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MES als Enabler von Industrie 4.0

Die Podiumsdiskussion „MES als Enabler von Industrie 4.0“ stieß auf großes Interesse

Die Podiumsdiskussion „MES als Enabler von Industrie 4.0“ stieß auf großes Interesse

Manufacturing Execution Systems sollen die Durchsetzung des Industrie-4.0-Konzepts befördern – Wunschtraum oder doch realistische Erwartung? Auf einer von der Redaktion moderierten Expertenrunde wurde genau diese Thematik erörtert.

Industrie 4.0 befindet sich derzeit in der Phase kreativer Innovation. Man weiß noch nicht so richtig, wohin es geht und warum. Aber es gibt viele interessante Lösungsansätze. Wo befinden wir uns mit Industrie 4.0 überhaupt? „Im Tal der Tränen sind wir noch nicht“, betont Prof. Jürgen Kletti. „Die allererste Hype-Phase haben wir allerdings auch schon hinter uns.“ Langsam kristallisiert sich seiner Ansicht nach der Nutzen heraus. „In welcher Phase wir uns jetzt befinden, werden einmal die Historiker beurteilen können“, stimmt dem Dr. Marcus Adams zu. „Wir stehen auf jeden Fall noch am Anfang. Das Ziel ist es, die Produktion noch transparenter zu machen und Daten für die Produktion nicht nur bereitzustellen, sondern auch zu nutzen.“ Im „Tal der Tränen“ sei man sicher nicht, dennoch sollte man „allen, die behaupten, ‚bei mir können Sie Industrie 4.0 kaufen‘, mit Vorsicht begegnen.“ Stefan Körte entgegnet darauf: Wir müssen anfangen, um nicht den Anschluss im internationalen Wettbewerb zu verlieren.“ Weiterhin stellt er heraus, dass eine technologische Basis für Industrie 4.0 vorhanden sei. „Zusammen mit den entsprechenden Softwaremodulen der ERP- und Cloud-Welt kann heute schon wertvoller Zusatznutzen generiert werden.“
Laut Angelo Bindi ist die Basis der gesamten deutschen Industrie unterschiedlich: „Industrie 4.0 ist auch für kleine und mittelständische Unternehmen aufgesetzt worden. Es ist Sache der Wahrnehmung, zu beurteilen, wo wir jetzt stehen. Wenn jemand vorher überhaupt keine Daten zur Auswertung aus seiner Fertigungs­anlage herausgeholt und in irgendeiner Form verwertet hat, ist der Schritt für ihn zur vollständigen Implementierung ein ganz anderer, als zum Beispiel für Con­tinental, das sicherheitsgerichtete Systeme für die Automobiltechnik liefert. Wir mussten schon immer auch Technologien und Konzepte für die Datenverarbeitung bereitstellen.“
„Am Anfang von Industrie 4.0 stand eine große Vision“, fährt Gerhard Sutschet fort. „Inzwischen wurden viele Technologien entwickelt und andere adaptiert. Nun müssen diese Technologien mit den Erwartungen zusammengebracht werden. Einiges wird bereits in absehbarer Zeit realisiert sein.“ S. Körte stellt heraus: „Industrie 4.0 sehen wir nicht als großes Ganzes, das plötzlich vom Himmel fällt. Für uns ist das eine lange Reise und wir befinden uns an deren Anfang. Jetzt ist die Zeit gekommen, die Reise zu beginnen und den ersten Schritt zu tun. Die kommunikativen Grund­lagen sind gelegt. Die Hemmschwelle ist soweit gesenkt, dass die Anwender diesen Schritt auch mitgehen können.“

