Durchgängige Kommunikation zwischen Shop- und Office-Floor

Brückenschlag zu IBM i

Trendthemen wie Industrie 4.0, „Smart Factory“ oder „Industrial IoT“ beruhen maßgeblich auf dem Nachrichtenaustausch zwischen der Fertigung und den betriebswirtschaftlich-logistischen Anwendungen. Moderne Gateway-Lösungen für das „Internet of Things“ machen die bislang „unsichtbaren“ Daten der Sensorik allgemein sichtbar. Dies eröffnet insbesondere mittelständischen Firmen die Chance der schnellen Adaption neuer Industrie-Prozesse.

  • Auf einen Blick: Infrastruktur mit dem IoT-Gateway Nio 100

  • Unser Autor Uwe Hollarek ist Produktmanager Kommunikation & Automation bei der Spectra GmbH

Auf der einen Seite das Terrain der Produktionsinfrastruktur, auf der anderen Seite der Midrange-Server Power System i mit seiner betriebswirtschaftlich-logistischen Anwendungswelt – und dazwischen: Eine mehr oder minder große Sprachlosigkeit.

Wer künftig wettbewerbsfähig sein will, wird sich eine solche Sprachlosigkeit im Wortsinne nicht leisten können. Denn gefragt ist der Nachrichtenaustausch zwischen allen Produktionsstufen und Management­ebenen eines Unternehmens, weil die intelligente Verknüpfung von Daten über die gesamte Wertschöpfungskette eines Produktionsunternehmens zu einem realen Mehrwert führt. Anders formuliert: Die intelligente Kombination und Analyse der Informationen aus unterschiedlichen Ebenen führt zu aussagekräftigen Daten, die in eine Produktionsoptimierung münden.

Der Nutzen einer intelligenten Datenkombination

Bereits kleine, überschaubare Szenarien machen den Nutzen einer solchen Datenkombination und -analyse transparent. Werden beispielsweise Produktionsparameter (Auslastung, Materialverbrauch, Stillzeiten etc.) aus der Steuerungsebene mit Daten zum Energie­verbrauch zusammengeführt, gibt eine Analyse der Verbrauchsdaten zu verschiedenen Tageszeiten und in unterschiedlichen Konstellationen wertvolle Hinweise auf Einsparpotenziale für eine energieschonende Planung von Fertigungsaufträgen.

Im Falle eines defekten Werkteils kann die Steuerungskomponente einer Produktionsstraße von der betriebswirtschaftlichen Anwendung autonom die zugehörige Bestellnummer anfordern. Wird die Bestellung ausgelöst, können zusätzlich Informationen zu möglichen Ausfallzeiten an das Beschaffungsprogramm übermittelt werden, um unter Abwägung von Dringlichkeit, Verfügbarkeit und Preis automatisch den bestmöglichen Lieferanten zu wählen.

Vorsorgliche Wartung

In der vorsorglichen bzw. vorausschauenden Wartung identifiziert die Analyse von Produktions- und Statusparametern (wie Betriebsstunden, Rotationen und Vibrationen) typische Muster für Wartungssituationen. Entspricht die Auswertung aktueller Werte einem der identifizierten Muster, lässt sich automatisiert ein Wartungsprozess einleiten, um die Gefahr des ungeplanten Stillstands zu bannen.
Die meisten Firmen sind für die hierfür erforderliche Kommunikation zwischen Shop- und  Office-Floor (Fertigungs- und betriebwirtschaftlich-logistische Managementebene) nur bedingt vorbereitet.

Die aktuellen Infrastrukturen in der Produktion unterstützen zum einen vornehmlich lokal begrenzte Prozessschritte. Zum anderen etablierten sich auf der Sensor- und Steuerungsebene proprietäre Feldbus-Protokolle wie Profibus und EtherCAT, die einen Datenaustausch auf direktem Wege zwischen den unterschiedlichen Ebenen oft wegen der Kosten- und des Aufwandes abwegig erscheinen lassen.

Auf Seiten der betriebswirtschaftlich-logistischen Anwendungswelt mangelt es gleichfalls an Durchlässigkeit. Viele mittelständische Unternehmen verlassen sich auch heute noch auf seit Jahren bewährte Lösungen. Diese leisten, wie beispielsweise RPG-basierte Anwendungen, nach wie vor erstklassige Arbeit in der Unterstützung der Kernprozesse. Sie waren aber nie für die umfassende Zusammenarbeit von Shop- und Office-Floor gedacht.

