Fellbach, 29./30. September 2015

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1 Hochauflösende Produktionssteuerung auf Basis kybernetischer Unterstützungssysteme und intelligenter Sensorik Standardisierungsaktivitäten im Forschungsprojekt! Unterstützung des Transfers von Forschungsergebnissen am Beispiel DIN SPEC Fellbach, 29./30. September 2015

2 Agenda 1 Standardisierung und Normung - Was ist das DIN? 2 Verfahren zur Standardisierung 3 Warum wurde Standardisierung in ProSense berücksichtigt? 4 EPCIS als Basis der DIN Spec Die Erweiterung als Architekturmodell 6 Zusammenfassung und Ausblick Seite 2

3 Was ist DIN? Allgemeine Informationen Eingetragener Verein Zuständige deutsche Normungsorganisation für europäische und internationale Normungsaktivitäten Mitglieder von DIN sind Unternehmen, Verbände, Behörden und andere Institutionen aus Industrie, Handel, Handwerk und Wissenschaft Zahlen und Fakten Angestellte von DIN Externe Experten DIN-Normen DIN-Spezifikationen Quelle: DIN Geschäftsbericht 2014 Seite 3

4 Standardisierung im Forschungsprojekt Wieso? Normen machen innovatives Know-how auf breiter Linie bekannt und nutzbar Frühzeitige Besetzung zukünftig relevanter Normungsfelder und Sicherung der Vorreiterrolle bei Zukunftstechnologien Förderung des Wissens- und Technologietransfers von der Forschung in die Praxis und in die Märkte Vernetzung der relevanten Akteure Seite 4

5 Die politische Seite Normen und Standards als Beitrag zur Innovationsförderung Die neue Hightech-Strategie Normen und Standards dienen als Katalysator und können die Durchsetzung von Innovationen beschleunigen, indem bereits bei der Forschung Normungs- und Standardisierungsaspekte mit berücksichtigt werden. Quelle: Die neue Hightech-Strategie, BMBF 2014 (Hrsg.), S. 42 Normungspolitisches Konzept der Bundesregierung Nutzung von Normung und Standardisierung zur Umsetzung von Innovationen und Forschungsergebnissen Quelle: Normungspolitisches Konzept der Bundesregierung, Sep. 2009, S Seite 5

6 Konsensgrad Unterschied Norm und Standard Offener Expertenkreis DIN-Norm Spezifikation DIN SPEC Geschlossener Expertenkreis Unternehmens-/ Konsortialstandard Entwicklungszeit Seite 7

7 Was soll standardisiert werden? - Themenfindung Herbst 2014: Normenrecherche basierend auf Stichwortliste des Konsortiums nicht selbsttaktende Abfrage, Ereignisdaten, XML-Basis, Echtzeitfähigkeit, Betriebssystem übergreifend, OPC Server, OPC-UA, OPC-DA, OPC-Client, Java, Legacy-Systeme, Server SQL Datenbank, Open Database Connectivity (ODBC) -Schnittstelle, MES-System, Unique Identifier Number (UIN), ERP-Data Collector, Maschinendatenerfassung (MDE), Betriebsdatenerfassung (BDE), Mapping Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Sensorikbausteine, Electronic Product Code Information Services (EPCIS)-Events, Complex event management / Processing, aktive Steuerung (unter Berücksichtigung Klassifikationen), Events (unter Berücksichtigung Klassifikationen) Wareneingang, RFID, Materialboxen, Automatisches Erfassen, Anwesenheit Mensch, Fertigungsmaschinen, Arbeitsvorgang, Bearbeitungsplatz, Materialfluss, Maschinenebene, Fertigungssteuerung, Intelligente Sensorik Einkauf, Lieferung, Lagerhaltung, Logistik Produktion, Produktionslenkung Interfaces, IT- Hardware- Schnittstellen Industrielle Automatisierungssysteme IT- Anwendung en in der Industrie Forschungsergebnisse ProSense bspw. zur Kommunikationsarchitektur Ergebnisse Normenrecherche Themenfindung Seite 8

8 Der Weg zur DIN SPEC Vorschlag / Anfrage Organisation Kick-Off Interne Prüfung Durchführung Kick-Off GPL erstellen Inhalte erarbeiten GPL veröffentlichen Manuskript erarbeiten Prüfung der eingegangen Kommentare Verabschiedung DIN SPEC Vertragserstellung Finale Freigabe DIN SPEC Vertragsunterzeichnung Veröffentlichung DIN SPEC GPL: Geschäftsplan Experten DIN Gemeinsam Seite 9

9 Inhalte DIN SPEC Einleitung Anwendungsbereich Normative Verweisungen Begriffe Datenverarbeitung Event- Datenbank Externe System Architekturbild Nutzer Datenerfassung DFA Aachen DFA Aachen Electronic Product Code Information Services (EPCIS) Schnittstellen des ereignisbasierten Produktionssystems Eventgruppen zum Datenaustausch mittels EPC Use Cases Fazit / Ausblick MSR Technologies Ortlinghaus Seite 10

