Industrie 4.0 Produktion der Zukunft. MES in der Praxis (Manufacturing Execution System)

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1 Industrie 4.0 Produktion der Zukunft MES in der Praxis (Manufacturing Execution System) Volker Burch, VP ATD Andreas Zerfas, Director PDM itac Software AG

2 Agenda MES in der Praxis Definition zu MES smart Electronic Factory Initiative IT-Infrastruktur in der Smart Electronic Factory MES Funktionalitäten innerhalb eines Unternehmens Auftragsfeinplanung (Advanced Planning and Scheduling) Vertikale MES Integration Horizontale MES Vernetzung Supply Chain Industrie Sicherheit in der vernetzten Fertigung Industrie 4.0 in der Fertigung Bestandsaufnahme Smart Factory Das Internet der Dinge und Dienste in der Fertigung Sensoren und Aktoren Smart Manufacturing Vorteile Ausblick itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 2

3 Definition zu MES Manufacturing Execution Systems (MES), bieten eine sinnvolle funktionale Ergänzung, um alle Fertigungsprozesse zeitnah zu planen und zu steuern, die Prozesstransparenz zu gewährleisten und den Material- und Informationsfluss innerhalb der Supply-Chain aktuell abzubilden. Darüber hinaus ergeben sich Möglichkeiten zur Unterstützung des kontinuierlichen Verbesserungsprozesses (KVP) Quelle: VDI 5600, Seite 2 Oft wird der deutsche Begriff Produktionsleitsystem synonym verwendet. itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 3

4 Grundfunktionalität MES (allgemein) Informationsfluss Materialfluss Prozesskontrolle Baugruppenpass Verpackung & Versand Manufacturing Execution System Fertigung Ein MES stellt im Idealfall alle benötigten Funktionen zur Verfügung. itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 4

5 MES in der Praxis und die smart Electronic Factory Initiative Initiatoren Applikationen Technologien Infrastruktur itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 5

6 Voraussetzungen der smart Electronic Factory Moderne IT-Infrastruktur mit ERP, MES und CAD/CAM GUI ERP- GUI MES- Workplace AOI- Repair Client HMI- Client Repair Station CAD/CAM- GUI EWMII ihap: API Service AppServer und Datenbanken ERP ERP- DB MES- DB ERP Service CAD/CAM Service CAD/CAM CAD/CAM -DB itac.artes / http Corba / IOOP itac.artes / https Kommunikation AOI- Interface SMT- Interface DLL DLL.NET OPC ims-api Gateway OPC File Interface Fertigung (Shop-Floor).NET Device Windows OS on PC.DLL Teradyne Göpel AOI Fuji Trax Fuji SMT SPS Electric Overhead track Repair- Station SPS Pressing Station Shopfloor Devices Shopfloor Devices itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 6

7 Funktionalitätsportfolio eines MES am Beispiel der itac.mes.suite Materials & Logistics Aktueller Materialverbrauch Active Traceability Rückverfolgbarkeit der Produkte und Prozesse in Echtzeit für eine Null-Fehler- Produktion Computer Aided Quality Qualitätsanalysen und Reports Manufacturing Intelligence High performance BI- Portal; Analysen von Prozess, Business, Machinen und Qualität Production Management Performance-Analyse, Datensammlung Prozess und Maschine Add-on Services Zusätzliche funktionale Komponenten (inkl. Archivierung, Alert Management) Advance Planning & Scheduling Produktionspläne basierend auf verfügbarem Material, Personal und Kapazität itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 7

8 Voraussetzungen der smart Electronic Factory MES Funktionalitäten innerhalb eines Unternehmens CAE (Computer Aided Engineering) CAD (Computer Aided Design) PLM (Product Lifecycle Management) ERP (Enterprise Resource Planning) Stammdaten MES / Traceability Beispiele Built as Planned Stückliste Rohmaterialien Software-Versionen Arbeitsplan Arbeitsfolge Betriebsmittel / Werkzeuge Produktdaten Test-Vorschriften Prüfprogramme Dokumente Arbeitsanweisungen Anlagen-Integration, Standard-Clients, kundenspezifische Clients (imsapi, PLC, Interfaces) Laser SMT AOI THT ICT EOL Wareneingang Warenausgang Process Interlocking itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 8

