MOM macht die Fertigung digital

Digitalisierung und Einbindung funktionieren im eigenen Haushalt einfach und kostengünstig: Fernseher, Laptops und Türklingeln lassen sich ohne besonderes Fachwissen innerhalb von Minuten in das Heimnetz integrieren. Selbst eine Hausautomation können Heimwerker heute umsetzen und komplette Abläufe ohne Programmierkenntnisse definieren. In der Industrie ist es dagegen bislang unmöglich, Werkzeugmaschinen, Laser, Roboter oder Prüfzellen schnell in Fertigungsprozesse einzubeziehen und Produktionsanlagen simpel und flexibel umzustellen.

Bislang: Produktionsausfälle und keine Durchgängigkeit

Das liegt vor allem an den fragmentierten Digitalisierungsansätzen, die aus den gewachsenen komplexen IT- und OT-Landschaften resultieren: Die Automatisierungstechniken und Software-Anwendungen stammen oftmals aus den 1990er-Jahren. Häufig laufen Architekturen aus logisch starr miteinander verketteten individuellen SPS-basierten Lösungen. Applikationen lassen sich nur funktional erweitern, indem Experten unterschiedliche Programme und SPS-Systeme anpassen. Das alles erschwert eine Modernisierung und Standardisierung der Fertigungsprozesse. Zahlreiche Digitalisierungslösungen adressieren diese Herausforderungen zwar und versprechen mehr Effizienz und Flexibilität. Sie haben jedoch meistens zwei wesentliche Schwächen:

7 Erstens schaffen langwierige Adaptionen in der laufenden Produktion Risiken für einen Stillstand und lange Rüstzeiten. Selbst wenn Optimierungen bekannt und theoretisch realisierbar sind, implementieren viele Unternehmen diese letztlich nicht – aus Sorge vor einem zu langen Fertigungsausfall. Im Ergebnis schöpfen sie ihre Produktionspotenziale nicht aus.

7 Zweitens haben etablierte digitale Lösungen – zum Beispiel MES-, SPS- und Industrie 4.0-Ansätze – wohl ihre Vorteile für verschiedene Fabrik-Settings. Sie stellen allerdings keine durchgängigen Kontroll- und Datenflüsse sicher.

Das Ergebnis solcher IT/OT-Projekte bleibt dann oft eine fragmentierte Digitalisierung: Die Durchgängigkeit vom Auftrag zum Artikel fehlt weiterhin, Prozessdaten werden ohne Korrelation erfasst, für mehr Flexibilität und kleine Losgrößen entstehen noch immer hohe Kosten, Anpassungen bedeuten einen großen Programmieraufwand an den SPSen. Solche Insellösungen und Datensilos werden den hohen Anforderungen einer modernen Fabrik nicht gerecht.

Jetzt: Systemübergreifendes Zusammenspiel

Diese Schwächen umgehen Lösungen aus dem Manufacturing Operations Management (MOM). Das verspricht eine lückenlose Kommunikation von der Fertigungs- bis zur Unternehmensleitebene. Das MOM verwaltet und optimiert Produktionsprozesse und modelliert diese durchgängig digital – von der Planung und Steuerung sowie Organisation und Durchführung über die Überwachung und Verbesserung der Prozesse bis zur Datenanalyse. Dafür braucht es ein systemübergreifendes Zusammenspiel von MES, ERP, Produktionsplanung und mehr. Die Vernetzung gelingt mit einer Vielzahl offener technischer Schnittstellen.

