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Plattformansatz von Actyx erleichtert Edge Computing in der Fabrik

Nominiert für DIGITALIZATION Actyx AG: Fertigungsprozesse lokal vernetzen
Plattformansatz erleichtert Edge Computing in der Fabrik

Die Optimierung von Fertigungsprozessen ‚on the edge‘ beim Edge Computing kann Rechenprozesse beschleunigen und die Ausfallsicherheit erhöhen – insbesondere durch die schnelle Kommunikation innerhalb der Fabrik. Actyx bietet für dieses Edge-Computing eine Plattform, die auf Local-First-Cooperation setzt und es dem Programmierer erlaubt, sich auf das Wesentliche zu konzentrieren.

Maximilian Fischer, Gründer der Actyx AG, München

Hinweis:
Die hier vorgestellte Lösung wurde in der Rubrik DIGITALIZATION für den Automation Award 2021 nominiert.

Inhaltsverzeichnis

1. Probleme per Edge-Computing direkt erkennen
2. Vorteile des Edge Computing
3. Lokale Rechenkapazität anstelle zentraler Server
4. Orchestrierung von Produktionen
5. Edge-Computing-Plattform ermöglicht schnelle Implementierung
6. Digitalisierung wird greifbar
7. Praxisbeispiel CTA

Innerhalb einer Fabrik sind jede Maschine, jeder Prozess und jeder Sensor eine potentielle Datenquelle, die sich in Echtzeit verwenden lässt. Kann man diese Daten auslesen und verfügbar machen, lassen sich datenbasierte Entscheidungen treffen, die sich am Ende in höherer Produktivität und geringeren Kosten niederschlagen.

Fertigungsprozesse eignen sich daher sehr gut, um ‚on the Edge‘ optimiert und gesteuert zu werden. Gerade in Zeiten des digitalen Aufschwungs haben Fabriken, die ihre Prozesse datenbasiert optimieren, einen klaren Wettbewerbsvorteil. Dafür ist es wichtig, dass Daten schnell und zuverlässig bearbeitet werden können. Der Edge-Computing-Ansatz bringt hier viele Vorteile.

Probleme per Edge Computing direkt erkennen

Mit Hilfe des Edge-Computings können Maschinendaten direkt auf der Maschine ausgewertet werden. So kann etwa eine Abfüllmaschine auf Basis der Umgebungs- und Füllguttemperatur Parameter nachjustieren, um den optimalen Durchfluss zu bekommen. Dank Edge-Computing kann die Maschine ein solches Problem direkt erkennen und darauf reagieren – ganz ohne Daten an einen externen Server oder in die Cloud zu schicken.

Vorteile des Edge Computing

Der Vorteil des Edge-Computings zeigt sich vor allem, wenn mehrere Parteien am Prozess beteiligt sind. Am Beispiel der Abfüllmaschine: Die Anpassung der Durchflussgeschwindigkeit in der Maschine hat eine geänderte Taktung zur Folge. Diese Taktung ist ein wichtiger Parameter für die nachfolgende verarbeitende Maschine. Eine auf Edge-Computing bauende Software ermöglicht es, diesen Informationsaustausch lokal stattfinden zu lassen. Die verarbeitende Maschine kann ihre Einstellungen angleichen, ohne dass Daten die Fabrik verlassen. Das beschleunigt nicht nur Rechenprozesse, sondern erhöht auch die Ausfallsicherheit des Prozesses. Analog können weitere Maschinen in den Prozess eingebunden werden oder sogar Roboter, wie selbstfahrende Transportfahrzeuge zur Just-in-time-Belieferung der Maschine mit Materialien.

Lokale Rechenkapazität anstelle zentraler Server

Es gibt wenige Voraussetzungen, um Edge-Computing in einer Fabrik zu etablieren. Im Wesentlichen werden zwei Komponenten benötigt: Lokale Rechenkapazitäten und ein lokales Netzwerk. Bei Rechenkapazitäten wird traditionell an Server gedacht. Oft reicht aber auch direkt an die Maschine angebundene Rechenleistung, wie ein industrieller Raspberry Pi oder das Industrie-Tablet des Werkers. Für Kommunikation zwischen Maschinen ist ein lokales Netzwerk in Form von LAN oder WLAN erforderlich. Wenn Edge-Computing-Anwendungen Maschinendaten auswerten müssen, braucht man zudem noch eine Schnittstelle zur Maschine. Je nach Maschine können moderne OPC-UA-Schnittstellen verwendet werden oder es wird auf Feldbusse oder Digital I/O zurückgegriffen.

Sind diese Elemente vorhanden, steht der Digitalisierung von Prozessen on the edge nichts mehr im Weg. Was nun notwendig ist, ist die eigentliche Software, die Daten ausliest, analysiert und kommuniziert. Solche Software lässt sich teilweise auf dem Markt einkaufen. Oft werden allerdings maßgeschneiderte Lösungen entwickelt, die auf die konkreten Prozesse und Anforderungen der Fabrik zugeschnitten sind. Dies kann von der Fabrik-IT übernommen werden, die meisten Fabriken greifen jedoch auf einen Partner zurück, der die Entwicklung und Implementierung der Software übernimmt und dabei die gesamte technologische Umsetzung im Blick hat.

Orchestrierung von Produktionen

Wie wir im einführenden Beispiel gesehen haben, präsentiert sich der Mehrwert des Edge-Computings vor allem im Zusammenspiel verschiedener Elemente in der Fabrik – sprich Maschinen, Menschen und IT-Systemen. Das lässt sich an einem Predictive-Maintenance-Beispiel gut veranschaulichen: Eine Maschine, die ihre Daten ausliest und auf potentielle Probleme analysiert, kann melden, wenn beispielsweise ein Teil ausgetauscht werden sollte, bevor es kaputt geht. Das allein verhindert aber noch nicht, dass das Teil tatsächlich bricht und im Zweifelsfall eine gesamte Produktionslinie stilllegt. Um einen störungsbedingten Stillstand zu verhindern, muss die Maschine nicht nur in der Lage sein, das Problem zu erkennen, sondern sie muss zusätzlich einen Instandhaltungsmitarbeiter informieren, dass das risikobehaftete Teil auszutauschen ist. Zudem braucht es eine Teile-Anforderung in der Logistik und das Ersatzteil muss kommissioniert und vom Gabelstaplerfahrer an die Maschine geliefert werden. Und letztlich braucht der Instandhaltungsmitarbeiter Instruktionen, wie das Teil auszutauschen ist – ein Prozess, bei dem Maschine, Werker und Logistikmitarbeiter perfekt aufeinander abgestimmt sein müssen.

„Noch wird die wirkliche Power der Edge überhaupt nicht genutzt“

Edge-Computing-Plattform ermöglicht schnelle Implementierung

Genau hier liegt der Mehrwert der Actyx-Plattform der Actyx AG aus München. ActyxOS ermöglicht es, die unterschiedlichen Elemente einer Fabrik zu orchestrieren und Fabrikprozesse durch Software zu optimieren. Mit der Plattform können erste Lösungen schnell implementiert werden und sind einfach zu skalieren.

Das ganze System beruht auf einem neuen Computing-Ansatz: Local-First-Cooperation. Anstatt auf traditionelle Herangehensweisen mit zentralen Servern, speicherprogrammierbaren Steuerungen und Message Brokern zu setzen, wird Fabrik-IT aus einer neuen Perspektive betrachtet. Im Fokus steht die lokale Kooperation der einzelnen Elemente. Das bedeutet: Software läuft direkt auf lokalen Edge-Geräten (Tablets, Gateways, Scannern), Kommunikation zwischen den Instanzen geschieht automatisch peer-to-peer und Entwickler fokussieren sich ausschließlich auf das Programmieren der Domäne. Der Trick des Ansatzes ist, dass der Programmierer die Logik so programmiert, als liefe sie auf nur einem Computer. Die Logik wird aber auf dutzenden oder hunderten Rechnern automatisch durch die Plattform ausgeführt. So wird Ausfallsicherheit mit einfacher Programmierung kombiniert.

Da Berechnungen dezentral auf den einzelnen Geräten ausgeführt werden, bleiben diese auch bei Netzwerkausfällen funktionsfähig und synchronisieren sich, sobald die Verbindung wiederhergestellt ist. Ein idealer Ausgangspunkt für eine schrittweise Digitalisierung von Fabriken.

Digitalisierung wird greifbar

Der erste und wichtigste Schritt für die Digitalisierung einer Fabrik ist es, ein operatives Problem zu identifizieren, welches konkret angegangen werden soll. Technologie ist kein Selbstzweck, sondern muss immer ein Problem lösen. Auf der Actyx-Plattform aufbauende Software ist einfach zu skalieren. Daher kann ein erster Schritt sein, einen einzelnen Arbeitsprozess mit wenigen Werkern und Maschinen zu digitalisieren oder eine einzelne Produktionslinie umzurüsten. Der Fokus auf ein konkret zu lösendes Problem in einem ausgewählten Bereich hilft, den ROI eines IT-Projektes innerhalb weniger Wochen zu validieren. Die verteilte Architektur von ActyxOS macht es einfach, das System zu erweitern und in einem Bereich implementierte Anwendungen nachfolgend auf die gesamte Fabrik zu skalieren. So wird Digitalisierung zugänglicher und greifbarer.

Fabriken, die Software on the edge auf der Actyx-Plattform implementiert haben, sind sehr zufrieden. Von relativ einfachen Use Cases wie Prozesstransparenz durch Visualisierung von Maschinen- und Betriebsdaten bis hin zu komplexeren Implementierungen, wie einem sich flexibel steuernden Produkt durch Montagelinien, erkennen die Anwender, wie schnell sich der Mehrwert ihrer Lösung in der Fabrik bemerkbar macht.

Praxisbeispiel CTA

Ein aktuelles Beispiel ist die Entwicklung einer Anwendung zur Verknüpfung von Produktion und Logistik durch die CTA GmbH in Ludwigsburg. CTA, ein mittelständischer Auftragsabfüller von chemisch-technischen Produkten, implementierte eine App zur Auslösung von Transportaufträgen an der Maschine. Maschinen melden prädiktiv fertige Paletten und Mitarbeiter können fehlendes Material über Tablets anfordern. Die ausgelösten Transportaufträge enthalten detaillierte Informationen zum Lagerort und Bestand des angeforderten Materials. Gabelstaplerfahrer können Aufträge so direkt annehmen und abarbeiten. Zudem werden ausgelieferte Materialien direkt im ERP-System verbucht, so dass Bestände ohne zusätzlichen Aufwand zeitnah und akkurat abgebildet werden. 

Durch die Lösung konnte CTA Maschinenstillstände durch fehlendes Material erheblich reduzieren und die Mitarbeiterproduktivität signifikant steigern. Die CTA-eigene IT konnte die Lösung mithilfe der Actyx-Plattform innerhalb von zwei Wochen umsetzen. (co)

Weitere Details zur Softwareplattform von Actyx:
hier.pro/9MnAk

Kontakt:
Actyx AG
Dachauer Str. 192
80992 München
Tel. +49 89/9439 7400
contact@actyx.io
www.actyx.com


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