MPDV: Die Anforderungen an die Produktion sind enorm gewachsen. Hohe Variantenvielfalt, kurze Lieferfristen, schnelle Prozessanpassungen, kleinere Losgrößen – all das erhöht die Komplexität. Dafür braucht es ganz klar eine Smart Factory. Und die wiederum braucht bestimmte Prozesse, Funktionen und Anwendungen, um den Anforderungen gerecht zu werden. Kurzum: Es ist Zeit für Smart Factory Elements. Doch was steckt hinter diesem Begriff? Herzlich willkommen zu einer neuen Ausgabe von Factory Rock – die Zukunft der Fertigung im Takt. Diesmal beschäftigen wir uns mit dem Modell Smart Factory Elements, einem Modell, dessen Elemente zusammen einen geschlossenen Regelkreis bilden. Einen Regelkreis, der alle relevanten Prozesse und Datenströme in der Fertigung umfasst.
MPDV: Was heißt das im Einzelnen? Grundsätzlich ist wichtig zu wissen: Der Regelkreis gemäß dem Modell Smart Factory Elements sieht vor, dass auf Basis von Vorgaben unterschiedlicher Quellen die Fertigung geplant, Stichwort Planning & Scheduling, und diese Planung dann umgesetzt bzw. ausgeführt wird, das ist Execution. Die dabei erfassten Daten werden analysiert, Stichwort Analytics, um daraus unter anderem Vorhersagen abzuleiten, das ist dann das Thema Prediction. Diese Vorhersagen werden zusammen mit anderen Erkenntnissen wiederum in die Planung einfließen. Das Industrial Internet of Things unterstützt diesen Kreislauf durch die Erfassung und Bereitstellung von Daten sowie durch dezentrale Echtzeit-Anwendungen im Shopfloor. Schauen wir uns die fünf Elemente im Einzelnen an.
MPDV: Den Anfang macht das Element Planning & Scheduling mit Funktionen und Anwendungen für typische Aufgaben der Arbeitsvorbereitung. Dazu zählen das Planen und Vorbereiten von Aufträgen und Arbeitsgängen sowie Ressourcen und Mitarbeitern. Aber auch die Qualitätssicherung sowie Wartungs- und Instandhaltungsaktivitäten müssen geplant und ggf. auch vorbereitet werden. Nicht zuletzt gilt es, dabei sowohl den Materialeinsatz als auch den Energiebedarf der anstehenden Fertigungsaufträge zu berücksichtigen. Auch wenn sich in der Smart Factory zukünftig immer mehr Abläufe selbst regeln, wird es doch eine Instanz brauchen, die auf Basis von Vorgaben aus dem ERP-System plant, was produziert werden soll. Und die mögliche Zielkonflikte bei der Planung auflösen kann. Hier setzt beispielsweise das Advanced Planning and Scheduling System, kurz APS, FEDRA von MPDV an. Für die Planung von Wartungen sowie für die Prüfplanung in der Qualitätssicherung stellt HYDRA X geeignete Funktionen und Anwendungen zur Verfügung.
MPDV: Das zweite Element ist die Execution. Es sorgt mit seinen Funktionen und Anwendungen dafür, dass die definierten Vorgaben korrekt und effizient umgesetzt werden. Das umfasst beispielsweise die Fertigungssteuerung. Oder die fortlaufende Überwachung der Prozessqualität. Es kann, auf Basis dieser Anwendungen, auch eine Prozessverriegelung realisiert werden. Das begleitende Online-Monitoring unterstützt die Früherkennung von Abweichungen. Das steigert die Reaktionsfähigkeit der Mitarbeiter im Shopfloor enorm. Während der Produktion werden kontinuierlich Daten erfasst und je nach geltenden Regularien für die Dokumentation der Herstellung bzw. die Rückverfolgbarkeit abgespeichert. Das MES HYDRA X von MPDV bietet auch dazu ein breites Spektrum an nützlichen Funktionen und Anwendungen.
