Wie man Maschinendaten in Smart Factory 101 sinnvoll nutzen kann

“Digitale Umwandlung" und "Intelligente Fabrik" sind die Begriffe, die es schon seit einiger Zeit gibt, aber nur fortgeschrittene Hersteller wenden sie in der Praxis an. Die Idee der Maschine-zu-Maschine-Kommunikation hat die anfängliche Aufregung und große Hoffnungen geweckt, aber jetzt fragen Besitzer mittlerer und kleiner Fabriken: "Wie geht es weiter? Wie fange ich an, diese Technologien in meiner Fabrik einzusetzen?"

Obwohl mehr als 98% von Wirtschaftsführern das Konzept des Internet der Dinge verstehen, sind sich viele nicht sicher, was das Internet der Dinge für ihr Unternehmen bedeutet, wie eine Untersuchung von Aruba Networks ergab. Dies führt dazu, dass das IoT nicht richtig umgesetzt wird oder nur auf einer grundlegenden Ebene genutzt wird, anstatt Prozesse vollständig zu transformieren.

Wenn wir uns jedoch die Produktionsstätten ansehen, die das Wesen der dem industriellen Internet der Dinge, geht es in Wirklichkeit um die Kommunikationsfähigkeit zwischen der Arbeitswelt und dem Geschäftsumfeld. In der Praxis geht es darum, wie Maschinendaten von den Geräten zu den betriebswirtschaftlichen Standardanwendungen im Backoffice übertragen werden, welche Schlussfolgerungen aus diesen Daten gezogen werden und wie sie in den Produktionsprozess zurückgeführt werden. Insgesamt hängt der Erfolg der digitalen Transformation von der Fähigkeit eines Unternehmens ab, die Zahlen aus den Maschinen sinnvoll zu nutzen und sie in einen Wettbewerbsvorteil umzuwandeln.

Charles Kettering, der Erfinder und Forschungsleiter von GM, sagte: "Ein gut formuliertes Problem ist halb gelöst". Ein kurvenreicher Weg zur Intelligenten Fabrik stellt die Unternehmen vor mehrere neue und bestehende Herausforderungen, und die Hersteller müssen die folgenden Fragen beantworten, um zu verstehen, wie sie ein digitales Geschäftsmodell in ihren Produktionsstätten betreiben können.

In erster Linie können Maschinen eine Menge Daten erzeugen, aber Zahlen in die Wolke zu werfen, bedeutet nicht automatisch, dass daraus nützliche Informationen gewonnen werden. Sie brauchen einen Kontext.

Fabrikeinrichtungen können genaueste Echtzeit-Informationen über Produktionsprozesse liefern, aber wie können die Menschen anfangen, die Vorteile zu nutzen und das Wissen in ihrer täglichen Arbeit anzuwenden?

Wird es um Wartung gehen - dafür sorgen, dass alle Teile funktionstüchtig sind?

Oder die so genannte vorausschauende Wartung - das Lösen des Ausfalls, bevor er auftritt, auf der Grundlage der aggregierten Daten vieler ähnlicher Geräte und früher Anzeichen des Problems?

Es kann auch um die geschäftliche Seite der Produktion gehen: menschliche Bediener, die Entscheidungen auf der Grundlage der Berichte von den Maschinen in den MES- und ERP-Systemen treffen. Die Einführung von Industry 4.0 erfordert nicht nur eine Modernisierung der Ausrüstung, sondern auch einen Paradigmenwechsel im Denken insgesamt.

Damit eine Fabrik keine "Insel der Dinge" ist, sondern tatsächlich nach dem Konzept des Internet der Dinge arbeitet, müssen die Produktionsmaschinen miteinander und schließlich mit den Randgeräten kommunizieren. Angesichts der vielen beteiligten Systeme stellt sich die Frage, wie eine solche Kommunikation aufgebaut werden kann.