9 Auftragsfeinplanung Cloud basiertes APS (Advanced Planning Scheduling) ERP (z. B. SAP) 1 itac.mes.suite 2 freigegebene / nicht-freigegebene Fertigungsaufträge Bi-direktionales Ganttplan API Maschine / Anwendung - Auftragsaktivierung - Ausfallzeiten Eingeplante Aufträge 3 GanttPlan - Produktionsdaten - Maschinendaten idoc basierte SAP Schnittstelle <> itac.mes.suite GPAPS Schnittstelle (library) itac.mes.suite <> GANTTPLAN Datenkommunikation itac.mes.suite <> Shop-floor mit Online-update von GANTTPLAN itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 9

10 Auftragsfeinplanung Cloud basiertes APS (Advanced Planning Scheduling) GANTTPLAN.APS Service Auftragsübersicht Bidirektionale Kopplung zur Fertigung Darstellung der Produktionsressourcen mit Online-Status Information Eingeplante Fertigungsaufträge Warnsystem / Überwachung des Auftragsfortschritts: grün = gestartet orange = kritisch rot = verspätet grau = beendet t 0 Nicht produktive Zeiten (grau markiert) itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 10

11 Vertikale Integration in der Unternehmenslandschaft ERP MES MES PLM MES MES MES MES Eindeutige Produktkennzeichnung itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 11

12 Horizontale Integration - Supply Chain Traceability (SCT) ProductDataeXchange (PDX) basierend auf der IPC 2571 Norm Diese Norm beschreibt eine XML Struktur, in der eine komplette Produktdefinition inklusive aller Supply Chain Interaktionen abgebildet werden kann. Dabei werden auch technische Informationen wie: - BOM (Stückliste) - approved manufacturer list (AML), as-built product configuration - und allgemeine Änderungen (engineering, production, product) übermittelt. itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 12 ESC

13 Cross-plant: Horizontale & vertikal Integration Beispiel eines weltweit agierenden Elektronikkonzerns Great Britain UKF Netherland NLF France Privas Montbonnot VR China Xiamen USA PA Harrisburg USA CA Costa Mesa UAE Dubai Philippines Cavite Danam IPAI India Uttlaranchal India Bangalore Bangalore Private Cloud MES-Level Private Cloud Big Data Level Private Cloud MES-Test Level Kommuniation Werk / MES-Level Kommunication MES-Coud-Level Kommunication Werk / MES-Test Level Kommunication MES-Level / Big Data Level Beispiel: Elektronikkonzern (Stand 11/2013) 14 Werke / 3 Reparaturzentren 4.200/+ Maschinen über alle Werke 1.700/+ direkte Anwender 6 private Cloudsysteme als weltweite Infrastruktur itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 13

14 Industry 4.0 Sicherheit in der vernetzten Fertigung Security: über Netzwerk erreichbare Geräte sind anfällig für Attacken Kommunikationskanäle müssen abgesichert werden wenn vertrauliche Daten ausgetauscht werden sollen Bei embedded devices (smart Devices) muss die Firmware über Hardware gesichert sein um zu verhindern, dass Hintertüren zur Aushebelung der Sicherheitsmechanismen geschaffen werden Maschinen sind mit Aktoren ausgestattet, es ist unerlässlich diese zu schützen sonst drohen immense Schäden Beispiel: Stuxnet wurde dafür entwickelt industrielle Controller (SPS) anzugreifen itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 14

15 Industrie 4.0 in der Fertigung Bestandsaufnahme Häufig besteht eine Produktionslinie aus Maschinen unterschiedlicher Hersteller und Schnittstellen Manche ältere Maschinen bieten keine netzwerkfähigen Schnittstellen Lokale Datenhaltung Inselbildung durch Fokussierung auf einen Prozess MES Manufacturing Execution System konsolidiert die losgelösten Prozesse und ermöglicht prozessübergreifende Lösungen itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 15

16 Smart Factory Hintergründe Industry 4.0 und Smart Manufacturing Initiativen adressieren die Realisierung einer Smart Factory Fundamentale Bestandteile von Industrie 4.0: Cyber Physical Systems (CPS) Ein System von zusammenarbeitenden Softwareelementen zur Steuerung von physikalischen Geräten und Prozessen über Rückkopplungsschleifen IoT Internet of Things ein Netzwerk aus eindeutig gekennzeichneten Geräten ausgestattet mit Sensorik und Aktoren Interaktion und Zusammenarbeit sind die Schlüsselelemente itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 16