MPDV: Element Nummer 3: Analytics. Oder auf Deutsch ausgedrückt: Auswertung und Analyse. Um die erfassten Daten für Kennzahlen und Reports aufzubereiten, nutzen die Funktionen und Anwendungen des Elements Analytics Künstliche Intelligenz und andere innovative Methoden. Neben klassischen Tabellen und Diagrammen stellen diese Anwendungen auch umfangreiche Langzeitanalysen und Big-Data-Auswertungen zur Verfügung. Auch flexible Self-Service-Analytics-Anwendungen gibt es. Letztere sind vor allem dann wichtig, wenn viele Daten aus unterschiedlichen Quellen korreliert und nach verschiedenen Kriterien ausgewertet werden sollen. Klassische Werkzeuge von solchen Self-Service-Analytics sind Pivot-Tabellen, intelligente Filter und Drill-Down-Funktionen. HYDRA X bietet eine Vielzahl von Funktionen und Anwendungen zur Auswertung und Analyse von Daten aus dem Shopfloor. Die schichtbezogene Nutzgradanalyse von MPDV ist schon eine Anwendung, die Künstliche Intelligenz nutzt.
MPDV: Kommen wir nun zum vierten Element: Vorhersagen und optimieren oder kurz: Prediction. Auf Basis von statistischen Methoden und Künstlicher Intelligenz ermöglichen Funktionen und Anwendungen des Elements Prediction Vorhersagen aller Art. Typische Anwendungen sind Predictive Maintenance oder die Hochrechnung der Materialreichweite. Einen komplett neuen Aspekt bringen Anwendungen wie Predictive Quality ins Spiel. Dabei wird auf Basis erfasster Prozessdaten und hinterlegter Modelle die Qualität eines Artikels vorhergesagt – während dieser gerade produziert wird. Viele weitere Anwendungen dieser Art sind in unterschiedlichen Bereichen der Fertigung möglich. Das hilft, Ressourcen einzusparen. Beispielsweise enthält HYDRA X eine Anwendung zur Vorhersage der Rüstzeit in Abhängigkeit von beliebigen Einflussfaktoren.
MPDV: Und schließlich das fünfte und letzte Element der Smart Factory Elements: Das Industrial Internet of Things, kurz IIoT. Durch Vernetzung und Edge Computing verbinden Funktionen und Anwendungen des Elements Industrial Internet of Things (IIoT) den Werker und die reale Welt mit dem digitalen Abbild der Smart Factory. Dabei kommen viele bereits etablierte Anwendungen zum Einsatz wie automatisierte Datenübernahme, digitale Maschinenanbindung, aber auch die manuelle Datenerfassung. Insbesondere in Fabriken, deren Abläufe von Montageprozessen beherrscht werden, sind auch die Informationsbereitstellung im Shopfloor oder die prozessorientierte Werkerführung wichtig. Abseits der verwendeten Technologien sorgen diese Anwendungen dafür, dass alle anderen Smart Factory Elements mit aktuellen Daten versorgt werden beziehungsweise deren Daten im Shopfloor zur Verfügung stehen, wenn sie benötigt werden. Insbesondere die mApps der HYDRA X Kategorie Assembly Management steuern und überwachen Echtzeit-kritische Prozesse, die typischerweise in der variantenreichen Serienfertigung vorkommen. Aber auch die Shopfloor Messaging Services von HYDRA X unterstützen den Werker bei der direkten und systemgestützten Kommunikation. Die Manufacturing Integration Platform MIP dient im Sinne des Elements IIoT als universelle Informations- und Datendrehscheibe. Sie kann aber auch Anwendungen unterschiedlicher Anbieter miteinander verbinden.