Nutzen von Industrie 4.0
Wie sieht die Anwenderseite das Thema Industrie 4.0? „In kleinen oder mittelständischen Unternehmen wird Industrie 4.0 nicht primär diskutiert“, betont Peter Pauls. „Uns begegnet immer wieder die Situation, dass viele Unternehmen noch mit Papier und Excel arbeiten. Solche Unternehmen machen sich noch weniger Gedanken über Industrie 4.0.“ Doch worin besteht der Nutzen von Industrie 4.0? „Der Hauptnutzen vollständig vernetzter Daten liegt in der daraus gewonnenen Information und der damit möglichen Steigerung der Effizienz“, antwortet P. Pauls. „Mit den Produktdaten aus dem Prozess lassen sich die Produktivität weiter steigern und der Prozess opti­mieren.“
„Industrie 4.0 ist kein Selbstzweck“, ist S. Körte überzeugt. In Gesprächen mit Anwendern habe sich für ihn und sein Unternehmen gezeigt, dass es schon Nutzeffekte gibt, und zwar im Zusammenspiel der Kommunikation, der Daten, die in der Feldebene entstehen, und der Software, die diese weiterverarbeitet und miteinander verknüpft. Etablierte Anwendungsgebiete sind zum einen vorausschauende Wartung als übergreifender und geräteunabhängiger Ansatz und zum anderen Traceability, das sich über eine gemeinsame Kommunikationsplattform und Datenbasis sehr viel effizienter darstellen und realisieren lässt. MES bieten bestmögliche Voraussetzungen für den ersten Schritt zur erfolgreichen Umsetzung von Industrie 4.0.
„Der größte Nutzen liegt in der Transparenz“, formuliert es Prof. J. Kletti allgemein. „Trotz überall vorhandener PC und eines sehr hohen Grads an Vernetzung wird in vielen Unternehmen immer noch sehr viel mit Papier gearbeitet.“ Seit Jahrzehnten gibt es vertikale Inte­gration: Doch durchgängige Transparenz vom obersten ERP-Level bis zur letzten Mikrosekunde in der Automation gibt es in einer durchschnittlichen Fertigung noch nicht. Die nächste Herausforderung ist die horizontale Integration. „Ein Nahziel ist die Verbindung von Fertigungs- und Qualitätskontrolle sowie des Personalein­satzes.“ Auf längere Sicht kommt dann die Einbindung von Lieferanten und Kunden hinzu. Die sich damit befassenden Konzepte gehören seiner Meinung nach zu Industrie 4.0.

Industrie 4.0 ist ein Prozess
„Industrie 4.0 ist kein klar definierter Status, sondern ein Prozess, der kontinuierlich und schrittweise vollzogen wird“, erläutert S. Körte. Als Beispiel führt er das Internet an, über dessen Anfänge wir uns heute amüsieren: Wann ist das Ende erreicht? Bei „WhatsApp“? Bei Facebook? „Industrie 4.0 ist ein Programm und ein Ziel“, bestätigt auch Dr. M. Adams. „Das Einsammeln und das Erzeugen von Daten ist ein ganz wichtiger Aspekt und integraler Bestandteil des gesamten Konzepts und wird weitaus umfangreicher werden.“ Mit Big Data und der Transparenz zwischen unterschiedlichen Unternehmensbereichen lassen sich neue Geschäftsmodelle entwickeln. „Industrie 4.0 selbst ist aber kein Geschäftsmodell, sondern hat zum Ziel, Produktionsprozesse zu optimieren“, schließt er an. Und Erhöhung der Effizienz heißt nicht nur Kostenoptimierung, sondern vor allem auch Nachhaltigkeit. MES spielen dabei eine entscheidende Rolle und liefern die entsprechenden Kennziffern.
„Je mehr Daten zur Verfügung stehen, umso effizienter kann Nutzen generiert werden“, fährt S. Körte fort. Der Service für den Kunden wird zielgerichteter und dessen Produktivität erhöht sich. Als konkrete Einsparung nennt er die Vermeidung von festen Wartungszeiten mit den damit verbundenen Stillständen.
„Produktion ist heute von Chaos und Verschwendung gekennzeichnet“, provoziert P. Pauls. Die Einführung von MES-Lösungen kann allein Einsparungen in zweistelliger Größenordnung ermöglichen. „Bestände können heruntergefahren werden, weil Echtzeitinformationen vorliegen. Stillstandzeiten lassen sich vermeiden. Auf Störungen kann schneller reagiert werden“, gibt er als Beispiele. „Die Etablierung von Regelkreisen verbessert die Produkt- und Fertigungsqualität.“

