Wussten Sie schon, dass Sie als Unternehmen Zugriff auf eine kleine Modellfirma haben, die auf dem Hochschulcampus angesiedelt ist? Statt eigene Forschungsabteilungen vorzuhalten, können Sie auf unsere Fabrik der Zukunft (FdZ) setzen. Hier steht eine komplett integrierte „Modellfirma“ zur Verfügung, die vom Webshop über ein ERP-System und ein Workflow-System bis hin zur Maschine das komplette Feld der vertikalen Integration abdeckt. Anwender können hier entweder anhand vordefinierter Lerneinheiten Details wie die automatisierte Rückmeldung von Maschinendaten in die Planungsebene oder die Analyse der Workflows auf Ineffizienzen kennenlernen. Eigene Ansätze, wie die Aufnahme von Wartungsarbeiten in das Planungssystem oder verbesserte Planungsalgorithmen, können ebenfalls erprobt werden.

Vertikale Integration

Vertikale Integration ist essentiell für die Industrie 4.0. Durch Sie werden unter anderem schnellere Übertragungswege, Integrität und Einheitlichkeit der Daten ermöglicht.

Enterprise Resource Planning

Enterprise Resource Planning (ERP) Systeme sind unabdingbar. Sie halten alle Informationen des Unternehmens aus kaufmännischer Sicht und ermöglichen einen einheitlichen Ablauf für die Kaufabwicklung von Produkten und Material.

Manufacturing Execution System

Zur Überwachung und Steuerung der Produktion bietet ein Manufacturing Execution System (MES) die richtigen Funktionen. Im Gegensatz zu ERP-Systemen besitzt ein MES eine prozessorientierte Sicht auf die Produktion.

Smart Product

Mithilfe des Smart Product Ansatzes ist es möglich, jedes einzelne Produkt zu identifizieren und über den kompletten Lebenszyklus nachzuvollziehen. Dies steigert die immer wichtiger werdende Individualität.

Automatisierung

Automatisierte Produktion besitzt schon seit Jahren viele Vorteile. Durch Industrie 4.0 können diese noch weiter ausgenutzt werden. Die Produktion wird effektiver, Fehler werden reduziert und die von Menschen getätigte Arbeit wird konzentriert.

Automatisierte MDE/BDE

Automatisierte Maschinendatenerfassung (MDE) und Betriebsdatenerfassung (BDE) ermöglichen quasi in Echtzeit die Produktion in Form von Daten digital darzustellen. Durch die sofortige Verfügbarkeit der relevanten Daten erhöht sich die Kontrolle über Maschinen und Produktion, was einer Qualitätssteigerung nach sich zieht.

Produktionsablauf der Fabrik der Zukunft

Systemarchitektur

Der Versuchsaufbau der Fabrik der Zukunft simuliert eine komplexe, kundenindividuelle Produktion. Dazu werden Smarties - bunte Schokolinsen - in einem kundenindividuellen Muster arrangiert.

Die Bestellung erfolgt über einen Webshop. Bei der Übernahme des Musters aus dem Webshop ins ERP-System wird für jedes Muster eine individuelle Stückliste angelegt und den Planungsalgorithmen übergeben.
Diese bestimmen Material- und Zeitbedarf und geben die Aufträge für die Abarbeitung frei.

Ein Workflow-System arbeitet die freigegebenen Aufträge ab und sendet über eine REST-API Kommandos an die Produktionsmaschinen.
Die bei der Produktion erfassten Maschinendaten werden automatisch zurückgemeldet und bilden die Grundlage für die Planungsalgorithmen.
Menschliche Eingriffe werden durch die vertikale Integration über die Systemgrenzen hinweg soweit möglich reduziert.

Bei der Auswahl der Anlagen wurde darauf geachtet, möglichst diverse Steuerungen zu verwenden und zu demonstrieren, wie bestehende Technik integriert werden kann.

Eingesetzte Systeme

GSD ERPFrame

Als ERP-System wird ERPframe von GSD-Software eingesetzt. ERPframe bildet alle üblichen ERP-Funktionen ab.