Moderne IoT-Gateway-Technologien

Diese missliche Ausgangslage bedeutet nicht zwangsläufig, dass die Tür zu den oben beschriebenen Szenarien für die vorhandene Produktions- und Anwendungswelt versperrt bleiben muss. Moderne IoT-Gateways in Kombination mit Cloud-Diensten können an diese Stelle helfen, die Kommunikationslücke zwischen Shop- und Office-Floor zu überbrücken.

Das IoT-Gateway Nio 100 des Spectra-Partners Nexcom beispielsweise sammelt dazu Daten in unterschiedlichen Feldbus-Formaten ein, macht diese Standard-Ethernet-fähig und kommuniziert mit den Cloud-Services über die normale Internetverbindung des Firmennetzwerks oder - optional - direkt über 3G/4G- Mobilfunk. Der Datenaustausch mit den serverseitigen Anwendungen einer Cloud-Plattform wie IBM Bluemix erfolgt ressourcenschonend über das IoT-Protokoll „Message Queue Telemetry Transport“ (MQTT).

Zu dieser Lösung gehört auch das IoT Studio von Nexcom auf Basis von Node-Red (und damit Node.js). Dieser Adapter ist ein mächtiges Werkzeug, um verschiedene Hardware-Systeme, APIs und Online-Dienste miteinander zu verbinden. Diese Verbindung findet über so genannte „Flows“ statt, in denen Knoten („nodes“) mit Anweisungen zu einer Befehlskette zusammengefügt werden einer intuitiv zu bedienende Tool-Plattform zur Entwicklung und Konfiguration eigener IoT-Szenarien.

Mittels Drag-and-Drop lassen sich Rohdaten von Sensoren und Produktionsanlagen für den Weitertransport in die Cloud aufbereiten. Die auf diesem Weg gewonnenen Daten und Erkenntnisse aus der Produktion lassen sich als Cloud-Service von IBM-i-Anwendungen „abonnieren“, um die betriebswirtschaftlich-logistischen Prozesse etwa in der Fertigungsplanung und Feinplanung zeitnah zu aktualisieren.

Vom Shop-Floor auf den Office-Floor

In einem weiteren Schritt lässt sich die Cloud-Plattform aber auch für die Realisierung der eingangs beschriebenen Szenarien (wie Ersatzteilbestellung oder vorsorgliche Wartung) heranziehen, die neben den Daten aus der Produktion zusätzlich Informationen und Funktionen vom System i einbinden.

Für die programmtechnische Umsetzung bietet sich eine moderne Entwicklungsumgebung wie Node.js an, mit der sich serverseitige Javascript-Anwendungen realisieren lassen. Gerade im Kontext der für Industrie 4.0/IoT-Szenarien typischen Anforderungen kann diese Programmier-Umgebung mit Stärken wie „ereignisbasiertes Arbeiten“ und „effizienter Umgang mit offenen Kommunikations­kanälen“ punkten. Ein weiterer Pluspunkt ist die Verfügbarkeit von Node.js für System i inklusive des Zugriffs auf die DB2-Tabellen und RPG-Programme über das XML-Service-Toolkit for Node.js.

Viele Unternehmen, insbesondere mittelständische, nähern sich der IoT-Thematik heute noch sehr zögerlich. Das liegt vor allem an der Unsicherheit, ob, wie und zu welchem Preis die vorhandene Anlagen- und Anwendungswelt eingebunden werden kann. Mit spezialisierten IoT-Gateways in Verbindung mit Cloud-Services verfügen sie aber über eine einfache – und noch wichtiger – bezahlbare Option, bislang „verborgene“ Anlagen-, Geräte- und Sensorinformationen für alle autorisierten Systeme allgemein sichtbar und verwertbar zu machen.

Mit einer Programmierumgebung wie Node.js besitzen sie gleichzeitig das notwendige Rüstzeug, die betriebswirtschaftlich-logistischen Anwendungen zu modernisieren bzw. zu ergänzen, um neue Fachbereichs-übergreifende Szenarien Realität werden zu lassen. Unter dem Strich können sie so mit dem IoT-Gateway und den passenden Cloud-Services gefahrlos die Weichen auf Industrie 4.0 stellen.

www.spectra.de

Bildquelle: Spectra

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