Begriffserklärung

Das digitale Enterprise-Resource-Planning (ERP) System dient der unternehmerischen Aufgabe, vorhandene Ressourcen effizient für den betrieblichen Ablauf einzusetzen und somit die Steuerung von Geschäftsprozessen zu optimieren. Es ist ein digitales System und gibt eine Übersicht über Kapital, Personal, Betriebsmittel, Material sowie Auslastung und ermöglicht die rechtzeitige und bedarfsgerechte Planung und Steuerung. Es unterstützt die Effizienz betrieblicher Wertschöpfungsprozesse sowie die Optimierung der Steuerung unternehmerischer und betrieblicher Abläufe.

Cyber-physisches System Grundlage für IoT und Industrie 4.0

Das Cyber-physisches System (CPS), kennzeichnet den Verbund von Informationstechnologie, Datenverarbeitung und Datenspeicherung (Server / Cloud, Internetplattform) mit technischen Geräten bzw. eigenständigen Teilen einer Anlage (z.B. Motor eines Krans). Datenaustausch wird über Dateninfrastruktur ermöglicht (z.B. Mobiltelefon, Internet). Cyber-physische Systeme weisen einen hohen Grad an Komplexität auf. Sie erfassen die Daten der Herstellung, Events aus dem Produktleben und können in Interaktion mit anderen Geräten treten. Im physischen Gerät werden Daten mittels Sensor erfasst bzw. zusätzlich über Eingabeschnittstellen wie ein Display / Tastatur eingegeben.

Daten werden in definierten Schichten abgelegt. Diese heißen Verwaltungsschalen und sind wie nachfolgend benannt und definiert. Eine oder mehrere Datenbanken werden dazu in unterschiedliche Schichten unterteilt. Jede Schicht hat eigene Zugriffsrechte, so dass nur ausgewählte Nutzer die jeweils richtigen Daten hineinschreiben bzw. auslesen können. Das dient der Vorsorge gegen Missbrauch.

Cyber-physisches System – Die einzelnen Schalen und ihre Funktionen

„Geschäftlich“ – Daten und Funktionen werden hinterlegt, welche die geschäftliche Eignung und Leistung einer Komponente zu allen Zeiten des Produktlebens abbilden: Beschaffung, Konstruktion, Betrieb und Verwertung. Beispiele: Preise, Lieferbedingungen, Bestellcodes.

„Konstruktiv“ – Besitzt Merkmale, die für den konstruktiven Einsatz der Komponente relevant sind, also für die Auswahl und Strukturbildung. Enthält eine Struktur-Klassifikation nach EN 81346. Enthält zahlreiche Merkmale zu physischen Dimensionen und zu Eingangs-, Verarbeitungs-und Ausgangsgrößen der Komponente. Enthält eine modulare Sicht auf Teil-Komponenten bzw. eine Geräte-Struktur. Erlaubt eine Automatisierungssicht mit Ein- und Ausgängen verschiedener Signaltypen.

„Leistung“ – Beschreibt Leistungs- und Verhaltensmerkmale, um eine summarische Beurteilung und Virtuelle Inbetriebnahme (V-IBN) eines Gesamtsystems zuzulassen.

„Funktional“ – Beinhaltet Aussagen zur Funktion nach EN 81346 und zur Funktion der Teil-Komponenten. Hier erfolgt auch eine Verortung der Einzelfunktionen der fachlichen Funktionalität, also z. B. sogenannte „Skills“, Auslegungs-, Inbetriebnahme-, Berechnungs- oder Diagnosefunktionen der Komponente.

„Örtlich“ – Macht Aussagen zu Positionen und örtlichen Zusammenhängen der Komponente oder ihrer Teile bzw. Ein- und Ausgänge

„Security“ – Kann ein Merkmal als Security-relevant kennzeichnen. Dieses Merkmal sollte bei einer Betrachtung der Sicherheit berücksichtigt werden.

„Netzwerksicht“ – Macht Aussagen zur elektrischen, fluidischen, Materialfluss-technischen und logischen Vernetzung der Komponente.

„Lebenszyklus“ – Hält Daten zum aktuellen Zustand und der historischen Verwendung im Lebenszyklus der Komponente. Beispiele: Zuordnung zur Produktion, Wartungsprotokolle, vergangene Verwendungszwecke.

„Mensch“ – Aus allen Schichten sollen Merkmale, Daten und Funktionen so aufbereitet werden, dass der Mensch einzelne Elemente verstehen, Zusammenhänge begreifen und Kausalketten beherrschen kann.

(Quelle: Struktur der Verwaltungsschale Fortentwicklung des Referenzmodells für die Industrie 4.0-Komponente/Kapitel 3. Struktur der Verwaltungsschalen S. 23

Herausgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) Öffentlichkeitsarbeit, 11019 Berlin, www.bmwi.de Redaktionelle Verantwortung: Plattform Industrie 4.0, Bertolt-Brecht-Platz 3, 10117 Berlin)

Smart Factory und Cyber-physikalische Produktionssysteme (CPPS) sind Begriffe aus der Fertigungstechnik und beschreiben die vernetzte Produktion innerhalb der Industrie 4.0. Sie bezeichnen die Produktionsumgebung, in der sich Fertigungsanlagen und Logistiksysteme ohne menschliche Eingriffe weitgehend selbst organisieren.

Technische Grundlage sind miteinander vernetzte Cyber-physische Systeme (z.B. die Vernetzung der Komponenten Bestellplattform, Maschinen, Anlagen, Roboter, Prüfvorrichtungen, Logistik und Lager). Eine weitere Besonderheit dabei ist die Kommunikation zwischen Produktträger (Aktor), Produkt (Werkstück) und Fertigungsanlage. Die Fertigungsinformationen werden dabei zwischen den einzelnen Geräten in maschinell lesbarer Form ausgetauscht (z.B. QR- oder Strichcode, NFC Near-Field-Communication / RFID-Chip). Anhand dieser Daten werden der Weg des Produkts von der Planung durch die Fertigungsanlage sowie die einzelnen Fertigungsschritte gesteuert. Die Daten der Produktion werden gespeichert und bilden ein Teil des Produkts – als Datengrundlage des eigenen Cyber-physischen System (CPS).

Das digitale Customer-Relationship-Management (CRM) bedeutet ins Deutsche übertragen „Kundenbeziehungsmanagement“. Es dokumentiert die Aktivitäten zur Kundengewinnung und Kundenpflege. Es gestattet die konsequente Ausrichtung auf die Kundenbedürfnisse und eine entsprechende systematische Gestaltung der Kundenbeziehung. Kundenbeziehungen werden geplant und die Erfolge ausgewertet. Es ermöglicht ein vertieftes, langfristig ausgerichtet Beziehungsmarketing zwischen Unternehmen und Kunden.

Das Monitoring digitaler Medien und sozialer Netzwerke verdrängt das Sammeln von Presse-Beiträgen und ermöglicht sofortige kommunikative Maßnahmen sowie kundenbedürfnis-gesteuerte Produktverbesserungen und Dienstleistungen.

Das Internet der Dinge (IoT – Internet of Things) ist sehr stark mit dem Begriff des Cyber-physischen Systems gekoppelt, denn mit den „Dingen“ sind die physischen Komponenten gemeint. Sie sind mit Sensoren behaftet, können eine eigene Kamera oder Eingabedisplays aufweisen und sind entweder unmittelbar oder mittelbar mit dem Menschen verbunden. Durch Austausch und Verarbeitung der erfassten Daten mit den Softwaremodulen im verbundenen Rechenzentrum werden die im Vorfeld definierten Reaktionen an das erfassende Gerät selbst oder an die die Umgebung beeinflussenden technischen Anlagen senden um damit entsprechende Parameter zu ändern. Ein Beispiel: Die Steuerung von Markisen zum Sonnenschutz in Abhängigkeit von Zeit, Witterungsbedingungen, Lichteinfall und persönlichen Wünschen über direkt an der Markise angebrachte Sensoren sowie dem Starttelefon des Nutzers. Starttelefon und Markise selbst sind dem Internet der Dinge zuzuordnen. Eine dezentrale Recheneinheit wird entsprechende Steuerbefehle geben und dabei die eventuell widersprüchlichen berücksichtigen. Bei Problemen könnten weitere Überwachungssensoren einen notwendig werdenden Service-Anbieter informieren und Wartung bzw. Reparatur beauftragen.

RFID = radio-frequency identification. Umschreibt die Identifizierung mit Hilfe elektromagnetischer Wellen. Es sind Sender-Empfänger-Systeme zum automatischen und berührungslosen Identifizieren und Lokalisieren von Objekten oder Lebewesen. Zur Kommunikation zwischen aktivem Sender und RFID-Transponder werden Radiowellen genutzt. Der Transponder besteht aus Antenne, analogem Schaltkreis zum Empfangen / Senden und digitalem Schaltkreis mit permanentem Speicher (der zumindest einmalig beschreibbar ist) zur Datenbereitstellung. Des weiteren kann eine eigene Energiequelle dazukommen. Bei passiven RFID-Transpondern wird die Energie des Senders genutzt.