10 Agenda 1 Standardisierung und Normung - Was ist das DIN? 2 Verfahren zur Standardisierung 3 Warum wurde Standardisierung in ProSense berücksichtigt? 4 EPCIS als Basis der DIN Spec Die Erweiterung als Architekturmodell 6 Zusammenfassung und Ausblick Seite 11

11 Die Produktion kann mit Hilfe geeigneter Soft- und Hardware effizienter und transparenter gestaltet werden Wie können wir den wachsenden Ansprüchen gerecht werden und gleichzeitig die Produktion effizienter gestalten? Technologieauswahl und -anpassung Fehlende Transparenz Globaler Leistungsdruck Produktionsleiter Produktionsleiter stehen vor der Herausforderung die Produktion trotz steigender Ansprüche zu beherrschen Ansätze für intelligente Soft- und Hardwarenutzung im Bereich der Prozesssteuerung Wie lassen sich trotz steigender Vielfalt der Technologien und den damit einhergehenden proprietären Anbindungsschnittstellen die Transparenz und Effizienz der Produktion sicherstellen? Seite 12

12 Die Verwendung von Standards in der Prozesssteuerung erhöht sowohl Zuverlässigkeit als auch Transparenz der Produktion Gezielter Informationsaustausch? Derzeit stehen produzierende Unternehmen vor der Herausforderung, ihre immer individueller werdenden Prozessketten trotz steigender Marktdynamik zu beherrschen. Die einheitliche Steuerung der Produktionsprozesse ist dabei ein wesentlicher Erfolgsfaktor. Ausgangssituation Inadäquate Abbildung der Produktionsprozesse durch ungeeignete Software-Lösungen Standardisierung bei Vielzahl der Schnittstellen notwendig Hochauflösende Abbildung der Produktionsprozesse durch Software Effizienzsteigerung und Optimierung der Durchlaufzeiten von Aufträgen durch Einführung Standardschnittstellen Bereitstellung einer hochauflösenden, adaptiven Produktionssteuerung basierend auf kybernetischen Unterstützungssystemen und intelligenter Sensorik Seite 13

13 EPCIS Grundprinzip EPCIS ist eine standardisierte Schnittstellenspezifikation Beschreibt, wie die zu übertragenden Informationen eines Schnittstellentyps aussehen sollen ein offener Standard zum Verfolgen beliebiger Objekte EPCIS ermöglicht unternehmensinternes und übergreifendes Tracking und Tracing EPCIS beinhaltet die Erfassung des Electronic Product Codes (EPC) an Schnittstellen und anschließende Verknüpfung von Ort und Zeit Object Events Aggregation Event Transformation Event Transaction Events Information Ereignis Was? Wo? Weshalb? EPCIS event Event type ObjectEvent Action OBSERVE WHEN eventtime T12:00: :00 WHAT epclist urn:epc:id:sgtin: WHERE readpoint urn:epc:id:sgln: bizlocation urn:epc:id:sgln: WHY Sensor Extension value 15 uom CEL DVS Seite 15

14 EPCIS Technologieprinzip Electronic Product Codes (EPC) z.b. Serialized Global Trade Item Number (SGTIN), Global Returnable Asset Identifier (GRAI), etc. Individuelle Identifikation von Objekten wie Produkten, Lokationen oder Transaktionen Auto-ID RFID als meistverwendeter Datenträger Ebenfalls Verwendung von Barcode-Systemen möglich Repository Middleware zwischen Abfrage- und Erfassungsschnittstelle Transformiert Daten in gewünschtes Format für ERP, DMS etc. Harmonisieren der heterogenen Systemlandschaft als Dolmetscher EPC-Transponder GS1-128 GS1 DataBar GS1 DataMatrix (01) (21)123 (01) urn:epc:id:sgtin: Datenträgerunabhängigkeit von EPC Anwendungen Seite 16

15 Die Verwendung von EPCIS unterstützt die Nachverfolgung in der gesamten Wertschöpfungskette Standardisierung von Datenfeldern und Attributen Core Business Vocabulary (CBV) als branchenübergreifender Prozesskatalog EPCIS (globale) unmissverständliche Interpretation von EPCIS-Ereignisnachrichten Mögliche Definition eigener unternehmensspezifischer Prozesse Logistik: Anlieferung Fertigung / Produktion Montage Lieferung / Zustellung Marketing / Sales Services / Wartung Spezifikation Life Cycle Management Stammdaten Seite 17

16 Anwendungen in der Praxis Unterstützung der Fertigungssteuerung, unter anderem durch Dokumentation und Fortschrittskontrolle; Möglichkeit zu Analysen und Statusabfragen Automatisierte, papierlose Erfassung von Prozessschritten, zum Beispiel Kommissionierung, Medikation, Sendungsübergabe Rückverfolgung von Objekten, zum Beispiel von Fleisch-Chargen, Pharmaprodukten oder Markenartikeln Kenntnis über den aktuellen Ort und Status von Objekten, zum Beispiel von Containern,in Echtzeit Produktionsplanung Promotion-Management Prozessdokumentation Bestandsmanagement Ausnahmebehandlung Geschäftsoptimierung Frische-Management Fälschungssicherheit Herkunftsnachweis EDI-Nachrichten Rückrufaktionen Zollabwicklung Couponing und Verbraucherschutz EPCIS Tracking Tracing und -steuerung Überprüfung, ob es sich bei bestimmten Produkten um Originale bzw. um Schwarzmarktware handelt Automatisches Auslösen von EDI-Transaktionen, zum Beispiel Warenverbuchung bzw. Lieferavis Automatisches Auslösen von Benachrichtigungen an Prozessverantwortliche bei kritischen Lieferketten-Ereignissen Seite 18