Industrie 4.0 setzt MES voraus
Welche konkreten Aufgaben übernehmen MES innerhalb von Industrie 4.0? „MES werden Kenndaten aus unterschiedlichen Bereichen zusammenführen, miteinander verknüpfen und auswerten, um zum Beispiel vorausschauende Wartung überhaupt erst zu ermöglichen“, so Dr. M. Adams. Als Beispiel führt er an: „An der Spitze eines Drehmeißels kann man keinen Sensor anbringen, aus vorhandenen Daten aber sehr wohl auf die Material­abnutzung schließen.“ Entsprechend können dann Werkzeuge gewechselt werden.
„Das Wunschszenario ist eine kontinuierliche und störungsfreie Produktion“, erläutert Prof. J. Kletti. „Die Aufgabe ist es, diesem Ziel so nahe wie möglich zu kommen.“ Eine transparente Fabrik ermöglicht es, schnell auf Störungen reagieren zu können. Man muss mit einer automatisierten Feinplanung schnell und auch richtig reagieren können. G. Sutschet unterstreicht ebenfalls die Bedeutung der Feinplanung, wobei dies seiner Meinung nach in Zukunft vermehrt auf einem verteilten statt einem zentralen Ansatz basieren wird. „Energiemanagement wird darüber hinaus ein wichtiges Einsatzgebiet für MES“, ergänzt er. Und A. Bindi pflichtet dem bei: „Transparente Daten sind erforderlich. Wir können aber nur das bewerten und ändern, von dem wir wissen, dass wir es ändern müssen. MES sind die Basis für solche Änderungen. Hier laufen alle Informationen zusammen und werden in­telligent miteinander verknüpft, um effiziente Reaktionen daraus ableiten zu können.“ Trotz dezentraler Lösungen für die Feinplanung wird laut P. Pauls eine zentrale Instanz für die Koordination benötigt. Mit agentenbasierten Systemen lassen sich zentrale und dezentrale Ansätze miteinander verknüpfen.
Laut Prof. J. Kletti haben sich dezentrale Ansätze in der Praxis längst durchgesetzt. „Das zentrale ERP-System, über welches alles läuft, gibt es nur in der Wahrnehmung, nicht aber in der Realität.“ MES-Lösungen bieten mit ihren Leitständen De­zentralität. Oft hinkt eher die Fertigungsorganisation hinterher. „Eine selbstorganisierende Produktion wird dynamischer sein“, führt Dr. M. Adams dazu aus. „Die Planstellen werden sich darauf einstellen müssen.“ Er nennt ein Beispiel aus der Praxis, bei dem bereits die Nutzung der Stillstandzeiten für die Wartung zu einer erheblichen Produktivitätssteigerung führen würde.
„Wir spielen zwar als Automatisierungsspezialist eine zentrale Rolle, sind aber nicht zwingend im Wertschöpfungsprozess integriert“, sagt S. Körte. Er sieht die Zuständigkeit des Kommunikationsspezialisten Hilscher darin, von jedem Feldgerät bis herunter an den Sensor die anfallenden Daten so zu transportieren, dass sie ein MES, ein Cloud-Konzept oder eine wie auch immer geartete IT-Schnittstelle verstehen kann. Die eigentliche Wertschöpfung findet dann in der Software statt, in der das Datenmaterial genutzt wird, um Mehrwert zu generieren. Dafür soll ein einheitliches Verfahren etabliert werden, um die Daten von der Feldebene in der richtigen Form zur Verfügung zu stellen. „Für dieses Verfahren nutzen wir die vorhandenen Feldbus- oder Realtime-Ethernet-Systeme und keinesfalls eine Zweitverdrahtung oder Ähnliches“, schließt der Hilscher-Manager an. „Über ‚IoT‘-Telegramme werden die Daten aus den Geräten abgeholt und über ein Gateway flexibel verschiedenen Architekturen zur Verfügung gestellt.“ Das Generieren von Nutzen aus diesen Daten ist dann Aufgabe der MES-Welt.

Aus Datenmengen Nutzen generieren
„Wir brauchen diese Daten auf jeden Fall“, bestätigt auch Dr. M. Adams. Darüber hinaus wird zudem die drahtlose Kommunikation an Bedeutung gewinnen. Wobei es für A. Bindi weniger um die Daten selbst geht, sondern vielmehr um deren möglichst effiziente Nutzung: „Im Vorfeld muss klar sein, welche Daten benötigt werden.“ S. Körte bestätigt: „Daten ohne Nutzen zu generieren und zu sammeln, ist nicht zielführend.“ Der Lösungsansatz von Hilscher basiert auf Anregungen von Geräteherstellern und Maschinenbauern aus der Praxis. Dabei geht es zum Beispiel um vorbeugende Wartung oder etwa darum, Betriebstemperaturen in vorgegebenen Grenzen zu halten. „Von barrierefreier Kommunikation sind wir sicher noch weit entfernt“, gibt P. Pauls jedoch zu Bedenken.
„Big Data ist kein wirkliches Problem“, meint A. Bindi. „Wir sind in der Lage, Milliarden von Datensätzen zu sammeln und zu verarbeiten. Wichtiger sind die Varianz der Daten, der Kontext, in dem sie entstehen, und die Analyse.“ Mit Data Analytics entstehen sinnvolle Anwendungen. Daten werden auf den Prozess hin optimiert verknüpft und ausgewertet: „Die Produktivität steigt zum Beispiel, wenn ein Prozessschritt eingespart werden kann, weil etwa ein Teil einen Prüfprozess gar nicht erst durchlaufen muss.“ Auch ohne ein Freund der Vorratsdatenspeicherung zu sein, sei „eine gewisse Datenbasis erforderlich, um Muster zu erkennen und Prozesse zu optimieren“, meint der Continental-Manager. „Große Datenmengen ergeben nur dann Sinn, wenn Nutzen daraus generiert wird“, bestätigt auch P. Pauls. „So kann auch ausgeschlossen werden, dass Daten missbräuchlich verwendet werden.“ Und Dr. M. Adams pflichtet bei: „Eine sinnvolle Datenfilterung ist wichtig, um die relevanten Informationen zu selektieren.“
„Daten werden dort gesammelt und interpretiert, wo sie hingehören und wo man auch eine direkte Reaktion generieren kann“, führt Prof. J. Kletti aus. Das heißt aber nicht, dass jeder Sensor bis ins ERP durchgeschleift werden muss. „Die Möglichkeit der Anbindung jedes Sensors an die Cloud soll vorhanden sein“, ist S. Körte überzeugt. Aus jedem Feldgerät können Daten abgefragt und auch weiter transportiert werden. Er betont: „Die Auswertung dieser Daten muss aber in verschiedenen Stufen erfolgen. Temperaturverläufe mehrerer Sensoren sind zur Gewinnung eines Temperaturprofils wichtig. Wir sehen es als unsere Aufgabe an, die Daten jedes einzelnen Sensors zur Verfügung zu stellen, um eine Weiterverarbeitung zu ermöglichen. Die Skalierung liegt dann aber in der Verantwortung des Anwenders.“ G. Sutschet fasst zusammen, dass nicht alle Sensor­daten die gleiche Priorität haben: „Vieles hängt also von der Prioritätsvergabe ab.“
A. Bindi betont, dass MES nicht nur in der Cloud betrieben werden: „Die Cloud ist nicht nur ein Datenspeicher. In einer Cloud laufen Anwendungen.“ Wenn eine eigene Infrastruktur zur Datenverarbeitung vorhanden ist, wird keine Cloud benötigt. „Für viele kleinere und mittlere Unternehmen ist sie aber das Mittel der Wahl, um ihre spezielle MES-Anwendung dort zu konfigurieren und laufen zu lassen“, erklärt er weiter.
Angesichts der Vielfalt der Maschinen ist es laut A. Bindi wichtig, die richtigen Standards zu definieren. Viele Prozessdaten, wie etwa die Zykluszeit, sind vom eigentlichen Prozess unabhängig standardisiert: „Die Definition standardisierter Parameter ist ein Vorteil des Systemansatzes.“ In diesem Sinn sind MES „eine standardisierte Lösung für individuelle Prozesse“. Dr. J. Kletti bestätigt, dass man bei der überschaubaren Anzahl von Ziel­daten über einfache Parametrierung die benötigten Werte einstellen könne. Dies funktioniere ähnlich wie bei den von Excel hinterlegten Formeln. „Ein MES-Werkzeug liegt immer auf einer neutralen Ebene und darf nie maschinenabhängig sein“, unterstreicht Dr. M. Adams. „Der Betreiber sorgt für die Datendurchgängigkeit, wobei Echtzeit nicht Höchstgeschwindigkeit bedeutet.“ Für viele betriebliche Abläufe reicht es aus, dass innerhalb längerer Intervalle garantiert eine Reaktion erfolgt. Laut Prof. J. Kletti sind die Anforderungen an ein MES in der acht Jahre alten VDI-Richtlinie 5600 enthalten, die auch in Zeiten von Industrie 4.0 ihre Gültigkeit behält.