Datencockpit, Unternehmenscockpit

Mit dem Unternehmenscockpit umschreibe ich das übersichtliche Bereitstellen aller wichtigen Unternehmensdaten. Auf dem Bildschirm von Computer oder Tablet-PC werden in gut überschaubaren Visualisierungen und Tabellen die Planungsdaten, real erfasste Daten und Prognosen dargestellt. Eingabefelder zur Kommunikation und Steuerung stehen ebenfalls digital bereit.

Die Bezeichnung Cockpit steht für die Anzeige- und Instrumententafel aus der Schiff- und Luftfahrt sowie der KFZ-Technik. Hier werden alle als relevant erkannten Informationen und Messergebnisse eingeblendet. Neben den Anzeigeinstrumenten kommen die Bedienelemente zur Systembeeinflussung und -steuerung sowie der Kommunikation hinzu. Der Trend geht zu ausschließlich digitalen Systemen.

 Manufacturing Execution System (MES)

Das Manufacturing Execution System (MES) bildet die detaillierten Abläufe der Produktion ab. Mittels direkt an die verteilten Systeme der Prozessautomatisierung angebunden MES oder Produktionsleitsystem wird die Produktion in Echtzeit gelenkt, gesteuert und kontrolliert. Alle relevanten Informationen wie Betriebsdaten, Maschinendaten, Personaldaten sowie zeitnah auf die Fertigung Auswirkung habende Prozesse, werden hier erfasst. Das umfasst den Fertigungsablaufplan für jedes einzelne Produkt, die gesamte Ressourcenplanung sowie eine Übersicht über die aktuelle Ressourceneinsatz (Maschinen / Mensch / Inhauslogistik) während der Fertigung. Die Systeme erfassen Produktions- und Produktdaten zur statistischen Auswertung. Durch Schnittstellen zur Materialwirtschaft können kaufmännische Abwicklung von Aufträgen sowie Reporting unterstützt werden. MES und ERP-System sind sinnvoller weise eng verknüpft.

Human Machine Interface (HMI)

Als Human Machine Interface HMI wird Display und Eingabetechnik genannt, mit denen Menschen das Überwachen und Steuern übernehmen können. Die Einwirkung und Kontrollmöglichkeiten von industriellen Prozessen gewinnt zunehmend an Bedeutung, denn immer seltener steuert der Mensch direkt, sondern durch das Verändern von Parametern. Es bestimmt die Art und Weise, wie Mensch und Maschine miteinander kommunizieren und der Benutzer ein System bedienen kann. Die Eingabemöglichkeiten können dabei variieren – Maus und Tastatur, Touchscreen oder Sprachbefehle. Es ist sehr wichtig, dass die Kontrolle und Bedienung intuitiv, natürlich und benutzerfreundlich ist. Das vereinfacht und beschleunigt die Interaktion zwischen Mensch und Maschine.

Robotik

Wenn einst Menschen die Arbeit in der Fabrik ausführten, so werden es immer mehr Industrieroboter, autonom arbeitende Fertigungslinien und sich selbststeuernde Autoren und Fahrzeuge. Ziel ist es, eine selbststeuernde Zusammenarbeit zu erreichen und die unterschiedlichsten Produkte vollautomatisch herstellen zu lassen. Industrieroboter sind aus der modernen Fertigung nicht mehr weg zu denken, da sie 24/7 also rund um die Uhr arbeiten können zu ca. 10% der Kosten. Gleichbleibend hohe Quantität und Produktqualität werden gewährleistet. Eine weitere Art ist der Einsatz von Cobots – kollaborativen Roboter, bei der Mensch und Roboter Hand in Hand arbeiten. Da sich die Roboter an spezifische Arbeitsanforderungen anpassen und neu programmieren lassen, sind sie vielseitig einsetzbar.

Autonomous Mobile Robots (AMR) dienen dem Transport von Werkstoffen, Halbzeugen und Produkten. Sie sind mit Sensoren, Kameras und Onboard-Computern bestückt. Dadurch erfassen sie die Umgebung, steuern und bewegen sich sicher in Hallen und auf dem Gelände, wobei sie sogar in nicht strukturierten Umfeldern anhand von Kartendaten und ihren Sensoren dynamisch navigieren können. Menschen, Gegenständen und anderen Fahrzeugen weichen sie bei Bedarf aus und optimieren ihre Routen selbstständig. Eine optische Kennzeichnung oder Verkabelung der Fahrwege ist nicht notwendig. Andere AMR folgen Menschen auf Schritt und Tritt. Einsatz sind z.B. Befüllen von Regalen oder manuelles Ausliefern von sperrigen Gütern.

https://youtu.be/z0AseolXFnw

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Ralf Hasford begleitet Handwerk und Mittelstand beim erfolgreichen digitalen Wandel. So nehmen Sie Kontakt mit ihm auf: +49 151 1150 9766 | info@Hasford.de