Digital durchgängig – von der ersten Idee bis zum Service

Josef Schindler arbeitet in der Business Unit Industrial Automation Systems der Siemens AG in Nürnberg

Der Ursprung von Industrie 4.0 basiert – im Gegensatz zu vorangegangenen Stufen der industriellen Revolution – nicht auf einer Erfindung beziehungsweise der breiten Nutzung einer neuen technischen Errungenschaft, sondern vielmehr auf dem konsequenten Einsatz vorhandener und bereits vielfach eingesetzter Technologien. Experten sprechen deswegen eher von einer Evolution hin zu einer intensiven und flexiblen Vernetzung von Produkt- und Produktionssystemen auf Basis modularer Produktionseinheiten und sogenannter Cyber-physischer Systeme (CPS).

Entscheidend für den Erfolg von Industrie 4.0 wird die Fähigkeit sein, alle verfügbaren Informationen aus den Produktionsprozessen digital abzubilden, zu vernetzen und für die Optimierung kompletter Produktionseinheiten einzusetzen. Siemens beispielsweise unterstützt diese Entwicklung über den gesamten Produktentwicklungs- und Produktionsprozess mit Hilfe einer ganzheitlichen Digital Enterprise Platform – gestützt auf umfangreiche Soft- und Hardwarelösungen, die teils selbst entwickelt wurden und teils aus gezielten Akquisitionen stammen.

Das auf diese Weise entstandene Portfolio erstreckt sich über fünf Phasen, beginnend beim

Mit den Produkten der Digital Enterprise Platform wird es zwischen den verschiedenen Phasen einer Produktion keine Medienbrüche mehr geben. Alle Datenströme zwischen den einzelnen Wertschöpfungsstufen werden dann in alle Richtungen durchgängig sein. Die Vorteile, die sich für Unternehmen daraus ergeben, heißen Effizienzsteigerung, höhere Flexibilität sowie kürzere Time-to-Market – und dadurch ergibt sich insgesamt eine höhere Wettbewerbsfähigkeit.

Die integrative Vernetzung produktionstechnischer Abläufe im Zuge von Industrie 4.0 umfasst drei wesentliche Aspekte:

Flexible Produktionsnetze führen zu Verbesserungen: Ausgehend von den Möglichkeiten der Digital Enterprise Platform und einem variablen Produktionsnetz lassen sich flexible Lieferketten aufbauen, die letztendlich dynamische, unternehmensweite und fertigungssynchrone Entscheidungen ermöglichen und erheblich die Flexibilität erhöhen.

Konsequente Datenintegration für Optimierungskreisläufe: Was in der jüngeren Vergangenheit lediglich als Vision dargestellt wurde, folgt mittlerweile einem klaren Realisierungsschema. Zum einen erfolgt eine Datenintegration schon über die konsequente Verzahnung innerhalb der Automatisierungspyramide (vom ERP über MES und Scada bis hin zur Steuerungs- und Feldebene). Zum anderen wird die nahtlose Einbindung von Prozessen des Product Lifecycle Managements (PLM) forciert, so dass ein homogener Datenkreislauf entsteht, der für eine Optimierung sämtlicher Produktionsprozesse notwendig ist. Wichtig ist, die entsprechenden Aufgabenstellungen softwaretechnisch nahtlos abzubilden und dadurch eine Closed-Loop-Datenintegration überhaupt erst möglich zu machen. Siemens arbeitet derzeit mit Hochdruck an der Vernetzung aller Systeme von der Feldebene bis zu den PLM-Systemen. Softwarelösungen nach dem Vorbild des Manufacturing Operations Managements (MOM), die als Bindeglied zwischen ERP, PLM und Automatisierungsebene eingesetzt werden, liefern hierfür die Grundlage und greifen in ihrem Leistungsvermögen deutlich weiter als die bisherigen Manufacturing Execution Systems (MES). Im Ergebnis führt das zu einer verkürzten Time-to-Market, denn die Produkt- und Produktionsgestaltung wird in dem Maße optimiert, wie die Informationen aus der Produktion in die vorgelagerten Bereiche zurückfließen (Closed Loop). So lassen sich aus den bisherigen seriellen Entwicklungsschritten parallele Prozesse bilden, was zu einer spürbaren Zeitersparnis im Produktionsablauf führt und Optimierungen über den gesamten Wertschöpfungsprozess ermöglicht.