Eine der Herausforderungen in einer modernen Fabrik besteht darin, dass die Maschinen oft innerhalb einzelner vertikaler Silos kommunizieren und Daten von einem Gerät an HMI/SCADA usw. übertragen, wobei ein Bediener diesen speziellen Teil der Produktion im Auge behält. Manager wissen seit langem, dass sich wertvolle Informationen in den Systemen befinden, die ihre Produktionsanlagen betreiben - aber sie haben keinen direkten Zugriff darauf. Das Problem bestand oft darin, dass beide Welten isoliert operieren, mit wenig oder keiner Verbindung zwischen ihnen. Wenn es jedoch darum geht, Daten zu vermischen und sie über verschiedene Abteilungen hinweg zu transportieren, sollte die Infrastruktur für den Datenaustausch in der Fabrik anders aufgebaut werden.

Das nächste Anliegen ist die Datenkonnektivität. Wie weit unten müssen Sie in Ihrem Produktionsprozess sehen? Sind es nur Steuerungen, oder benötigen Sie tatsächlich die Daten von jedem Sensor usw.? Dies wird die Informationsmenge, die Sie betreiben, und das Bild Ihrer Anlage weitgehend beeinflussen:

• die gesamte Anlage im Allgemeinen,
• eine einzelne Produktionslinie, oder
• sogar ein bestimmtes Gerät, wie seine einzelnen Knotenpunkte funktionieren - und wo zum Beispiel eine Störung den Produktionsprozess behindert.

Außerdem erfordert das Einbringen von Daten aus der physischen Welt in die Cyberwelt eine Planung der Analytik. Sie müssen verstehen, ob es ein Operator ist, der die Daten für eine bessere lokale Kontrolle verwendet, oder ob der Server automatisch aggregierte Informationen an das ERP- oder MES-System sendet. Alles in allem muss man wissen, welche Zahlen aus der Datenlawine für eine bessere Analyse und Planung auf Fabrikebene nach vorn geschickt werden müssen und welche Daten für eine schnelle Kontrolle und Entscheidungsfindung lokal bleiben.

Die gemeinsame Nutzung von Daten zwischen Abteilungen und Dritten ist ein weiteres wichtiges Thema. In fortschrittlichen Fabriken kann ein ERP-System auf der Grundlage von Meldungen aus den Produktionsstätten automatisch Rohstoffe bestellen oder den Wartungsdienst über die Notwendigkeit von Überprüfungen informieren. Dieser Informationsaustausch kann auch für Maschinenbauer von Nutzen sein: Basierend auf automatischen Berichten, die von verschiedenen Fabriken eintreffen, planen sie die Wartung, ersetzen Details im Voraus und bieten so einen besseren Kundendienst, der den Kunden ärgerliche und teure Ausfallzeiten erspart.

Schließlich geht es für die "intelligente Fabrik" letztlich darum, die Sicherheit der offenen Kommunikation zu gewährleisten. Laut dem Bericht der Eclipse Foundation von 2019 nimmt die Sicherheit den ersten Platz unter den Anliegen der IoT-Entwickler ein (31%), wobei die Konnektivität (21%) und die Datenerfassung und -analyse (19%) nur die beiden nächsten Plätze einnehmen. Gartner berichtet, dass die Ausgaben für IoT-Endpunktsicherheitslösungen im Jahr 2021 auf $631M ansteigen werden. Die Öffnung der Produktionsstätten für die Welt erfordert entsprechende Schutzmaßnahmen.

Seit Ende der 90er Jahre wurde die Produktionsautomatisierung um den OPC-Server herum aufgebaut, der den Datenverkehr von einem Gerät zum Computer eines Bedieners in der Leitwarte ermöglichte, unabhängig davon, ob Hard- und Software vom gleichen Anbieter stammten oder nicht: Das OPC-Protokoll standardisierte die Kommunikation und setzte einen Durchbruch in der Fertigungsautomatisierung voraus. OPC angewendet das Microsoft Distributed Component Object Model (DCOM), das Teil des Windows-Betriebssystems ist. In den frühen 2000er Jahren führte das Protokoll die industrielle Automatisierung ein und ermöglichte den Fabriken den Übergang zu einer sichereren, genaueren und kostengünstigeren Produktion. Tatsächlich verlassen sich viele Produktionsstätten auf der ganzen Welt immer noch auf diese Technologie. 