MPDV: Das war jetzt der theoretische Überbau. Wie kann man sich die Smart Factory Elements nun in der Praxis vorstellen? Dazu ein Szenario: Zunächst werden in Anwendungen aus dem Element Planning & Scheduling mehrere Fertigungsaufträge aus dem überlagerten ERP-System übernommen und zusammen mit Ergebnissen aus den Elementen Analytics und Prediction in geeignete Planungstools wie APS FEDRA geladen. Zum Beispiel kommt aus Analytics die Erkenntnis, dass Artikel A auf Maschine 1 um 30 Prozent effizienter gefertigt werden kann als auf Maschine 2. Und aus Prediction kommt die Vorhersage, dass Maschine 3 mit einer Wahrscheinlichkeit von 75 Prozent in den nächsten drei Tagen wegen abgenutzter Kugellager ausfallen wird. Dann entscheidet der Mitarbeiter in der Arbeitsvorbereitung, die übernommenen Aufträge für Artikel A auf Maschine 1 einzuplanen und alle anderen auf die verbleibenden Maschinen zu verteilen. Gleichzeitig setzt er für Maschine 3 eine Wartung für übermorgen an, um die Kugellager zu überprüfen und bei Bedarf auszutauschen. Diese Planungen gehen dann zu Anwendungen des nächsten Elements: Execution. Die Werker an den Maschinen sehen die anstehenden Aufträge und melden diese an, sobald der jeweils vorangehende Auftrag beendet ist. Gleichzeitig wird jeweils ein Prüfauftrag angemeldet. Denn im Qualitätsmanagement wurde bereits vor einiger Zeit festgelegt, dass bei allen Artikeln jedes 500ste Stück einer Prüfung unterzogen werden soll, bei der diverse Abmessungen überprüft werden müssen. Es werden nun kontinuierlich aktuelle Kennzahlen sowie der Auftragsfortschritt am Werkerterminal angezeigt. Nach den ersten 500 Stück wird der Werker auf die anstehende Prüfung hingewiesen. Er entnimmt das entsprechende Teil und prüft die vorgegebenen Merkmale mit einem digital angebundenen Messschieber. Das System erfasst sowohl die laufenden Produktionsdaten als auch die Ergebnisse der Qualitätsprüfungen über die Schnittstellen aus dem Element IIoT. Weichen die gemessenen Werte zu stark von den Sollvorgaben ab, wird die Produktion sofort gestoppt und ein Einrichter wird benachrichtigt. Der prüft die Einstellungen der betroffenen Maschine und justiert sie bei Bedarf nach. Sobald ein Auftrag abgeschlossen ist, wird der nächste angemeldet. Am nächsten Tag kommt ein Mitarbeiter der Instandhaltung und kümmert sich um die angesetzte Wartung an Maschine 3. Hierbei erfasst er seine Arbeitszeiten manuell mit einer App auf seinem Smartphone. Im Meisterbüro wiederum nutzt der Schichtleiter Analytics-Funktionen, um sich einen Überblick über Produktivität und Ausschussrate der aktuellen Schicht zu informieren. Gleichzeitig analysiert der Meister die Maschinenstörungen der letzten Tage und korreliert diese mit erfassten Prozess- und Qualitätsdaten. Dabei findet er heraus, dass auch Maschine 5 geeignet ist, um den Artikel A mit hoher Effizienz zu fertigen. Diese Erkenntnis spielt er an die Planning & Scheduling-Anwendungen zurück. Fallen bei diesen Analysen Zusammenhänge auf, die ein umgehendes Eingreifen erfordern, so werden diese unmittelbar an die entsprechenden Execution-Anwendungen weitergeleitet. Verschiedene Prediction-Anwendungen arbeiten ebenfalls mit den per Execution-Funktionen erfassten Daten und berechnen fortlaufend die Wahrscheinlichkeit für Maschinenstörungen. Diese Erkenntnisse übermittelt das System ebenfalls an die Planning & Scheduling-Anwendungen, um rechtzeitig Wartungen der entsprechenden Maschinen und Werkzeuge einzuplanen. Damit das alles funktioniert, sorgen diverse IIoT-Anwendungen für die Anbindung der Maschinen, stellen Eingabemasken für die Werker zur Verfügung und übermitteln alle benötigten Dokumente und Einstelldaten in den Shopfloor. Sie merken: Jedes Element greift ineinander, kann das andere so beeinflussen, dass die Fertigung optimiert und Ressourcen gespart werden können. Der Regelkreis der Smart Factory Elements bildet ein produktives Ganzes.
MPDV: Der Funktionsumfang eines heutigen MES-Systems wie HYDRA X in Kombination mit dem APS FEDRA deckt dabei bereits einen großen Teil der Anwendungen ab, die hier genannt wurden. Doch insbesondere für Analytics und Prediction sind auch neue Methoden und Tools, zum Beispiel Predictive Quality , denkbar, um aus den vorhandenen Daten weitere Erkenntnisse und Vorhersagen zu generieren. Vor allem aber zeigen die Smart Factory Elements, dass echter Mehrwert nur durch Anwendungen entstehen kann. Gut so. Sie wollen mehr dazu wissen, welche einzelnen Funktionen und Anwendungen Ihre Fertigung noch smarter machen können? Dann kontaktieren Sie einfach MPDV. Die haben bestimmt die passenden Lösungen in ihrem Ökosystem.