17 Industrie 4.0 Schnittstellen Interoperabilität Plug & Play Fähigkeiten werden benötigt um die Kosten der Maschinenintegration zu reduzieren Standards auf allen Kommunikationsebenen sind erforderlich Wir benötigen den USB Konnektor für Fertigungseinrichtungen Jede Anlage muss über einen Netzwerkanschluss verfügen (LAN, WLAN, ). Fertigungszellen sollten flexibler gestaltet werden. itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 17

18 Industrie 4.0 embedded devices Herausforderungen? Software muss im Push-Prinzip auf die Devices verteilt werden Hardware Lebenszyklus von Produktionsequipment liegt im Bereich von 15 Jahren und höher Standard Betriebssysteme wie Windows besitzen eine vergleichsweise kurze Lebensdauer im Vergleich zu einer Produktionsmaschine (ein hoher Prozentsatz nutzt beispielsweise weiterhin Windows XP) Hardware Lieferanten müssen ihre Produkte über einen langen Zeitraum unterstützen Die Kombination von Hard- und Software vergrössert die Komplexität und birgt ein hohes Riskio für Kompatibilitätsprobleme. itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 18

19 smart Electronic Factory Reporting / Big Data / Data Analytics Private / Public Cloud Infrastruktur itac.mes.suite Multi-Tenant Fertigung First- and Second-Tier vs. MPLS Network smart.sensordevice Stromverbrauchsdaten Multi- Tenant embedded System smart.sensordevice Temperatur / Feuchtigkeit usw. Public Cloud / Big Data Instanzen und Public Cloud MES Test Instanzen Kommunikation Werk / MES / BI Instanz (Multi-Tenant) Kommunikation First- / Second-Tier smart.mesdevices itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 19

20 Systemkomponenten zum Aufbau eines CPS in der smart Electronic Factory Cloud-basiertes MES End-to-end-Lösung mit marktführender Funktionaltät Basiert auf Middleware itac.artes mit marktweit höchster Performance & Security 24/7 Solution Cloud-based Software Cloud basierte BI Portal Anwendung Unterstützung verschiedener mobiler Endgeräteplattformen Einfache Handhabung (keine zusätzlichen Datenbanken, minimierter TCO) Schnelle und übersichtliche Anwendung Personalisierte Reportgenerierung Industrie 4.0 taugliches smart Device zum Aufbau eines CPS Embedded Linux Device M2M Kommunikation über OPC UA Diverse I/O-, Relayund SMEMA- Schnittstellen Industrietaugliches IP 54 / 65 Device App-Versorgung über smart.factoryappstore 24/7 tauglich Industrie 4.0 taugliche Einstiegslösung für KMU Embedded Linux System auf Basis neuester Virtualisierungstechnologien Optimale Einstiegslösung für kleine, mittelständische Unternehmen Linienbezogene Erfüllung von Traceability Anforderungen itac.smart.sensordevice Integration von Sensoren zur Messung von Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit usw. M2M (Machine to Machine) Kommunikation über OPC UA Raspberry PI bzw. Banana PI basiertes Device Embedded System / Devices Industrie 4.0 taugliches smart Device für durchgängige Materialchargenerfassung Automatisches Generieren von Materiallabeln verschiedener Halbleiterhersteller Umfangreiche Materiallabel Bibliothek; selbstständig erweiterbar Verarbeitungszeiten <1 Sekunde itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 20

21 Smart Manufacturing Ausblick und Vorteile Mit der Datenerfassung und Steuerung individueller Prozess kann nun der Regelkreis in der Fertigung geschlossen werden. Die gesammelten Erkenntnisse werden für eine prozessinterne und -übergreifende Steuerung verwendet. Die gesammelten Daten müssen analysiert werden Abhängigkeiten sind zu identifizieren und Fehlerschwerpunkte mit der jeweiligen Ursache / Quelle aufzudecken. Die Analyse großer Datenmengen (Big Data) ist zwingend erforderlich - online und offline. Eine Rückmeldung der Ergebnisse / Erkenntnisse in die Produktion ist Voraussetzung für einen zielgerichteten Aufbau einer smart Factory. Das Ziel ist die Optimierung der Produktivität, Ausschuss zu reduzieren und dafür zu sorgen in einem globalen Markt konkurrenzfähig zu bleiben. itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 21

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Volker Burch Vice President Andreas Zerfas Director PDM itac Software AG Burgweg Dernbach, Germany T: +49 (0)

