Industrie 4.0 gibt eine Antwort auf die Frage, wie die industrielle Produktion – und damit verbunden auch die Intralogistik – von Morgen aussehen soll. Sie stellt vor allem die Technologien bereit, mit denen Mensch und Maschine effektiv zusammenarbeiten können. Eine wesentliche Voraussetzung dafür ist eine zugriffssichere Kommunikation. Letztlich lassen sich auf diese Weise auch neue Geschäftsmodelle ableiten.
AUTOR und VORTRAG Franz Knafla ist Master Specialist Energy Efficiency im Bereich Marketing der Business Unit Control Systems bei der Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont.
Vom Hype zum Trend – so lässt sich am besten der derzeitige Stand der Diskussion um Industrie 4.0 zusammenfassen. Und: Die Zeit ist reif für mehr Konkretisierung, zumal wir uns in Deutschland an einer Weggabelung befinden. Entweder wir ergreifen die mit Industrie 4.0 gegebene Chance und setzen sie in wirtschaftlich erfolgreiche Produkte und Dienstleistungen um oder wir nehmen das Risiko eines wirtschaftlichen Abschwungs in Kauf, weil andere Marktteilnehmer und/oder Regionen schneller sind. Entscheidend ist, dass der Weg zu Industrie 4.0 eine bewusste und zielgerichtete Weiterentwicklung und Integration von Technologien, Prozessen und organisatorischen Randbedingungen erfordert – ‚Bewährtes‘ ist also weiter zu nutzen. Im Ergebnis lässt sich dann ein Fertigungssystem (inklusive aller Komponenten wie beispielsweise der ganzen Intralogistik) so auslegen, dass auch heute noch nicht bekannte ‚Anforderungen von Morgen‘ bereits abgedeckt sind. Gelingt dies, erhalten wir zudem einen ‚technischen Hebel‘, der sich auf die Produktivität der menschlichen Arbeitsstunde auswirkt – dieser wird also bewusst unterstützt und nicht überflüssig!
Industrie 4.0 liefert ein Leitbild, wie sich die industrielle Produktion weiterentwickelt. Mensch, Maschine und das Produkt selbst schließen sich zu einem intelligenten und selbstständig agierenden Netzwerk zusammen. Damit lassen sich
- die Vorteile der Massenfertigung auch bei der kundenindividuellen Produktion nutzen, bis hinab zur Stückzahl Eins (Mass Customization),
- Menge und Ablauf in der Produktion nahezu beliebig konfigurieren (Modularisierung),
- Entwicklung und Fertigung parallel takten, so dass sie sich gegenseitig ergänzen (Collaboration),
- Maschinen- und Anlagenkonzepte an neue Bedingungen flexibel anpassen (Adaptivität) und
- sicherstellen, dass Mensch und Anlagen ohne Umwege kommunizieren können (Punkt-zu-Punkt- Kommunikation).
Gefordert ist deswegen eine hierarchielose Integration der horizontalen Wertschöpfungskette und der vertikalen Geschäftsprozesse. Eines der Ziele der Plattform Industrie 4.0 (siehe Info-Tipp im Kasten) ist hier, einheitliche Standards und Schnittstellen über die Querschnittsfunktionen Informations- und Kommunikationstechnik, Elektrotechnik und Automation sowie den Maschinen- und Anlagenbau zu erarbeiten.
Nutzung der Konzepte in der eigenen Fertigung
Phoenix Contact plant, baut und testet die intelligente Produktion auch in den eigenen Produktionsanlagen – in enger Abstimmung mit den unternehmensinternen Kunden. Die hohe Fertigungstiefe, der unternehmenseigene Maschinenbau und das Experten-Know-how in der Automatisierung sind hier von Vorteil. Speziell bei der Variantenfertigung geht es dabei übrigens nicht nur um vollautomatische Prozesse sondern wiederum um die Frage, wie der Mensch – der weiter eine wesentliche Rolle spielt – bestmöglich unterstützt werden kann, wenn eine neue Variante zu fertigen ist. Werkerassistenz-Systeme sind hier ein wichtiger Bestandteil der adaptiven Fertigung, die ebenfalls von Aspekten wie dem durchgängigen Engineering und der damit verbundenen Datendurchgängigkeit profitieren.
Generell setzt der Datenaustausch eine durchgängige und endpunktorientierte Kommunikation in allen Bereichen der beteiligten Systeme voraus. Diese basiert auf dem Internet-Protokoll (IP) und ermöglicht eine Datenübertragung ohne Systembrüche von der Feldebene – also den Sensoren und Aktoren – bis in die Ebene der Geschäftsprozesse hinein mit den dort verwendeten ERP-Lösungen. Dabei ist zu beachten, dass sich neben den zahlreichen Vorteilen, die ein solch nahtloser Datenaustausch bietet, auch einige Herausforderungen ergeben. Sie betreffen insbesondere den Schutz der Systeme vor unbeabsichtigten Fehlbedienungen oder vor Cyber-Attacken. Deshalb werden in der Arbeitsgruppe 4 ‚Sicherheit vernetzter Systeme‘ der Plattform Industrie 4.0 Handlungsempfehlungen formuliert, wie Industrial Security in Zukunft zum Einsatz kommen soll. Eine methodische Bewertung der Risiken entlang der Wertschöpfungskette wird dabei durch die Ableitung von Use Cases in Bezug auf sichere Identitätsnachweise für die beteiligten Produkte, Prozesse und Maschinen ergänzt. Außerdem beschäftigen sich die Arbeitsgruppen-Mitglieder mit der Identifizierung der Anforderungen, die an die Forschung und Standardisierung zu stellen sind.
Sichere Vernetzung bietet zahlreiche Vorteile
Die Kommunikationssysteme müssen sowohl sämtliche Anforderungen hinsichtlich einer Echtzeit-Übertragung in der Feldebene und des Datenaustausches mit ERP-Lösungen erfüllen, als auch Maschinen und Anlagen zuverlässig vor unbefugten Zugriffen schützen (Cyber Security). Phoenix Contact stellt dafür heute schon entsprechende Komponenten zur Verfügung. Ist beides sichergestellt, ergeben sich in der Praxis bereits jetzt eine Reihe von Vorteilen. Ein Beispiel aus dem Phoenix-Contact-eigenen Werkzeugbau ist beispielsweise, dass bei Störungen in mannlosen Schichten am Wochenende gezielt ein Mitarbeiter mit Bereitschaftsdienst verständigt werden kann. Dieser kann dann über eine gesicherte VPN-Verbindung auf den jeweiligen Anlagenteil zugreifen und entsprechende Handlungen auslösen. Ein weiteres Beispiel ist die Erfassung von Energieverbrauchsdaten. Diese lassen sich mit Daten zu den Fertigungsaufträgen aus dem MES zusammenführen. Das ermöglicht wiederum die Analyse und Optimierung von Prozessen, etwa in der Spritzgießfertigung. Ableiten lässt sich daraus auch, wann es sich lohnt, bestimmte Anlagenteile abzuschalten (Stichwort Profienergy) – ohne dass dadurch der Produktionsablauf unterbrochen wird. Auf diese Weise nähert man sich einer Optimierung des Gesamtsystems hinsichtlich des Ressourcenverbrauchs, ohne Gefahr zu laufen, aufgrund der Betrachtung von Teilaspekten die Gesamteffizienz aus den Augen zu verlieren.
Wohlgemerkt: Viele Handlungsfelder sind im Rahmen der Diskussion zu Industrie 4.0 nicht wirklich neu, aber man kann nun auf eine neue Art und Weise nach Lösungen suchen. Nicht zuletzt ergeben sich daraus auch neue Geschäftsmodelle. Ein entscheidender Schlüssel ist dabei vor allem die Kommunikation – mit der Verbindung von IT und Automatisierung. co
Vortrag am 24. Juni 2014 im Rahmen der Veranstaltung ‚Intralogistik als Trendsetter der Industrie 4.0‘. Details dazu unter:
INFO-TIPP
Im Netzwerk lassen sich die Kerngedanken von Industrie 4.0 am besten entwickeln sowie Forschung und Ideenaustausch fördern. Phoenix Contact treibt deswegen diese Entwicklung in folgenden Verbünden voran, über die auch zusätzliche Informationen zu diesen Themen verfügbar sind:
- In der Plattform Industrie 4.0 der Industrieverbände Bitkom, VDMA und ZVEI fließen Ideen aus den Fachgebieten der unterschiedlichen Industrien zusammen.
- Im Spitzencluster it‘s OWL – Intelligente Technische Systeme Ostwestfalen Lippe – wird unter anderem die Automation für wandlungsfähige Produktionstechnik (AWaPro) erforscht.
Ein Pluspunkt ist dabei, dass Phoenix Contact durch seine internationale Ausrichtung dazu beiträgt, Industrie 4.0 als weltweiten Standard der Zukunft in der industriellen Produktion zu etablieren.
Praxis-Beispiel: Automatisierte Lösung zur Konfektionierung und Bestückung von Tragschienen
Mit dem Ziel, die Anforderungen der Kunden noch besser erfüllen zu können, muss sich jede Prozessstation im Rahmen von Industrie 4.0 mit möglichst geringem Aufwand an bekannte und noch nicht absehbare! Produktvarianten anpassen lassen. Wie sich das in der Praxis umsetzen lässt, zeigt das Beispiel der variantenintensiven Fertigung von Schaltschränken unter Kosten- und Zeitdruck. Die Prozesskette umfasst typischerweise eine Reihe von Schritten, wobei zuvor nur für einige Teilprozesse maschinelle Lösungen am Markt angeboten wurden. Als zeit- und personalintensiv erwiesen sich insbesondere die Erstellung von Beschriftungsmaterial, die Bestückung der Tragschienen sowie die Verdrahtung. Während auch diese Prozessschritte grundsätzlich maschinell umsetzbar sind, war es dennoch zuvor nicht gelungen, für die hohe geforderte Variantenvielfalt wirtschaftliche Automatisierungslösungen zu realisieren.
Um hier zu einer Lösung zu kommen, spielten die folgenden Faktoren eine wesentliche Rolle:
- Reduzierung der Komponentenvielfalt durch ein systematisches Varianten-Management in der elektrischen Konstruktion (Lean Design)
- automatisierungsgerechte Gestaltung der zu verbauenden Komponenten (Design to Manufacture)
- wandelbare Linienfertigungskonzepte, Trennung von Logistik und Fertigung sowie produktionsgerechte Bereitstellung des zu verarbeitenden Materials (Lean Manufacturing)
- Fähigkeit der Maschinen, auf Basis von digitalen Auftrags- und Artikeldaten automatisiert Prozesseinstellungen vornehmen zu können (One-Piece-Flow-Fähigkeit)
- paralleles Rüsten während der Hauptzeit (Single Minute Exchange of Die – SMED)
- hohe Stabilität und Robustheit sowie vollständige Transparenz in den automatisierten Prozessen
Entscheidend für den Erfolg sind ein durchgängiges Engineering und ein nahtloser Informationsfluss – was exemplarisch zeigt, wie wichtig das Zusammenspiel von IT- und Automatisierungstechnik ist.
Entstanden sind auf diese Weise Maschinenplattformen, die in der Lage sind, die oben genannten Aufgaben automatisiert zu erfüllen und über deren Steuerungsplattform sich die für den One-Piece-Flow benötigten Auftrags- und Produktdaten übertragen lassen. Und: Eine solche Produktions-Zelle kann selbst im laufenden Betrieb der Anlage entnommen oder hinzugefügt werden, wozu einer Art ‚industrieller USB-Lösung‘ geschaffen wurde (s. Bild).
Teilen:
