Kollaboratives Werkzeugmanagement in der Cloud Ansätze und aktueller Stand im Projekt ToolCloud

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1 Kllabratives Werkzeugmanagement in der Clud Ansätze und aktueller Stand im Prjekt TlClud Werkzeugmanagement mit Industrie 4.0 Darmstadt, Dipl.-Ing. Marcus Röschinger Dipl.-Ing. Orthdxs Kipuridis Förderkennzeichen: 02PJ2731 fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 1

2 Grundidee: Unternehmensübergreifend verfügbare digitale Werkzeugbegleitkarten fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 2

3 Strukturierung des Vrtrages 1 Allgemeines zum Prjekt TlClud 2 Ausgangssituatin und Prjektfkus 3 Erarbeitetes Knzept 4 Demnstratrische Umsetzung 5 Zusammenfassung und Fazit fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 3

4 Allgemeines zum Prjekt TlClud fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München

5 Allgemeine Infrmatinen zum Prjekt TlClud Prjekttitel: TlClud Unternehmensübergreifendes Lebenszyklusmanagement für Werkzeuge in der Clud mittels eindeutiger Kennzeichnung und Identifikatin Start: Oktber 2013 Laufzeit: 3 Jahre Prjektkrdinatr: Herr Ulrich Dll (Fa. Hmag) Förderkennzeichen: 02PJ2731 Gefördert vm: BMBF Betreut vm: PTKA Rahmenknzept Förderung: Frschung für die Prduktin vn mrgen Hmepage: fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 5

6 Prjektknsrtium aus Industrie (Hersteller und Anwender), IT- Dienstleistung, Standardisierung und Frschung fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 6

7 Prjektplan und aktueller Prjektstand Jahr 1 ( 09/14) Jahr 2 ( 09/15) Jahr 3 ( 09/16) Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 A: Analyse der Przess- und Infrmatinskette für Werkzeuge (Federführung: Lehrstuhl fml/ Frmware) B: Knzeptin des Werkzeugmanagementsystems (Federführung: Lehrstuhl fml/ Frmware) C: Umsetzung als Demnstratren und Piltinstallatinen (Federführung: Frmware/ Lehrstuhl fml) D: Transfer, Verwertung, Standardisierung, Organisatin (Federführung: Hmag/ Lehrstuhl fml) Anfrderungsliste für Gesamtsystem Sll-Przesse im Gesamtsystem zur Zustandsdkumentatin definiert Finale hard- und sftwareseitige Zielsystemauswahl getrffen Piltinstallatinen umgesetzt und evaluiert, Standardisierungsknzept erarbeitet fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 7

8 Ausgangssituatin und Prjektfkus fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München

9 Bild: Siemens 2012 Industrie 4.0 Durchgängige Infrmatinslgistik als Vraussetzung für die vertikale und hrizntale Integratin Industrie 4.0 / Cyber Physische Prduktinssysteme (CPPS) Internet der Dinge und Dienste Kmmunizierende intelligente Systemelemente Unternehmensübergreifende Vernetzung der Prduktin Durchgängiger Infrmatinsfluss Clud Cmputing und Web-Services für die Industrie fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 9

10 Industrie 4.0 bietet erhebliche Ptenziale für deutsche Maschinen- und Anlagenbauer 2025* 2013 Bruttwertschöpfung in Milliarden Eur Infrmatins- und Kmmunikatinstechnik 93,65 107,7 Maschinen- und Anlagenbau 76,79 99,83 Kraftwagen und Kraftwagenteile 74 88,8 Elektrische Ausrüstung 40,27 52,35 Chemische Industrie 40,08 52,1 Land- und Frstwirtschaft 18,55 21,33 Quelle: BITKOM und Fraunhfer IAO (Bild: Statista 2014) fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 10

11 Clud Cmputing Steigende Akzeptanz und Verbreitung vn Clud-Lösungen auch im B2B-Bereich Quelle: Expertn (Bild: Statista 2014) fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 11

12 Aktuell existieren zahlreiche Brüche im Infrmatinsfluss in und zwischen Unternehmen einer Supply-Chain Manuelle Datenweitergabe und Einsatz diverser verteilter IT-Systeme (Insellösungen) Diverse mediale Brüche in der Infrmatinslgistikkette in und zwischen Unternehmen Manuelle Eingriffe beeinflussen die Przesssicherheit (z.b. Übertragen richtiger Daten) Bei KMU stehen technische Kernkmpetenzen im Fkus wenig IT-Knw-Hw vrhanden Kernkmpetenzen gesättigt und bald kein Alleinstellungsmerkmal mehr Begreifen vn Industrie 4.0 als Chance zur Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 12

13 Auch im Werkzeugmanagement bestehen grße Ptenziale hinsichtlich der Digitalisierung des Infrmatinsflusses Papierbasierte Przesse im Werkzeugmanagement Werkzeugbegleitkarte als zentrales Dkument für den Infrmatinsaustausch fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 13

14 Entlang des Werkzeuglebenszyklus werden diverse Daten benötigt und generiert Werkzeugplanung Definitin vn Anfrderungen an Werkzeuge Auswahl geeigneter Werkzeuge Festlegen vn Przessparametern Kalkulatin vn Werkzeugksten Infrmatinsart: Technische Organisatrische Lgistische Werkzeugmanagement Werkzeuglgistik Versrgung vn Maschinen mit den richtigen Werkzeugen Bereitstellung der benötigten Daten Bestandsführung und Bedarfsermittlung Lagerung und Instandsetzung Beschaffung und Transprt Erzeugung und Austausch verschiedener Werkzeugdaten Veränderungshäufigkeit: Statische Dynamische Verschiedene Orte der: Entstehung Verwendung Aktualisierung Quellen: Meyer, J.: Werkzeugrganisatin für flexible Fertigungszellen und -systeme Abele et al.: Optimierte Infrmatinstechnik im Werkzeugmanagement Herstellung Entwicklung und Knstruktin Fertigung und Mntage Schärfen Vermessen Erstellen der Begleitkarte Einsatz Lagerung Einrichtung auf Maschine (u. a. Eingabe vn Krrektur- und Betriebsdaten entspr. Begleitkarte) Betrieb Instandsetzung ggf. Reparaturen Schärfen Vermessen Anpassen der Begleitkarte Entsrgung fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 14

15 Das Werkzeugmanagement bedingt auch den unternehmensübergreifenden Austausch vn Werkzeugdaten Bearbeitungsmaschinen Hlzbearbeitung Masch.1 Masch.2 Masch.3 Werkzeugherstellung Schärfen & Vermessen Schärf- / Messmaschinen fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 15

16 Aus der aktuellen Situatin im Werkzeugmanagement lassen sich mehrere Optimierungsptenziale ableiten Mensch Maschine Mitwelt Manuelles Ablegen vn Papierdkumenten Keine zentrale Datenerfassung Verlust der Kennzeichnung Falscheingaben Maschine Manuelle Datenübertragung und -synchrnisatin Datenerfassung nur direkt am Bedienterminal möglich Mensch: Manuelle Falscheingaben und Fehler beim Ablesen / