Flexibilität für Industrie 4.0 Plattform für die Smart Factory

Nicht erst mit Industrie 4.0 ist deutlich geworden, dass die Fertigungs-IT – wie auch viele andere IT-Systeme – vor einem Dilemma steht: Einerseits machen immer komplexere Prozesse eine individuelle Programmierung unabdingbar. Auf der anderen Seite braucht es aber Standards, um diese Komplexität beherrschbar und vor allem zukunftsfähig zu machen. Letztendlich wäre eine standardisierte Individual-Software die ideale Lösung. Auf den ersten Blick scheint das ein unlösbares Paradoxon zu sein.

Die heutige Fertigungs-IT ist zwar mehr oder minder modular, kann aus größerer Flughöhe meist aber doch als monolithisches System betrachtet werden. Auch ist die Kombination von Anwendungen unterschiedlicher Hersteller kaum möglich oder aufwendig – und oftmals auch störungsanfällig. Daher sind Anwender in der Regel an einen Hersteller gebunden oder müssen komplexe Schnittstellen zwischen mehreren Insellösungen betreiben.

Plattformarchitektur als Lösungsansatz

Die aktuell an vielen Stellen propagierte Plattformarchitektur weist zahlreiche, nützliche Eigenschaften auf. Sie führt die Fertigungsindustrie nicht nur aus dem eingangs skizzierten Dilemma heraus, sondern ermöglicht gleichzeitig eine neue Generation von Fertigungs-IT.

Ein wesentliches Merkmal für den Erfolg von Plattformen ist die Trennung von standardisierten und konfigurierbaren Basisdiensten sowie individuelle Anwendungen. Heutzutage spricht man dabei von Services und Apps. Die Services sorgen insbesondere dafür, dass Entwickler das Rad in Form von geeigneten Datenstrukturen und aufwendig zu programmierenden Hintergrundfunktionen nicht jedes Mal neu erfinden müssen. Gleichzeitig stellt die Plattform sicher, dass Apps unterschiedlicher Hersteller interoperabel lauffähig sind. Die bis heute dafür oftmals aufwendig implementierte horizontale Integration wird somit eine systemimmanente Eigenschaft. Im Umfeld von Plattformen gewinnt sie sogar noch weiter an Bedeutung.

Die Wahl der richtigen Plattform

Auch wenn die Zahl innovativer Plattformen stetig zunimmt, eignen sich nur wenige davon als Basis für die moderne Fertigungs-IT. Einerseits gibt es die sogenannten IoT-Plattformen, die sich auf die Speicherung und Verteilung von erfassten Daten fokussieren, andererseits reine Technologie-Plattformen, die quasi als Betriebssystem für Anwendungen unterschiedlicher Anbieter dienen.

Beide Plattformvarianten haben ihre Daseinsberechtigung. Fertigungsunternehmen benötigen jedoch eine Lösung, die sowohl die Nutzung verschiedenster Apps ermöglicht als auch die Produktion komplett digital abbildet (digitaler Zwilling). IoT-Plattformen könnten in diesem Kontext als Datenlieferanten dienen.

Manufacturing Integration Platform (MIP)

Mit der Manufacturing Integration Platform (MIP) hat MPDV zur Hannover Messe 2018 eine geeignete Plattform vorgestellt. Der Kern, der auch als Virtual Production Reality (VIPR) bezeichnet wird, bildet den Lebensraum für den digitalen Zwilling der Produktion. Hier werden sämtliche Daten nicht nur gespeichert und vorgehalten, vielmehr bildet die Gesamtheit der Daten das digitale Abbild. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem semantischen Informationsmodell, welches auf langjähriger Erfahrung im Fertigungsumfeld basiert.

Außerdem realisieren integrierte Services die Kommunikation mit dem Shopfloor und anderen IT-Systemen wie dem ERP. Auch hier profitieren zukünftige Anwender vom Know-how aus weltweit mehr als 1.000 MES-Installationen. Mittels Entwicklungsplattform (SDK) können beliebige eigene Anwendungen implementiert und Services bedarfsgerecht adaptiert oder erweitert werden.

Dazu beinhaltet das SDK neben umfangreichen Bibliotheken und Tutorials auch beispielhafte Anwendungen, sogenannte Manufacturing Apps (mApps). Insbesondere Entwickler sparen durch die Nutzung der MIP als Basis viel Zeit und Programmieraufwand, da alle wichtigen Datenstrukturen und Grundfunktionen bereits enthalten sind.

Aufgrund der gesteigerten Flexibilität von Plattformen wie der MIP können Fertigungsunternehmen künftig von unterschiedlichen Einsatzszenarien profitieren. Es lassen sich Funktionen eines heutigen MES-Systems realisieren – es geht aber auch deutlich mehr, wie drei Beispiele zeigen.

Benötigte Apps in Eigenregie entwickeln

Beispiel 1 – Implementierung von Lösungen mit eigenen IT-Ressourcen: Um komplexe Anforderungen in der Fertigung zu meistern, führt Elektronikhersteller A die MIP ein. Das Unternehmen nutzt entsprechende mitgelieferte Services, um sein ERP-System und die zahlreichen Produktionsmaschinen anzubinden. Die mApps zur manuellen Eingabe von Daten entwickelt Unternehmen A dabei selbst. Damit die während der Produktion erfassten Daten auch nach Auslieferung der Artikel zur Verfügung stehen, entwickelt Unternehmen A beispielsweise eine mApp zur Synchronisation der Daten mit dem aktuell im Service genutzten IT-System. Mittelfristig ist geplant, das komplette Service-Tool als mApp zu realisieren, um die Datenhaltung zu vereinheitlichen.

Fazit: Unternehmen A schafft mit der MIP die Integration bestehender IT-Systeme aus Produktion und Service. Durch die Migration des Service-Systems auf die MIP entstehen weitere Synergieeffekte, so dass Ressourcen frei werden, die anderweitig eingesetzt werden können.

Individuelle Komplettlösungen erstellen

Beispiel 2 – Zusammenstellung von Lösungen durch einen Systemintegrator mit Branchenfokus: Auf der Suche nach einer passenden Komplettlösung stößt das Maschinenbau­unternehmen B auf den Systemintegrator S, der einen Fokus auf den Bereich Metallverarbeitung hat. Der Umgang mit kundenspezifischen Legierungen ist für den Systemintegrator keine Besonderheit. Allerdings hat S keine MES-Funktionen für Montageprozesse in seinem Portfolio. Mit der MIP kann der Systemintegrator aber nun seine eigene Lösung für individuelle Gießprozesse mit den auf dem Markt verfügbaren mApps für Montageprozesse kombinieren. Das versetzt ihn in die Lage, dem Unternehmen B eine umfassende Lösung anzubieten. Diese basiert nun einerseits auf Standardkomponenten, sie deckt aber andererseits exakt die individuellen Anforderungen des Maschinenbauers B ab.

Fazit: Unternehmen B bekommt eine zukunftsfähige Komplettlösung, die deutlich einfacher zu warten ist, als die Kombination aus MES und Insellösung für die Gießerei. Gleichzeitig bleibt das System auch in Zukunft offen für weitere mApps. Beispielsweise lässt sich später noch eine Anwendung implementieren, um CAQ-Prozessen abbilden zu können.

Schnelle Integration, neue Geschäftsmodelle

Beispiel 3 – schneller produktiv durch mApps vom Maschinenhersteller: Auf Basis der MIP kann der Maschinen­hersteller M eigene mApps zur Erfassung und Visualisierung von Maschinendaten oder zur automatisierten Übertragung von Einstelldaten anbieten. Diese mApps spielt der Kunststoffverarbeiter C dann auf seine MIP ein und kann sofort mit den neuen Maschinen kommunizieren. Wenn der Hersteller M auch technisch ausgerichtete IT-Anwendungen mit seinen Maschinen und Anlagen ausliefert, können diese nun mit den übrigen in der MIP gespeicherten Daten kombiniert werden. Dadurch erhalten die Anwender im Unternehmen C einen 360-Grad-Blick auf alle Fertigungsprozesse mit allen beteiligten Ressourcen.

Fazit: Unternehmen C kann bei der Integration der neuen Maschinen Zeit und Ressourcen sparen. Gleichzeitig ergeben sich für den Maschinenhersteller neue Geschäftsmöglichkeiten, da er – zusätzlich zu seinen Maschinen – auch einfach zu integrierende IT-Anwendungen anbieten kann.

Fertiges MES oder Plattform?

In vielen Fällen wird zukünftig eine Kombination aus standardisierter Basis und individueller Ausgestaltung zum Ziel führen – sozusagen eine standardisierte Individual-Software. Dafür wird sich der Markt der Fertigungs-IT sukzessive weiterentwickeln. Fertigungsunternehmen haben somit künftig die Wahl, ob sie ein fertiges, markterprobtes MES nutzen wollen oder eine Plattform wie die Manufacturing Integration Platform als Vertreter der nächsten Generation. Ausschlaggebend für diese Entscheidung sind die eigenen Anforderungen, das eigene IT-Know-how und die damit verbundene Indus­trie‑4.0-Strategie.