Für eine Handvoll Daten

Das MES-Studio

Weltweit streben Unternehmen nach digitalisierten Produktionsumgebungen. Schließlich verhelfen vernetzte Maschinen zu mehr Transparenz, Einsparpotentiale werden offenbar und die Produktionsplanung endlich realistischer. Doch vor der Vernetzung muss deren Zweck möglichst klar definiert sein, und auch das Koppeln der Maschinen selbst braucht Sachverstand.

Bild links: Christian Kurtenbach in einer Teambesprechung vor dem MES-Studio

Bevor es ans Eingemachte geht, ein Hinweis darauf, worum es im Folgenden nicht gehen wird: vorausschauende Wartung. Diese Teildisziplin benötigt spezielle Sensorik in den Maschinen, die in der Regel vom Maschinenhersteller anzubringen ist. Auch das zum Erfassen und Auswerten der Daten nötige Fachwissen ist sehr spezifisch auf bestimmte Baugruppen von Maschinen bezogen und liegt im Detail beim Maschinenkonstrukteur. Das Auslesen der Betriebs- und Leistungsdaten der Maschinen ist durch Vernetzung hingegen recht rasch zu haben. Mit Hilfe der Daten lässt sich dann beispielsweise eine wirklichkeitsgerechte Planung der Produktion auf Basis echter Maschinendaten auf die Beine stellen.

Moderner heißt mehr Daten

Solches Advanced Planning and Scheduling (APS) scheitert in der Praxis oft daran, dass die von der Software berechneten Ergebnisse ohne Bezug zur Realität auskommen müssen. Eine vernetzte Produktionsumgebung liefert zumindest hinsichtlich der Leistung der Maschinen eine verlässliche Datenbasis: Mit den relevanten Daten gefüttert, schickt die APS-Lösung nicht einfach weiterhin Aufträge los, obwohl die zum Abarbeiten nötige Maschine aufgrund eines Schadens gar nicht zur Verfügung steht. Per se lässt sich die Information, ob eine Maschine steht oder arbeitet, mit nachrüstbarer Hardware auch dem ältesten Schätzchen (Stichwort ‘Brownfield’) entlocken. Je moderner die Maschine, desto reichhaltiger die auslesbaren Werte bzw. die daraus zu generierenden Leistungsdaten (Key Performance Indicators, KPI).

Ohne Planung ist alles nichts

Zu den erreichbaren Zielen gehören eine flüssigere Produktion, kürzere Stillstandzeiten, oder eine bessere Beurteilung der Maschine, um so zu erkennen, warum Erwartungen nicht erfüllt wurden. Quasi alle benötigten KPIs lassen sich durch das Auswerten von rund zehn verschiedenen Datenpunkten ermitteln. Die schlechte Nachricht ist: Allzu oft überlegen sich Anwenderunternehmen vor der Datensammlung nicht, welche KPIs sie eigentlich benötigen bzw. sinnvoll verarbeiten können. Regelmäßig fehlt es Produktionsbetrieben an einem versierten Projektleiter, der vor dem eigentlichen Vernetzen die Datenerfassung strukturiert und damit die Grundlage für die spätere fehlerfreie Auswertung der Daten schafft. Fehlt dieser Schritt, stellen sich die durchs Vernetzen erhofften Vorteile nur teilweise ein. Wer keine interne Ressource für diesen Job frei hat, der sollte sich zumindest für die Anlauf- und Konzeptionsphase einen externen Projektleiter ins Boot holen. Diese Spezialistinnen und Spezialisten prüfen auch die Stammdatenqualität: Ein APS-System sollte nicht nur Maschinendaten verarbeiten, sondern auch Personaldaten oder Angaben zur Materialplanung. Fehlt es hier an Präzision, schlägt das Berechnen der Produktionszeit pro Teil fehl und die Planung wird ungenau. Dashboards, die Überblick über den Produktionsstand verschaffen sollen, zeigen überdies falsche Auswertungen an, wenn die Stammdaten nicht passen.

