MODELLBASIERTE MODULARE SHOPFLOOR IT

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1 MODELLBASIERTE MODULARE SHOPFLOOR IT Einfache, schnelle, flexible und gewerkeübergreifende Entwicklung, Implementierung sowie Wartung der Shopfloor IT Fraunhofer Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) Geschäftsfeld Unternehmensmanagement Abteilung Geschäftsprozess- und Fabrikmanagement Dipl.-Ing. Nikolaus Wintrich

2 Definition Shopfloor IT Die Shopfloor IT ist direkt an der Herstellung der zu fertigenden Produkte beteiligt (Operativ), und umfasst Produktions- und Fertigungstätigkeiten Steuern, Regeln und Überwachen der Fertigungsprozesse (& Anlagen) in Echtzeit. Unterschiedliche Gewerke Unterschiedlicher Automatisierungsgrad + Unterschiedliche Technologien Konsistente Spezifikationen? Einheitliche Anforderungen? Auftragnehmerunabhängigkeit? Hohe Vielfalt und Komplexität der Shopfloor-IT Ziel Einheitliche Spezifikationen über Gewerke- und Technologiegrenzen hinweg! 2

3 Modularisierung ermöglicht Flexibilität und reduziert Komplexität Bisherige Ansätze zur Modularisierung in der Automobilindustrie Modularisierungsansatz in der Automobilproduktion Modulare Fabrikarchitektur - MPB - Modulare Produktarchitektur - MQB - Und was ist mit der S hopfloor IT? Bild Links und Mitte: Waltl, Wildemann Modularisierung der Produktion in der Automobilindustrie, TCW Tranfer-Centrum, München 2014 Bild Rechts: Spiegel Online 3

4 Praktische Verwendung des modularen Shopfloor IT Baukastens (MSITB) Im Einklang mit der Produktionssystemplanung erfolgt auch die Planung der Shopfloor IT Funktionsbausteine Schritt Fertigungssystemkonzept erstellen Informationsprozesse zuordnen und / oder gestalten Zusammengesetzte Module Ergebnisse Anlagen Layout Produktionsprozesse Fertigungsbezogene IT Infrastruktur (Sensoren)? Standard Fachmodule erstellt IT-Module (Business Services) zugeordnet Informationsprozesse gestaltet Anpassungsbedarf identifiziert Vorgabe für IT Applikationen? 4

5 Zusammenhang der Modularen Baukastensysteme Verknüpfung des MPB mit dem MSITB und der IT Bebauung Modularer Produktionsbaukasten (MPB) Modularer Shopfloor IT Baukasten (MSITB) IT Bebauung Eine endliche Anzahl von Standardmodulen reicht aus, um die Shopfloor IT gewerkeübergreifend zu definieren Module sind einfach miteinander kombinierbar Neutrale Grundfunktionen Verrichtung Neutrale Anlagen, Rollen IT-Service-Spezifikation ist aufwandsarm aus den Grundfunktionen ableitbar Service-Spezifikationen sind ohne Zusatzaufwand koppelbar Gemeinsame Nahtstelle 5

6 Architektur des modularen Shopfloor IT Baukasten Von einzelnen Basisklassen hinzu kombinierten Referenzinformationsprozessen Verbindung mit dem modularen Produktionsbaukasten über gemeinsame Geschäftsobjekte (GBO) Kombinierte Referenzinformationsprozesse Ebene 3 (z.b. Pick by Light) - Instanzen Referenzinformationsprozesse Ebene 2 (z.b. Identifizieren) - Instanzen Neutrale Grundfunktionen Verrichtung Neutrale Anlagen, Rollen GBO Ebene 1- Klassen Standard Interaktionsfunktionen Standard Informationsgrundfunktionen Ausgeführt durch generischer Business Service Stabil durch alle Ebenen Ebene 0 Basisklassen Generische Grundfunktionstypen z.b. Daten auswerten USDL generische r Service Business Klasse Service 6

7 Verknüpfung mit dem MPB über gemeinsame Geschäftsobjekte Informationsobjekte als Klebstoff zwischen den Welten Interaktions funktionen MSITB Gemeinsame Ges chäfts objekte Neutrale Verrichtungs funktion MPB Rolle Generischer Business Service Shopfloor Infras trukturelem ent Verrichtungsfunktion Funktion IT Baukasten Informationsobjekt Ressource Produktzustand 7

8 Modularer Shopfloor IT Baukasten MSITB Wenige standardisierte Module ermöglichen die Abbildung (fast) aller Standard Interaktionsfunktionen Standard Informationsgrundfunktionen Triggersignal auslösen Anlagenrückmeldung verarbeiten Visualisieren Daten Daten Daten ver- ver- ver- verarbeiten ver- Daten synchronisieren Prozessablauf splitten Prozessablauf entscheiden Neutrale Verrichtungsklassen Entnehmen Transportieren Handhaben Identifizieren Anlage führen Fertigen Fügen Daten Auslesen Daten Flashen Kontrollieren Icons made by Freepik from is licensed by CC BY 3.0 8

9 Modulaufbau im Detail Ein Modul besteht grundsätzlich aus drei Komponenten Funktion zur Verarbeitung der Eingangsobjekt und Erzeugen der Ausgangs Triggersignal auslösen Eingangsobjekt(e) vom Vorgängerprozess Ausgangsobjekte zur Ansteuerung der Anlagen Lastenheft Spezifische Regeln Service Description die ausführbar sein kann (Spezifikation) Bsp: Parameter: Zeit Bsp: Signal auslösen 9