Neue Funktionalitäten für Industrie 4.0 via MES
Es geht keinesfalls nur um Daten­erfassung. Wichtig ist das „E“ für Execution in MES in Bezug auf Industrie 4.0. „Es geht um Anwendungen, die aus der Vernetzung einen Nutzen generieren“, betont Prof. J. Kletti. Als Beispiel nennt er die Erhebung von Schwachstellendaten aus der Fertigung und die Rückführung in die Konstruktion, um Fehler vorausschauend zu vermeiden. „Datenverarbeitung ist nur Mittel zum Zweck“, bestätigt auch A. Bindi. „Der Nutzen liegt in der schnelleren, prozessorientierten Reaktion auf Ereignisse.“ Alle Daten so zu vernetzen, dass Rückkopplungen entstünden, ist laut Dr. M. Adams Aufgabe der MES: „Diese Daten für alle Bereiche zur Verfügung zu stellen und Nutzen für die Produktion, das Produkt und dessen Qualität zu generieren, ist das Ziel. Wenn das erreicht ist, dann haben wir Industrie 4.0.“
„Neue Funktionalitäten für Industrie 4.0 können via MES realisiert werden“, ist G. Sutschet überzeugt. „Diese neuen Chancen führen aber auch zu neuen Risiken, wie beuspielsweise die IT-Sicherheit.“ Auch Prof. J. Kletti ist überzeugt, dass MES bei Industrie 4.0 die zentrale Rolle spielen: „Fangen wir mit MES an und realisieren basierend darauf Industrie 4.0.“ Auch P. Pauls ist überzeugt, dass MES die geeigneten Assistenzsysteme für alle involvierten Mitarbeiter in Bezug auf Industrie 4.0 sein werden.

Dr. Marcus Adams, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Kletti, Gerhard Sutschet, Stefan Körte, Peter Pauls und Angelo Bindi (v. l. n. r.)

Dr. Marcus Adams, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Kletti, Gerhard Sutschet, Stefan Körte, Peter Pauls und Angelo Bindi (v. l. n. r.)

Die Teilnehmer der Expertenrunde

Industrie 4.0 Innovation Award: Einreichungen ab der Hannover Messe möglich

Erstmals wird in diesem Jahr der Industrie 4.0 Innovation Award vom VDE VERLAG in Zusammenarbeit mit dem ZVEI ausgeschrieben. Die Ausschreibung richtet sich an alle Unternehmen und Institutionen aus dem In- und Ausland. Zur Teilnahme zugelassen sind Produkte und Innovationen, die einen gewinnbringenden bzw. unterstützenden Beitrag im Zusammenhang mit Industrie 4.0 leisten.

Zweistufiges Abstimmungsverfahren
Der Einreichungszeitraum beginnt mit dem Start der Hannover Messe am 25. April und endet am 10. Juni 2016. Aus allen Einreichungen wählt eine unabhängige Jury die aus ihrer Sicht zehn besten Industrie-4.0-Produkte und -Innovationen aus. Der VDE VERLAG stellt die „Top 10“ in seinen Fach­medien etz elektrotechnik & automation und openautomation (Printmedium, Newsletter, Online-Portal) vor.
Ab dem 1. Juli 2016 wird das Online-Abstimmungsverfahren eingeleitet, über das die öffentliche Bewertung möglich ist. Die Online-Abstimmung endet am 31. Oktober 2016.
Der VDE VERLAG ermittelt im Anschluss die drei meist gewählten Industrie-4.0-Innovationen. Die Preisverleihung findet in feierlichem Rahmen am 1. Dezember 2016 statt.
Zugelassen sind nur Einreichungen, die schriftlich mit dem beim VDE VERLAG erhältlichen Formular erfolgen.
Weitere Details sowie das Anmeldeformular sind erhältlich unter: www.openautomation.de