Mit Verstand an die Maschine

Nach dem Bestimmen der von der jeweiligen Produktionsumgebung abhängigen Indikatoren gilt es festzulegen, welche Daten von jeder einzelnen Maschine zum Erreichen dieser KPIs nötig sind bzw. überhaupt ausgelesen werden können. Da es keinerlei Standard gibt, auf dessen Basis die Maschinen diese Daten ausliefern – jeder Hersteller kocht hier nach wie vor sein eigenes Süppchen, teilweise pro Maschinengeneration – müssen die Maschinendaten unbedingt nach dem Erfassen normalisiert werden, bevor sie an ein Fertigungsmanagementsystem (Manufacturing Execution System, MES) geschickt werden. Denn ein MES erwartet Daten in einem bestimmten Format, wie es von keiner Maschine unmittelbar geliefert wird.

Vorsicht: Falle!

Bei dieser Normalisierung der Daten lauert eine Falle für unbedarfte Vernetzer: Um sie direkt auf der mit der Steuerung der Maschine betrauten Komponente (SPS, Speicherprogrammierte Steuerung; Englisch: PLC) zu erledigen, muss das Steuerungsprogramm der SPS angepasst werden. Hier befindet man sich dann schnell in einem Graubereich zwischen Herstellergewährleistung, CE-Konformität und der spezifizierten Maschinenfunktion. Die Leistung der SPS darf keinesfalls beeinträchtig werden, da im einfachsten Fall der Produktionsprozess aus dem Tritt gerät, im schlimmsten Fall ein Personenschaden droht. Wie aber kommt man an die Daten? Und zwar so, dass sie direkt von einem MES verarbeitet werden können? IGH Infotec bedient sich hierzu einer zweiten, nicht zwingend baugleichen SPS und macht sie zum Datenmapper. Der Datenmapper empfängt Kopien der Daten, die die zur Maschinensteuerung benötigte Komponente erzeugt. Anschließend kann der Mapper die Daten nach Belieben umarbeiten und an ein MES schicken, ohne den Produktionsprozess zu beeinträchtigen.

Weltweit beschäftigt die Heller Gruppe rund 2.900 Mitarbeiter

In Eigenregie vernetzen

Der Einsatz einer zweiten, eventuell im Vergleich zum Steuerungsrechner der Maschine moderneren SPS hat noch einen weiteren Vorteil: SPS jüngeren Datums haben ab Werk Netzwerkschnittstellen und sind kompatibel zu OPC (Open Platform Communication), also einem Standard, über den industrielle Bussysteme und Protokolle einheitlich kommunizieren können. Die Anbindung an ein Netzwerk ist somit erheblich leichter, als wenn beliebig alte Produktionsmaschinen nachgerüstet werden müssten. In der Praxis sieht ein typisches IGH-Projekt dann so aus: Gemeinsam mit den Betriebselektrikern des produzierenden Unternehmens koppeln die Datenspezialisten einige ausgewählte Maschinen ans Netzwerk, inklusive des Datenmappers. Diese Prototypen genügen in der Regel zum Wissenstransfer, so dass die Betriebselektriker anschließend den übrigen Maschinenpark in Eigenregie vernetzen können. Ist einmal ein Standard etabliert, dauert die Anbindung pro Maschine oft nur noch einen halben Tag. Stehen die hierfür benötigten internen Personalressourcen nicht zur Verfügung, empfiehlt IGH Infotec, ausreichend Zeit für die Suche nach einem verlässlichen Partner aufzuwenden.

Wissen aufbauen lohnt sich

Grundsätzlich ist es dennoch empfehlenswert, wenn das produzierende Unternehmen die Vernetzung selbst übernimmt. Denn so ist später das nötige Fachwissen vorhanden, um beispielsweise Fehler zu beheben oder neu angeschaffte Maschinen einzubinden. Das zur Datenkopplung nötige Detailwissen über die jeweiligen SPS ist meist ohnehin schon vorhanden.

Einladung ins Testzentrum

Sind Hersteller noch nicht vom Nutzen einer Maschinenvernetzung überzeugt oder wollen sich über die Möglichkeiten der Brownfield-Vernetzung informieren, lädt sie die IGH Infotec ins hauseigene Test-Center ein. Dort findet sich etwa eine CNC-Werkzeugmaschine von Gebr. Heller Maschinenfabrik GmbH, die an die MES-Lösung von IGH Infotec gekoppelt ist. Besucher können dieses Gespann mit ihren eigenen Produktionsdaten füttern und ihren Eindruck entwickeln, was an dem Trend zur Digitalisierung dran ist.

Autoren: Christian Kurtenbach ist Fertigungsleiter bei der Gebr. Heller Maschinenfabrik GmbH, Andre Hörmandinger ist Vorstand der IGH Infotec AG.