Cloud Computing in der Fertigung
Die Digitalisierung der Fertigung ist heute sehr eng mit dem Ansatz der Industrie 4.0 verbunden. Das Ziel ist eine neue Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. Zunehmend individualisierte Kundenwünsche nach Produkten und Dienstleistungen können demnach von der Idee, dem Auftrag, der Entwicklung, Konstruktion und Produktion über die Auslieferung und den Einsatz bis hin zum Recycling in effizienterer Art und Weise erfüllt werden.
Kern ist dabei die intelligente Vernetzung zwischen Menschen, Objekten und Systemen, die es ermöglicht, echtzeitnahe Informationen bereitzustellen, dynamisch zu reagieren und übergreifende Optimierungen – bspw. bezüglich Kosten, Ressourcenverbrauch oder Zeit – durchzuführen.
Häufig wird im Kontext dieser Vernetzung auch von der intelligenten Fabrik (Smart Factory) gesprochen, in der sich Komplexität besser beherrschen lässt, schneller auf Störungen reagiert und die Effizienz in der Produktion gesteigert werden kann. Fester Bestandteil der Smart Factory sind sog. cyber-physische Systeme (CPS). CPS bestehen aus eingebetteten Systemen (bspw. als Teil von Geräten, Produkten, Produktionsanlagen, Werkzeugen), die durch Sensorik und Aktorik mit ihrem Umfeld und ihrer Umwelt vernetzt sind. Sie erzeugen aufgrund höherer Datenverfügbarkeit eine neue Form der Transparenz, da künftige Situationen, wie Störungen und Engpässe, anhand von identifizierten Wirkzusammenhängen prognostiziert werden.
Digitaler Schatten
Dies ist vor allem durch die Erfassung aller relevanten Daten wie Maschinen-, Positions- und Nachfragedaten, Ausfällen von Personal und Maschinen, Verkaufszahlen und Rückständen von Lieferanten zu bewerkstelligen. Diese Daten haben Einfluss auf die Produktion und unterstützen die Generierung eines möglichst genauen digitalen Abbildes: des sogenannten digitale Schattens. Der digitale Schatten bildet die Grundlage, um echtzeitnah auf Abweichungen und Störungen zu reagieren und sie auszuregeln. Wichtig ist, dass Daten unternehmensweit aus verschiedenen Quellen erfasst werden, um ihre Plausibilität zu gewährleisten. So können eine hohe Genauigkeit garantiert und Messfehler ausgeschlossen beziehungsweise auf ein Mindestmaß reduziert werden.
Wurde durch den digitalen Schatten eine hochauflösende echtzeitnahe Datenbasis (Smart Data) generiert, kann diese auf bestimmte Muster analysiert werden. Dadurch kann möglichen Fehlern präventiv durch Warnhinweise in Audio- oder Textform an den Maschinen oder durch Push-Nachrichten an mobile Geräte entgegengewirkt werden. Durch ein prognosefähiges System können Unregelmäßigkeiten nahezu in Echtzeit ausgeglichen werden, bevor sie zu Störungen werden.
Durch Sensorik und eine hochauflösende Datengenerierung kann das Produktionssystem sogar selbständig situationsgerecht verschiedene Wege nutzen. Etwa bei der Maschinenbelegung: Es kann zweckmäßig sein, bestimmte Reihenfolgen zu ändern, um Maschinen besser auszulasten. Produkte können unterschiedlich eingeplant werden und das System wählt selbständig die effizientesten Varianten aus.
Die Cloud als Enabler für Industrie 4.0
Sowohl die Vernetzung als auch die schnelle Verarbeitung großer Datenmengen in der Industrie 4.0 erfordern umfangreiche Rechen- und Speicherkapazitäten, die bei Bedarf schnell skaliert werden können. Cloud-Lösungen sind für solche anspruchsvollen Szenarien besonders gut geeignet.
Die Cloud ist ein Modell für die Bereitstellung von IT-Diensten über das Internet, bei dem gemeinsam genutzte Ressourcen, Software und Informationen Computern und anderen Geräten auf Abruf zur Verfügung gestellt werden.
Ein entscheidender Vorteil des Cloud Computing ist seine Elastizität, d. h. die Fähigkeit, Rechenressourcen dynamisch entsprechend den schwankenden Anforderungen zuzuweisen. Wenn beispielsweise die Computeranforderung eines Nutzers die aktuelle Kapazität eines bestimmten Dienstes übersteigt, kann zusätzliche Rechenleistung hinzugefügt werden, ohne dass neue physische Server bereitgestellt werden müssen.
MES und IIOT als Werkzeuge der Digitalisierung
Wird der allgemeine Begriff „Digitale Fabrik“ heute in erster Linie in Bezug auf Modellierung, Planung und Optimierung von Produktionssystemen verwendet, so sind MES als Teil der digitalen Fabrik für die Steuerung der operativen Prozesse auf der ausführenden Ebene zuständig. Informationen, die derzeit in unterschiedlichen Systemumgebungen zu hinterlegen und zu pflegen sind – wie bspw. Anlagenstrukturen, Anlagenparameter, Fertigungsschritte und -abläufe – werden zukünftig nur noch in der digitalen Fabrik geplant und optimiert und anschließend, möglichst in Echtzeit, an die ausführende Systemebene übergeben.
Das industrielle Internet der Dinge (IIoT) ist eine Abwandlung des IoT für industrielle Zwecke. Im Gegensatz zum IoT für Verbraucher, bei dem alles über Smartphones gesteuert wird, erfordert das IIoT eine starke Netzwerkverbindung zur Fabrikhalle. Dadurch kann die Anlage kontinuierlich überwacht werden und erhält Echtzeitinformationen über den aktuellen Stand der Produktion.