Plug & Produce mit Cyber-physischen Systemen: Der dritte Kernaspekt von Industrie 4.0 ist die Etablierung der Cyber-physischen Systeme (CPS) auf Basis von modularen Produktionseinheiten. Diese sollen modular und flexibel konfigurierbar, kommunikativ und kooperativ miteinander vernetzt sowie kontextsensitiv sein. Sind viele solcher modularen Produktionseinheiten realisiert, ist eine enorme Flexibilität der gesamten Produktion per Plug & Produce ganzer Gewerke erreichbar. Konkret beinhalten solche CPS immer ein reales Gewerk sowie das zugehörige vollständige virtuelle Modell mit allen relevanten dedizierten Funktionen wie Zustandsüberwachung oder Management von Zeiten, Tracking & Tracing, Alarmfilterung oder auch Key Performance Indicatorn (KPI). So können die Produktionsprozesse virtuell dynamisch optimiert werden, bevor der Ablauf in der Realität nachvollzogen wird.

Über den gesamten industriellen Wertschöpfungsprozess bietet Siemens bereits entsprechende Softwarelösungen an, die zueinander kompatibel sind und damit die Nutzung aller vorhandenen Informationen aus der Automatisierung, der Produktion, der Entwicklung oder der Planung ermöglichen. Anwendern erleichtert das die Entscheidung, möglichst frühzeitig aus der Vision von durchgängig vernetzten Produktionsprozessen eine Realität zu schaffen, die leistungsfähig, nachhaltig und effizient ist, um die eigene Wettbewerbsfähigkeit zu stärken.

Viele technische Voraussetzungen dafür sind bereits geschaffen. Entscheidend sind letztendlich jedoch eine gesicherte Datenkonsistenz sowie die durchgehende und konsequente Datennutzung. Hierzu bietet Siemens mit seinem umfassenden, aufeinander abgestimmten Industrie-Softwareportfolio die notwendigen Lösungen: Mit der durchgängigen CAD/CAM/CAE-Software NX lässt sich beispielsweise die Produktgestaltung verbessern, die Produktionsplanung wird mit Tecnomatix spürbar vereinfacht. Beim Produktions-Engineering kommen aus dem Siemens-Portfolio je nach Branche die Softwarelösung Comos für Anlagen-Engineering und -management, das Prozessleitsystem PCS 7 oder die durchgehende Engineering-Umgebung des TIA Portals zum Einsatz.

Die beiden letzten Segmente innerhalb der eingangs erwähnten fünfstufigen Wertschöpfungskette sind Produktionsausführung sowie Services. Während der Produktionsausführung, bei der die MOM-Software Simatic IT unterstützt, profitieren Anwender von Services auf Basis von Cloud-basierten Datenanalysen. Den Daten-Backbone, der alle Bereiche – und damit auch die Softwarelösungen – datentechnisch miteinander verbindet, bildet dabei Teamcenter. Damit lassen sich Feedback-Schleifen durchlaufen, sprich Prozesse wie Bill of Material, Bill of Process und Bill of People definieren, mit denen am Ende einer Produktentwicklung Optimierungsläufe initiiert werden können. Möglich ist das zum Beispiel für Warenströme, Transportlogistik, Taktgestaltung, Qualitätsverbesserung oder Reduktion des Energieverbrauchs.

Ein hoch integrierter Workflow entlang der gesamten Wertschöpfungskette zahlt sich jedoch am stärksten während der Produktionsausführung aus: Wenn die digitalen Abbilder von Produkt und Produktion fertigungssynchron vorliegen, kann der gesamte Wertschöpfungsprozess digital analysiert und ganzheitlich optimiert werden. Dadurch entstehen auch neue Service-Geschäftsmodelle, welche durch Analyse dieser Daten das Optimierungspotenzial ermitteln – beispielsweise hinsichtlich des Energieverbrauchs oder der Reduktion von Stillstandszeiten – und dadurch sehr schnellen Erfolg versprechen. Aus der bisherigen Vision einer intensiv und homogen vernetzten Industrie 4.0 wird damit inkrementell eine greifbare, praktikable und pragmatische Industrieproduktion des 21. Jahrhunderts. co