Interoperable Sensorkommunikation für digital unterstützte Fertigungsprozesse

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1 Ericsson Deutschland GmbH Interoperable Sensorkommunikation für digital unterstützte Fertigungsprozesse Hannover, den 28. April 2017

2 Smart Data Was ist eigentlich Industrie 4.0? Physisch Industrie 4.0 Operational Excellence durch digital veredelte Wertschöpfungsprozesse Industrie 4.0 = Smart Factory Sensoren schaffen erhöhte Transparenz und eine erweiterte Planungsfähigkeit Stichworte: Augmented Reality, Big Data, RFID & AutoID, CPS Echtzeitfähige, intelligente, horizontale und vertikale Vernetzung von Menschen, Maschinen, Objekten und IKT-Systemen Industrie 4.0 zum dynamischen Management von komplexen Systemen. Smart Products Prof. Dr.-Ing. Günther Das Schuh Produkt denkt mit und steht auch nach dem Verkauf mit dem Hersteller in Verbindung Stichworte: digitaler Produktlebenslauf (RFID), Kommunikation und Schnittstellenstandards Smart Operations Die vernetzte Produktion ermöglicht eine flexible Produktionsplanung und -regelung Stichworte: CPPS, Concurrent Engineering, M2M, Kybernetische Produktion Smart Service Durch die Vernetzung von Produkt und Hersteller eröffnen sich neue Märkte für Dienstleistungen Stichworte: Product-Service-Systems, Hybride Produkte, Service Engineering, Service-Plattformen Security Smart Service Welt Neue Geschäftsmodelle und Services auf Basis digitaler Plattformen Virtuell Seite 2

3 Die Vision der smarten Fabrik und transparenter Informationsflüsse stellt heutige Entscheider vor einer Reihe von Herausforderungen Pred. Maintainance Intelligent Sensors Hohe Anlagenverfügbarkeit Individualisierung / Losgröße 1 Konsequente transparente Produktion dynamische & flexible Produktion Mensch Roboter Kollaboration Minimaler Ressourcenverbrauch (Qualitätssicherung) Entscheider Seite 4

4 Gezielter Informationsaustausch? Beispiel: Produktionssteuerung Die Verwendung von Standards erhöht Zuverlässigkeit als auch Transparenz Herausforderungen Immer individueller werdenden Prozessketten trotz steigender Marktdynamik Einheitliche Steuerung der Produktionsprozesse durch heterogene Systemlandschaften schwierig. 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 Hochauflösende/adaptive Produktionssteuerung basierend auf interoperablen Systemen Seite 5

5 Reifegrad Make the elephant eatable Die Hebung der Nutzenpotenziale informationsvernetzter Industrien (Beispiel: Industrie 4.0 Maturity Index) Wie kann es automatisiert lernen? Self-optimizing Industrie 4.0 Was wird passieren? Warum passiert es? Being Prepared Was passiert? Understanding Seeing Computerization Connectivity Visibility Transparency Predictability Adaptability In Richtung vernetzter Industrien Entwicklungspfad Seite 6

6 Kreislauf der unterschiedlichen Daten im Produktlebenszyklus Recycling / Verschrottung Material & Produktionsdaten Recycling Zulieferer Bestell-, Produktions- & Versandt Daten Garantie, Service Daten, Info über Ursprung, counterfeit After Sales Logistik & Transport Daten Distribution Produktion Versandt & Verbau Daten Produktionskontrolle Qualitätsdaten Seite 7

7 Beispiel Car-Body ID 1 RFID UHF Schreibe-, Lesegerät 2 Transponder Label (passiv UHF) 3 Netzwerk- Integration Typische Lesereichweite 1m-5m Lesen in Bewegung und Stillstand Hochtemperatur fest: bis zu 230 C Schweißfest (EMV) Robust Integration in Feldbusse Seite 8

8 Kreislauf der unterschiedlichen Daten im Produktlebenszyklus Recycling / Verschrottung Material & Produktionsdaten Recycling Zulieferer Bestell-, Produktions- & Versandt Daten Garantie, Service Daten, Info über Ursprung, counterfeit After Sales Logistik & Transport Daten Cloud Distribution Produktion Versandt & Verbau Daten Produktionskontrolle Qualitätsdaten Seite 9

9 Datenfusio n Vom Standard-Sensor zum Smart Sensor für Industrie 4.0 Smart Sensor Messwert Elektrisches Messsignal Sensorchip Aktive Messschaltung Optional AppSpace Individuelle Kundenfunktionen Kundenapplikation A Kundenapplikation B Cloud Analoges Messsignal / Binäres Schaltsignal Kundenapplikation C Ext. Eingang für binären Sensor Integrierte Funktionen Easy to use Funktion ( Standard Funktion ) Selbstkalibrierung Diagnose Automatisierungsfunktionen Applikation A Applikation B Applikation C Veredelte Messdaten Standardisierte, Echtzeit Kommunikationsschnittstelle Zustandsinformation Semantisch beschrieben Messdaten, Informationen und/ oder Schaltsignale Seite 10

10 EPCIS XML SNMP Smart Sensors für die vertikale Integration Central configuration SOPAS + Integration MES ATLAS IT Managment & Backup System SOPAS + Integration local client Maintenance TCP/IP Smart Sensor Multi Protokoll Plattform SPS Seite 11

11 Vertikale Integration Welche Kommunikationsbeziehungen sind angedacht? Welche Daten sind aus einem Sensor für welche Ebene relevant? ERP Wofür werden die Daten verwendet? Firmen- ebene Produktionsebene MES Maschinenebene OPC UA: Embedded Server Industrial Ethernet SPS + HMI 1. Maschinensteuerung 2. Prozess Datensammlung und Kommunikation zu HMI / MES Sensor-, Aktorebene Seite 12

