice kann OPC-UA genutzt werden. In diesem Zusammenhang ist der Austausch strukturierter Datenobjekte allein nicht ausreichend.

Um zu einer vollwertigen und leistungsfähigen Integration zu kommen, muss die Maschine Services anbieten, die das Einbinden von Maschinen- oder Datenoperationen in die IT-Umgebung ermöglichen. Dazu gehören die Aktivierung oder der Abschluss von Aufträgen oder die Berechnung von KPIs zum Schichtende. Hierzu werden entsprechende Funktionen projektiert bzw. per einfachem Scripting bereitgestellt und über OPC-UA verfügbar gemacht. So können komplette Prozesse von außen beeinflusst werden.

Am konkreten Beispiel sollen die Möglichkeiten und der dahinter liegende Nutzen kurz aufgezeigt werden. Die Systemkonstellation stellt sich dabei so dar:

• Die Procon-Web-basierte Cloud-Anwendung ist auf der Verpackungsmaschine installiert.

• An der vor- und nachgelagerten Maschine können in Form eines iFrames Auszüge aus der Benutzeroberfläche der Verpackungsmaschine eingebunden werden. Beispielsweise kann so das Chargenende aufgrund der Restkapazität von Material in der Füllmaschine an der Becheraufgabe erkannt werden.

• Informationen über den laufenden Auftrag können für die Bereitstellung von Verpackungsmaterial für einzelne Linien am Smartphone des Materialbereitstellers angezeigt werden.

• Die Instandhaltung kann die demnächst anstehenden Wartungstätigkeiten einsehen und deren Ausführung entsprechend dem Produktionsplan disponieren.

• Per OPC-UA können Aufträge und die dabei angefallenen Verbräuche und Stückzahlen zwischen MES-System und Maschine ausgetauscht werden.

Nutzen für den Maschinenbauer

• Aufbau einer HMI als leistungsfähiger Cloud-Lösung, ohne umfangreiche Softwareentwicklungen und auf Basis des bestehenden oder geringfügig erweiterten Know-hows

• Moderne Weboberflächen für beliebige Geräte (Panel, Desktop, Tablet und Smartphone)

• Umfangreiche Datenverwaltung über SQL-Datenbank mit konfigurierbaren Sichten für die unterschiedlichen Belange der verschiedenen Nutzer innerhalb des Unternehmens: Werker, Einrichter, Instandhaltung, Produktionsplanung, Qualitätssicherung …

• Einfache Pflege der Lösung über die Automatisierungstechniker des Unternehmens

• Schnelle Verfügbarkeit, ohne die Risiken einer eigenen Softwareentwicklung und damit die ideale Möglichkeit die Maschine „Industrie-4.0-ready“ zu machen.

Nutzen für den Maschinenanwender

Integrationsmöglichkeit der neuen Maschine in das Unternehmen über Nutzung der Webtechnologie

• Aufgabenorientierte Oberflächen für die verschiedenen Aufgabenträger im Unternehmen können ohne Softwareinstallation direkt per Browser genutzt werden

• Oberflächen der Maschine können in vor- und nachgelagerte Maschinen per Browserfenster integriert werden

• Direkte Kopplung zu MES/ERP-System über OPC-UA oder die WebServices der HMI

Reduzierung der Stillstandzeiten und Erhöhung der Produktivität durch:

• Bessere Disposition durch direkten Zugriff auf den Maschinen- und Auftragsstatus

• Vermeidung von Stillständen durch bessere Planung der Wartungsaufgaben und schnelle Reaktion auf Störungen

• Möglichkeiten die Prozessstabilität zu erhöhen und damit den Ausschuss zu reduzieren

Auch Maschinenbauer mit geringer Softwarekompetenz und -ressourcen können auf Basis Procon-Web als projektierbare Cloud-Lösung leistungsfähige Lösungen anbieten, die eine horizontale und vertikale Integration erlauben. Dabei können mit geringen Aufwendungen kundenspezifische Anforderungen erfüllt werden.