10 Modulaufbau im Detail Ein Modul besteht grundsätzlich aus drei Komponenten Funktion zur Verarbeitung der Eingangsobjekt und Erzeugen der Ausgangs Triggersignarückmeldung auslösen Anlagen- verarbeiten Eingangsobjekte aus der angesteuerten Anlage Ausgangsobjekte zur weiteren Verarbeitung 10

11 Integrierte Unternehmensmodellierung Wenige Konstrukte ermöglichen ein übersichtliches Modellieren und leicht verständliche Modelle 11

12 Modellierungsmuster: Rückmeldung Rückmeldung aus dem angestoßenen (gesteuerten) Prozess: Produkt prüfen Rückmeldung aus dem angestoßenen (gesteuerten) Prozess: Produkt zu ABC liefern 12

13 Modulbaukasten Shopfloor IT Beispiel: Nahtabdichtung Modulweiser Zusammenbau des Prozesses Triggersignal auslösen Anlagenrückmeldung verarbeiten Triggersignal auslösen Anlagenrückmeldung verarbeiten Triggersignal auslösen Anlagenrückmeldung verarbeiten Triggersignal auslösen Anlagenrückmeldung verarbeiten Daten verarbeiten Triggersignal auslösen Anlagenrückmeldung verarbeiten Triggersignal auslösen Anlagenrückmeldung verarbeiten einfördern Karosserie identifizieren Karosserie (ver)messen Karosserie fügen Naht abdichten Daten Flashen mob. Datenträger aktualisieren ausfördern Karosserie Icons made by Freepik from is licensed by CC BY

14 Ein Modulbaukasten für alle Shopfloor IT-Prozesse Verwendung des Modulbaukastens am Beispiel von 5 Anwendungsfällen Use Case 1 Use Case 2 Use Case 3 Use Case 4* Use Case 5 * Sehr detailliertes Beispiel mit komplexem Verfahren (Produktionszelle) Icons made by Freepik from is licensed by CC BY

15 Ein Modulbaukasten für alle Shopfloor IT-Prozesse Verwendung des Modulbaukastens am Beispiel der 5 Anwendungsfälle Digitales Betanken Insgesamt ~95% der Prozesse über die Module vollständig beschrieben Kleinteile Montieren o (1550 Prozessobjekte / 7 ~ 200 instanziierte Module aus 20 generischen Modulen in 5 Anwendungsfällen) Deutlich höherer Formalisierungsgrad und bessere Genauigkeit Verschrauben eines Großteils Aufwandsminimierung durch Verwendung standardisierter Module Reduktion der Komplexitätsebene um den Faktor 16 für den Planer Einheitliche Sprache Seitenteil außen links* Nahtabdichtung * Sehr detailliertes Beispiel mit komplexem Verfahren (Produktionszelle) Icons made by Freepik from is licensed by CC BY

16 Die modulare Shopfloor IT ist flexibler und schneller in der Planung & Ausführung Was ist neu? Digitale Fabrik MSITB MPB Integration in die Digitale Fabrik Integration in den modularen Produktionsbaukasten möglich Digitale Absicherung der Shopfloor IT Von der Konzeption bis Ausführung Demonstration am Beispiel fischertechnik Flexibilität durch wenige stabile Bausteine (Grundfunktionen und Verrichtungsfunktionen mit verknüpften Informationsobjekten) für unterschiedliche Fertigungstechnologien und -verfahren Icons made by Freepik from is licensed by CC BY

17 Basis für die gemeinsame standardisierte Planung Frühzeitige Integration der Shopfloor IT und Identifikation von Abhängigkeiten Frühzeitige Integration der Shopfloor IT in die Gesamtplanung möglich Frühzeitige Identifikation von Abhängigkeiten zischen der Anlagen- und Shopfloor IT- Planung Basis für gemeinsame standardisierte Planung für Gewerke- und IT-Planer Gemeinsamer Modulbaukasten für alle Planer (Gewerke- und Standortübergreifend) Basis für Plug-in-Planning, Plug-in-Ramp-Up und Plug-in-Produce Wissensverteilung durch dezentrales Modulmanagement (einzelne Modulverantwortliche) 17

18 Vielfältige Nutzungsszenarien Komplettspezifikation Werksebene Planung neuer bzw. Änderung bestehender Produkte Definition von Standards Änderungen beim Produktionssystem Kaum Auswirkungen auf Fertigungsplanung MSITB Proaktive Eingrenzung von Systemvarianten Integrierte Planung Identifikation von Abhängigkeiten 18

19 Modellbasierte Ausführungsumgebung - Architektur Überwachen und Steuern der Ausführung zur Echtzeit IM-Monitor (Cockpit) Modelldaten Start order Control (Step wise, continue, start, procced, restart, pause, unpause, nextstep) MO²GO Engine USDL Templates Index File Service Konfigurations- Datei USDL Files Index File Mapping Tabelle Execution Manager Service Events Messages OPC UA Server Konfigurations- Datei Call Server Subscribe Method Call Events Messages 20

20 Band 3 Gesamtaufbau des fischertechnik-fabrikmodells Bearbeitungsstation Ablauf Transport-Roboter, Greifer Bereitstellen der Karosserie aus Hochregallager Band 1 Zuführen Band 2 Band 3 Einlagern der montierten Karosserie im Hochregallager Flurförderfahrzeug Unterboden mit Aggregat Flurförderfahrzeug Band 3 21

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

22 KONTAKT IHRE ANSPRECHPARTNER Dr.-Ing. Thomas Knothe Leiter Abteilung Geschäftsprozess- und Fabrikmanagement Telefon: Dipl.-Ing. Nikolaus Wintrich Telefon: Prozessmanagement Strategien, Methoden, Umsetzung Hrsg.: Jochem, Mertins, Knothe Mit Beiträgen namhafter Experten!