17 Nutzer Architekturbild Unternehmen A BAWS Interne Event DB ERP 2 Betriebliche Anwendungssysteme (BAWS) HMI Interne Event DB 4 1 Unternehmen B BAWS Externe Event DB 2 MES MDE BDE Feinplanungssystem 1 HMI Interne Event DB Datenerfassungsebene Maschine /SPS Sensorelemente Intelligente Sensorik Rückmelde- Terminals HMI Interne EPCIS-Events externe EPCIS-Events 1 Schnittstelle System Event-Datenbank Seite 20

18 Use Case Production Cycle Management Success Story Produktionsmanagement: DFA Automatische Ermittlung von Übergangszeiten FIR e.v. an der RWTH Aachen Demonstrationsfabrik Aachen Übergangszeiten machen typischerweise zwischen 90% und 95 % der Durchlaufzeiten aus Ausstattung der Ladungsträger mit wiederbeschreibbaren RFID-Transpondern Zeiterfassung über gesamten Prozess und Übermittlung der Daten an das ERP-System Genauere Durchlaufterminierung Automatische Erfassung von Bearbeitungszeiten Erfassung mit Hilfe von Barcode-Scannern Automatische An- und Abmeldung an einzelnen Fertigungsstationen Rückmeldung an ERP-System Genauere und schnellere Zeiterfassung durch Vermeidung manueller Mitschriften Annäherung der geschätzten an die tatsächliche Bearbeitungszeit erhöhte Planungsgenauigkeit Einhaltung der Auftragsreihenfolge Versehen der Kommissionierwagen mit einem Auftragsbezug durch RFID-Tag Erfassung des Wagens mittels RFID-Sensorik Bereitstellung der benötigten Materialien Einhaltung der Reihenfolge gewährleistet durch Abgleich mit ERP-System sonst Warnung Effizienzsteigerung Seite 21

19 Weitere Use-Cases Lernfabrik für vernetzte Produktion Mehrstufige Produktion eines intelligenten Zahnradgetriebes bestehend aus acht Bauteilen Unterschiedliche Kombination der Bauteile führt zu über 160 verschiedenen Produktionsvarianten Eindeutige Zuordnung und Vorgehensweise unübersichtlich Umsetzung Bestückung der Materialträger mit passiven RFID-Transpondern Speicherung von spezifischen Auftrags- und Bearbeitungsdetails Datenabgleich und Rückmeldung durch ERP- System MSR Technologies GmbH Gleichzeitige Bearbeitung mehrerer Aufträge an der selben Station Manuelle Rückmeldung der verschiedenen Aufträge ist zeitaufwendig und fehleranfällig Ergebnisse / Potentiale Produktionssteuerung und überwachung in Echtzeit Minimierung der Falschbehandlung durch eindeutige, automatische Identifikation der Aufträge Automatische Anpassung von Arbeitsstationen Seite 22

20 Agenda 1 Standardisierung und Normung - Was ist das DIN? 2 Verfahren zur Standardisierung 3 Warum wurde Standardisierung in ProSense berücksichtigt? 4 EPCIS als Basis der DIN Spec Die Erweiterung als Architekturmodell 6 Zusammenfassung und Ausblick Seite 23

21 DIN SPEC Durch Schaffung von Standards die Einbindung von Industrie 4.0-Konzepten erleichtern Fördert Wissenstransfer Forschung - Wirtschaft Zusammenarbeit mit Industrieunternehmen zur Erstellung der DIN SPEC Standards werden in der Industrie angewendet Unterstützung nachhaltige Ergebnisverwertung Anwendung in der Industrie 3 Jahre zur Entscheidung, ob DIN SPEC z.b. in eine Norm überführt wird Vernetzung der relevanten Akteure Zur Erstellung werden die relevanten Player an einen Tisch gebracht Konsortium von ProSense als Anwendungspartner Frühzeitiges Feedback interessierter Kreise Feedback von Konsortialpartnern u d auch weiteren Kreisen Feedback durch Verbreitung der Ergebnisse auf Fachmessen Seite 24

22 Kontakt Weiter Informationen finden Sie unter: DIN e. V. Abteilung Entwicklung neuer Arbeitsgebiete (ENA) Am DIN-Platz Burggrafenstr Berlin Dipl.-Ing. Christine Fuß Projektmanagerin Telefon: +49 (0) christine.fuss@din.de Campus-Boulevard Aachen M.Sc. Anne Bernardy Informationsmanagement Telefon: +49 (0) Mobil: +49 (0) Anne.Bernardy@fir.rwth-aachen.de Seite 25