23 Legal notice / Rechtshinweis The dissemination and reproduction of this publication or parts or excerpts thereof, for whatever reason and in whichever form, are not permitted without the explicit written approval by itac Software AG. Photographs, diagrams and texts are subject to copyright and may only be used for other purposes with the approval of itac Software AG. The itac products and services mentioned in the text and the respective logos and brand names are protected or registered brands of itac Software AG in Germany and other countries worldwide. The software products offered by itac Software AG may include software components of other software manufacturers. All other logos, trademarks, brand names and names of products and services are registered and protected brands and trademarks of the relevant companies and their further use is subject to approval by these companies. We draw to your attention that it is not permitted to change or modify trademarks or brand names and that this may be legally prosecuted by the owner. We accept no liability for references to third party suppliers, Internet links, and other source references, in any shape or form. The information and text included in this publication are intended only for informational purposes. Products may exhibit country-specific differences. All statements are subject to change and changes do not require notification. itac Software Inc. A subsidiary of itac Software AG, Germany Die Weitergabe und Vervielfältigung dieser Publikation oder Teilen und Auszügen daraus, sind zu welchem Zweck und in welcher Form auch immer, ohne die ausdrückliche schriftliche Genehmigung durch itac Software AG nicht gestattet. Fotos, Grafiken und Texte obliegen dem Urheberrecht und sind ebenfalls nur mit Genehmigung der itac Software AG für weitere Zwecke verwendbar. Die im Text erwähnten itac Produkte und - Dienstleistungen sowie die entsprechenden Logos und Markennamen sind geschützte oder eingetragene Marken der itac Software AG in Deutschland und anderen Ländern weltweit. Die von itac Software AG angebotenen Softwareprodukte können auch Softwarekomponenten anderer Softwarehersteller enthalten. Alle anderen Logos, Trademarks, Markennamen und Namen von Produkten und Dienstleistungen sind eingetragene und geschützte Marken und Markenzeichen der jeweiligen Unternehmen und obliegen deren Zustimmung für weitere Verwendungen. Wir machen darauf aufmerksam, dass das ändern oder verfälschen von Markenzeichen und Markennamen nicht gestattet ist und vom Eigner mit rechtlichen Schritten verfolgt werden kann. Für Verweise zu Drittanbietern, ins Internet und anderen Quellangaben, in jeglicher Art und Form, übernehmen wir keine Haftung. Die in dieser Publikation enthaltene Informationen und Texte dienen lediglich zu Informationszwecken. Produkte können länderspezifische Unterschiede aufweisen. Alle Angaben sind unter Vorbehalt und Änderungen ohne Anzeigepflicht. itac Software AG Burgweg 19 D Dernbach Tel +49 (0) Fax +49 (0) La diffusion et la reproduction de ces publication pour parties ou en extraits, pour quelque raison et sous n'importe quelle forme, ne sont pas autorisées sans approbation écrite explicite d'itac Software AG. Les photographies, les diagrammes et les textes sont sujets à copyright et peuvent seulement être employés pour d'autres buts qu'avec l'approbation écrite d'itac Software. Les produits et les services d'itac mentionnés dans le texte et les logos et les noms de marque respectifs sont protégés dans le monde entier ou des marques enregistrées d'itac Software en l'allemagne et d'autres pays. Les produits de logiciel offerts par itac Software peuvent inclure des composants logiciel d'autres éditeurs de logiciels. Tous autres logos, marques déposées, noms de marque et noms des produits et des services sont inscrits et les marques et les marques déposées protégées les sociétés compétentes et de leur autre utilisation est sujettes à l'approbation par ces sociétés. Nous attirons votre aattention sur le fait qu'il n'est pas autorisé de changer ou modifier des marques déposées ou des noms de marque et que ceci peut faire l'objet de poursuites par les détenteurs de ces marques. Nous n'acceptons aucune responsabilité pour des références aux fournisseurs de tiers, aux liens d'internet, et à d'autres références de source, sous n'importe quelle forme ou format. L'information et le texte inclus en cette publication sont prévus seulement pour des buts informationnels. Les produits peuvent montrer des différences spécifiques en fonction des pays. Tous ces éléments peuvent faire l'obets de modifications sans avis. itac Software AG Allemande itac Software AG IHK Koblenz Industrie 4.0 Produktion der Zukunft 23

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