GSD DOCUFrame

DOCUframe wird zur Produktionssteuerung genutzt. Durch die integrierte Workflow-Engine ist eine Automatisierung möglich.

Java/Tomcat

Als Schnittstelle zwischen den Planungssystemen (ERPframe und DOCUframe) und den Maschinensteuerungen, werden Java-Webservices eingsetzt.

Siemens SPS

Das Transportsystem wird über zwei Siemens SPS gesteuert. Eine SPS kümmert sich um die RFID-Leser, die andere SPS um alle Sensoren, Stopper, Bänder und Fixierstationen.

Robotersteuerung

Das Bestücken übernimmt ein Roboter. Dieser ist durch einen eigenen proprietären PC steuerbar.

Embedded DOS

Mithilfe eines Embedded DOS ist es möglich, das Lagersystem zu steuern.

Protokollerklärung

Das Gesamtsystem ist nach dem Client–Server–Prinzip aufgebaut. Informationen werden dabei Mithilfe von Nachrichten über eine TCP/IP basierte Port–Socket–Kommunikation ausgetauscht.

Jede Nachricht ist aus zwei Teilen, dem Protokollheader und den optionalen Nutzdaten, aufgebaut.
Der Protokollheader besitzt Informationen über den Absender und Empfänger der Nachricht, dem Nachrichtentyp, eine Befehlsnummer, eine eindeutige ID sowie die Länge der Nutzdaten.

Um eine maximale Sicherheit beim Nachrichtenaustausch zu gewährleisten, wird jede Nachricht, die ein Kommando darstellt, durch zwei Antworten bestätigt.

A001: Acknowledge 1
Wenn das Kommando empfangen wurde und auch interpretiert werden kann, wird eine Antwort mit der Befehlsnummer 001 an den Absender des Kommandos zurück geschickt. Antworten sind dabei durch ein A als Nachrichtentyp gekennzeichnet.
Konnte das Kommando nicht korrekt interpretiert werden, wird eine Fehlernachricht mit der Befehlsnummer 000 zurück geschickt. Fehler sind durch ein F im Nachrichtentyp gekennzeichnet.

A002: Acknowledge 2
Sobald ein Kommando korrekt abgearbeitet wurde, wird dies durch das Versenden einer Antwort mit der Befehlsnummer 002 gekennzeichnet.
Konnte das Kommando nicht korrekt ausgeführt werden, wird eine entsprechende Fehlernachricht zurück geschickt. Hier können optional Nutzdaten zur näheren Beschreibung der Fehlersituation an die Nachricht angehängt werden.

Schnittstellen

Die Verbindung zwischen dem Planungssystem DOCUframe und den direkten Steuerungsprogrammen der einzelnen Maschinen erfolgt über eine RESTful-API. Durch die Eigenschaft von RESTful zustandslos zu sein, sind die Steuerungsprogramme soweit vom Planungssystem entkoppelt, sodass es jederzeit möglich ist die Planungssysteme auszutauschen. Ebenfalls kann auch auf ein Planungssystem verzichtet werden, was in einer manuellen Steuerung folgert.

Die Steuerungsprogramme und die eigentliche Hardware sind über TCP/IP Sockets verbunden. Da diese zwei Systeme voneinander abhängig arbeiten, sind die zustandorientierten TCP/IP Sockets sinnvoll. Dadurch besitzen Steuerungsprogramm und eigentliche Hardware zu jederzeit einen gegenseitig bekannten Zustand und können als eine Einheit angesehen werden. Ebenfalls erhöht sich die Effizienz der Datenübertragung, da auf wiederholende Verbindungsaufbauten verzichtet werden kann.

Kontakt

Ihr Ansprechpartner für die Fabrik der Zukunft:

Prof. Dr.-Ing. Valentin Plenk
Institut für Informationssysteme (iisys) der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hof
Alfons-Goppel-Platz 1
95028 Hof

Email: valentin.plenk@hof-university.de
Telefon: +49 9281 409-4690

Referenzen