12 Industrielles Konsortialprojekt Wireless Kart Trace im Center Connected Industry Zielsetzung Aufbau einer Tracing-Lösung für die Prozessabläufe und Prozessmaterialien der Kart-Montage in der Demonstrationsfabrik Aachen Schaffung eines digitalen Schattens von jedem Kart in der Produktion Status Quo Keine Transparenz über den Status des jeweiligen Karts im Montageprozess (Tracking) Manuelle Nachhaltung der Stücklisten der verwendeten Baugruppen (Traceability) Hoher Aufwand bei der Erstellung der Montagereihenfolgeplanung Keine Aufnahme der Durchlaufzeiten der einzelnen Montageschritte Seite 13

13 Von der Sammlung großer Datenmengen (Big Data) zur Verteilung relevanter Events (Smart Data) Industrial IT systems (ERP, MES, ) Event Handling Incidents High-value Daten Komplexes Event Processing (CEP) Event Processing Events Aggregierte Daten Event Streams Event Generation Sensor Daten Basis Daten BETREUT VOM Seite 14 14

14 EPCIS erhöht die Transparenz der Geschäftsprozesse durch zeitpunktbezogene Protokollierung von Ereignissen und systemübergreifende Verfügbarkeit. ERP ERP ERP Accessing App. Datenbank der erfassten EPCIS-Events nach DIN SPEC EPCIS Repository Schnittstelle zwischen ERP-Systemen und EPCIS-Repository Validierung/Aggregation der Sensordaten Drahtlose Anbindung über 5G-Mobilfunknetz Capture App. Connectivity Erfassung der EPCIS-Events: Was (welches Objekt) Wann (zu welchem Zeitpunkt) Wo (an welchem Ort) Warum (in welchem Geschäftskontext) Barcode- und RFID-Sensorik überträgt EPCIS- Daten über OPC-UA-Schnittstelle Sensoren SLA Monitoring Monitoring der Konnektivität und Darstellung über zentrales IoT-Dashboard Center Connected Industry RWTH Aachen Campus / SICK AG Seite 15

15 Implementierung und Validierung der interoperablen Industrie 4.0-Anwendungen findet anhand der realen Fabrikations- und Logistikprozessen der Demofabrik Aachen statt. real & anfassbar Demofabrik Aachen GmbH Seite 16

16 Anwendungsfall: Teileverbauprüfung Zielsetzung Kenntnisse über das verbaute Bauteil Überprüfung des Montageplatzes am Kart Seite 17

17 Anwendungsfall: Teileverbauprüfung Am realen Kart können Sie die Radmontage mittels RFID (RFU650) überprüfen die Bauteil ID, ob vorhanden in Stückliste Montage des Bauteils entsprechend Montagereihenfolge der richtige Montageort durch Richtungserkennung mittels RFU650 Visualisierung EPCIS Capture App Connectivity mit 5G-Technologie Sensor (RFID) Seite 18

18 Ausblick: Beispiel: Smart Factory - Kommunikation Interoperabler Ereignisaustausch über die klassische Supply Chain hinaus. Firmen- ebene ERP Produktionsebene Maschinenebene 5G Technologie MES SPS (Edge Cloud) Maschinensteuerung (Real time control) Sensor-, Aktorebene Sensoren Seite 19

19 Ausblick: Interoperabler Ereignisaustausch über die klassische Supply Chain hinaus. Lieferverzug Umplanung Maschinenbelegung Reihenfolgeänderung Ersatzbestellung Zukünftiger vernetzter Datenaustausch geht über die Verknüpfung eigener Dateninseln und Einbezug der nächsten Supply Chain-Glieder deutlich hinaus. internal SCM classic Produktverbesserung Maschinen- Hersteller Zulieferer Störung Historie Zustand Code Empfehlung IT-Bypassing Service Produzent Lieferausfall IoT-Plattform Kunde Speicherung / Aggregation Mustererkennung Firmware- Update Sensorhersteller Instandhaltungsdienstleister Sicherstellung Verfügbarkeit Analyse-Anbieter Next Level Seite 20

20 Zusammenfassung: Industrie 4.0 lebt von übergreifend verfügbaren Informationen und deren Nutzung Industrie 4.0 ist eine neue Art des industriellen Wertschöpfungsprozesses zur Losgröße 1 (Mass Customization) Der Prozess bedarf einer hoch entwickelten, flexiblen Infrastruktur, zur Optimierung der Wertschöpfung, basierend auf Echtzeit-Informationen (Events), die durch vernetzte Sensoren bereitgestellt werden Sensoren nutzen interoperable Schnittstellen, um Informationen direkt an relevante Systeme oder Nutzer bereitzustellen Nutzung neuer mobiler Industrie-Schnittstellen erlaubt Datenerfassung und -bereitstellung in neuer Dimension Praxisbeispiel zeigt die einfache Anwendbarkeit, die neue Anwendungen und deren schnelle Umsetzung ermöglicht Industrie 4.0-Standards schaffen und Mehrwert nutzen! Seite 21

21 Besuchen Sie uns und erleben Sie den vorgestellten Case live in Aachen. Andreas Höll Technical Industry Manager Corporate Solution Center Factory Automation SICK AG - Waldkirch Phone: andreas.hoell@sick.de Christian Maasem Center Director Center Connected Industry at RWTH Aachen Campus Phone: christian.maasem@connectedindustry.net Seite 22