Doch schon bald nach der Markteinführung der Software sind die Nachteile des OPC-Protokolls deutlich geworden. Erstens ist OPC durch DCOM nur auf das Windows-Betriebssystem beschränkt. Als nächstes beklagen sich Experten über die Schwierigkeiten beim Auffinden und Beheben von Softwarefehlern und die Unmöglichkeit, Daten über das Web auszutauschen. Und schließlich ist die OPC-Technologie in Bezug auf die Informationssicherheit nicht zuverlässig.   

Aus diesem Grundals Antwort auf zahlreiche Anfragen aus der Industrie, OPC-Stiftung einen neuen Standard geschaffen - OPC UA. Er basiert auf dem frühere Versionen aber ohne Nachteile und schlägt einen völlig neuen Ansatz für die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation und die industrielle digitale Transformation vor.  

Seine neue Featuren sind: 

• Unabhängigkeit der Plattform. OPC UA verlässt sich nicht auf OLE- oder DCOM-Technologie von Microsoft mehr. Sie können es auf jeder Plattform starten: Apple, Linux (JAVA) oder Windows; 
• Einfachere Konfiguration von data Austausch zwischen mehreren Computern. Verwenden Sie anstelle von DCOM gemeinsame Standards für den Datenaustausch: TCP/IP, HTTP(S) und SOAP; 
• Einfachere Datenverwaltung und -wartung. Sie können Strukturen oder Modelle verwenden und Datentags oder -punkte gruppieren und ihnen einen Kontext geben. All dies bietet viel mehr Flexibilität und ermöglicht es Ihnen, Ihr Werk abteilungsübergreifend zu verbinden und nicht nur in vertikalen Datensilos zu arbeiten; 
• Einfache Integration in SCADA. Ein OPC UA-Server kann ein direkter Teil einer SPS sein, die in ein Gerät eingebaut wird. Das bedeutet, dass Sie keinen OPC UA-Server kaufen und konfigurieren müssen; 
• Einsparung von Ressourcen. Mit OPC UA benötigen Sie nicht mehr viele PCs, die in der Einrichtung sitzen und zwischen den Systemen übersetzen;  
• Verschlüsselung von Daten. OPC Die Sicherheit der VA ist basierend auf ein mehrschichtiges Konzept Abdeckung von Applikations- und Transportschichten. Sie enthält Authentifizierung und Autorisierung sowie Verschlüsselung und Datenintegrität durch Signatur.  
• Flexibilität der Integration. UA-APIs sind in mehreren Programmiersprachen verfügbar. Kommerzielle SDKs sind für C, C++, Java und .NET erhältlich. Open-Source-Stacks sind zumindest für C, C++, Java verfügbar, Javascript(Knoten) und Python. 
• Kosten- und Zeiteffizienz. Verfügbarkeit von OPC UA-Konnektoren die Ihre Echtzeit-Maschinendaten in CRM-, ERP-, BI-, Exchange- und Dokumentenmanagementsysteme wie SharePoint integrieren, um die Planung und Wartung zu verbessern und die Effektivität Ihrer Produktion zu steigern; 
• Anbindung an die bestehende Infrastruktur. Verfügbarkeit von Mechanismen für die Migration von OPC zu OPC UA; OPC UA Wrapper. 

Die Hersteller bezeichnen OPC Unified Architecture als das erste Kommunikationsprotokoll, das beseitigt die Grenzen zwischen dem Unternehmen und der Fabrikhalle. Aber wie tatsächlich verbinden Ihre Produktion an die Systeme, die zur Verwaltung Ihres Unternehmens beitragen? 

Kundenbeziehungsmanagement (CRM), Enterprise Resource Planning (ERP), Manufacturing Execution System (MES), Dokumentenmanagementsystem (DMS), Business Intelligence (BI)-System, Lagerverwaltungssystems sind die gängigste Software, die bei der Verwaltung von Unternehmen hilft. Da viele Unternehmen, unabhängig von ihrer Größe, diese Anwendungen in verschiedenen Kombinationen verwenden, lässt sich verallgemeinern, dass das Leben einer Fabrik in diesen Systemen geplant, analysiert, vorhergesagt und berichtet wird. Und da eine vollautomatische intelligente Fabrik bedeutet, jederzeit genaue und aktuelle Informationen über die Produktion in diesen Systemen zur Verfügung zu haben - für Analysen, rechtzeitige Warnungen, Wartungsbenachrichtigungen usw., je nach Ihren Prioritäten.  