Software-Plattform verbessert Fertigungsabläufe

Als beispielhaftes MOM fügt sich die offene Software-Plattform Moryx (Modular Factory Cross-Industry) in jedes Fabrik-Setting ein. Ob eine vollautomatisierte Fertigung oder klassische Produktlinie, ob Anlage oder Maschine, ob Greenfield- oder Brownfield-Szenario: Moryx ist mit jeder Ausgangsbasis kompatibel. Während MES-, SPS- und Industrie 4.0-Lösungen jeweils lediglich in spezifischen Bereichen Vorteile haben, integriert die Plattform diese Stärken und gleicht die Schwächen aus. Sie erweist sich als einzige Lösung auf dem Markt, mit der Produktionsmitarbeiter die Fertigungsprozesse in Echtzeit steuern können, um eigenständig Produkte oder Aufträge anzulegen oder zu ändern. Gibt es beispielsweise eine Störung, kann der Mitarbeiter selbständig am Bildschirm eine Maschine per Drag&Drop aus dem Produktionsprozess nehmen, bis das Problem behoben ist. Auf diese Weise verbessert das Team im Shopfloor die Abläufe und verringert den Ausschuss während der Fertigung. Solche Eingriffe reduzieren Stillstandzeiten und erhöhen die Overall Equipment Effectiveness (OEE). Moryx zeigt beliebig wählbare Prozess -und Arbeitsschritte auf, sodass auch ungelernte Fabrikmitarbeiter wissen, wie zum Beispiel bei einem Maschinenausfall oder Artikelwechsel zu reagieren ist. Einheitliche Software-Oberflächen anstatt viele einzelne Tools: Das erhöht die Bedienungssicherheit und reduziert die Schulungszeiten.

Architektur der Plattform im Überblick

Die Architektur besteht aus vier miteinander gekoppelten Komponenten:

Ü Open Source Framework: Das auf .Net basierende Open Source Framework bildet das technische Fundament, das auf Linux, Windows, Edge Devices und (Cloud-)Servern läuft. Es stellt die Werkzeuge zur Modellierung sowie die Laufzeitumgebung der digitalen Zwillinge der Maschinen und der herzustellenden Produkte zur Verfügung. Einmal modelliert dienen diese digitalen Abbilder als wiederverwendbare Grundlage für Digitalisierungsapplikationen. So kann Moryx die Fähigkeiten und Zustände sämtlicher Produktionsgeräte abbilden – sowohl zur Steuerung des Fertigungsprozesses im Leitsystem ebenso wie im Wartungsmanagement. Die Software liefert alle relevanten Daten, unter anderem zur Produktionsdauer, den Prozessschritten, zum Energieeinsatz pro Produkt (Stichwort: Green Factory) und zu den genutzten Materialien aus bestimmten Chargen (Stichwort: Lebenszyklus).

Ü Moryx-Treiber: In jeder Fabrik werden OT-Geräte mit geringer und hoher Komplexität verwendet, vom Handscanner bis zum Roboter. Moryx-Treiber integrieren diese Technologien digital ansteuerbar in die Plattform. Sie übersetzen die einheitlichen internen Moryx-Daten auf das Übertragungsprotokoll des jeweiligen Geräts (spezifische TCP-Protokolle, OPC UA, MQTT u.a.).

Ü Moryx-Module: Sobald die heterogenen Fertigungstechnologien auf einer gemeinsamen Schnittstelle zusammengeführt sind, können die Moryx-Module die Produktions- und Logistikprozesse steuern. Darüber hinaus sind Module zur Verwaltung von Fertigungsaufträgen und Stammdaten sowie visuelle Werkerassistenz- und Data-Analytics-Module erhältlich.

Ü Moryx-Adapter: Die Moryx-Adapter schließen die digitalen Lücken zu den IT-Systemen. Sie importieren beispielsweise Produktstammdaten, Produktionsaufträge, Produktidentifizierungsdaten oder Gehäusebeschriftungen. Sie überführen die heterogenen digitalen Schnittstellen der IT-Systeme auf die einheitlichen Schnittstellen zu den Moryx-Modulen. Die Herstellungsergebnisse können ebenfalls über den entsprechenden Adapter aus der Fertigung zurückgemeldet werden – z.B. an das ERP-System.

Bei sämtlichen Datenschnittstellen handelt es sich um auf GitHub verfügbare Open Source. Somit können Anwender ihre Software einfach anpassen und mit der gekauften Moryx-Software kombinieren. Treiber, Module und Adapter lassen sich in verschiedenen Applikationen wiederverwenden und austauschen, wenn eine Anlage beispielsweise erweitert oder an einen neuen Standort mit anderer IT-Infrastruktur verlagert wird.

Fazit: Auf dem Weg zur digitalen Fabrik kann Moryx für Unternehmen jeder Größe zum Startpunkt werden. Die Plattform ist durch den mehr als zehnjährigen Einsatz in der Industrie und Serienproduktion geprüft und gehärtet. Zahlreiche Verbesserungen am Produkt und Erfahrungen aus den Prozessen sind eingeflossen, die das Moryx-Team jetzt an seine Kunden weitergeben kann.