Die Integration von Maschinendaten in Geschäftssysteme kann auf zwei Arten erfolgen: 1) über kundenspezifische Entwicklung durch OPC UA-APIs, und 2) über einen vorgefertigten OPC UA-Konnektor, der Maschinendaten mit ERP-, CRM-Systemen usw. verbindet. 

Unserer Meinung nach ist das zweite Szenario besser als eine maßgeschneiderte Programmierung. Erstens verschwenden Sie keine Zeit und kein Geld für teure Programmierarbeit, und zweitens müssen Sie sich nicht um die weitere Wartung kümmern. Ein vorgefertigter OPC UA-Konnektor ist in der Regel fehlerfrei und vom ersten Tag an einsatzbereit. Er erfordert zwar Programmierkenntnisse, aber sehr grundlegende. Zum Beispiel, solche OPC UA-Stecker durch Verbinden von Software, die auf der Connect Bridge plattformverwendet die SQL-Syntax, die den meisten Einstiegsprogrammierern bekannt ist. Zwei bis drei Stunden sind erforderlich, um die Integrationsprinzipien zu verstehen und danach nur noch die Logik für die Verbindung der Maschinendaten Ihres Unternehmens mit den Geschäftssystemen aufzubauen.  

Warum müssen Sie Ihre Maschinendaten mit ERP, CRM, MES verbinden? Ein OPC-UA Slogan lautet "vom Gerät zum Unternehmen", und in diesem Fall bedeutet "Unternehmen" ein intelligentes Warenwirtschaftssystem.  

Um kluge Entscheidungen zu treffen, benötigt ein intelligentes ERP Echtzeit IIoT Daten und Analysen. Sie ein Unternehmen von der Konkurrenz abheben und eine so genannte Intelligente Fabrik bilden.  

Da ERP-Anwendungen so viele Aufgaben erfüllen: Auftragsverwaltung und -bearbeitung, Datenerfassung, Planung auf der Ebene der Unternehmensproduktion, Geschäftsprozessmanagement insgesamt und bei der Kopplung mit anderen Systemen, die rechtzeitige Leistung intelligenter ERPs bietet viele Vorteile. 

When Sie need, um Prozesse zu beschleunigen, manuelle Arbeit und Fehler zu reduzieren und schneller voranzukommen zwischen den Schritten, Erfassen von Echtzeitdaten so nah wie möglich an der Quelle - von einer bestimmten Produktionslinie oder sogar einem Gerät, ist eine Integration von Maschinendaten über OPC UA in das ERP-System revolutionär.  

Der Prozess beschleunigt sich besonders, wenn Sie eine Integrationsplattform mit vorgefertigten Steckverbinder - wie ein OPC UA-Stecker und verschiedene ERP-Konnektoren. 

AußerdemEine solche Integration trägt zu dem von uns oben diskutierten Kulturwandel bei, da die Mitarbeiter die neue Technologie bereitwilliger annehmen, wenn sie über eine vertraute Oberfläche präsentiert wird (und sogar mobilfreundlich ist!). Sicherstellen Die Benutzerakzeptanz bleibt auch im IIoT eine große Herausforderung, und die Präsentation der Daten über die Systeme, die jeder kennt und nutzt - ERP, CRM, MES usw. - beschleunigt den Übergang zu Industry 4.0.  

Andere Komponenten einer IIoT Intelligente Fabrik sind prädiktive Analytik, maschinelles Lernen, Versiegelung des Blockkettenberichtsund halb-autonome und autonome Entscheidungen and Aktionen. All dies kann ein Teil Ihres ERP-Systems sein, der Materialien bestellt oder Entscheidungen über den Versand trifft, die auf mehreren Quellen und riesigen Mengen kontextbezogener, schneller Daten basieren, die analysiert und genutzt werden in in Echtzeit.  

Hoffentlich war diese Analyse der Integration von Maschinendaten in Ihre Geschäftsmanagementsysteme hilfreich. Lassen Sie uns wissen, was Sie davon halten und welche anderen Themen wir in Industry 4.0, OPC UA-Konnektoren und der Smart Factory diskutieren müssen. 

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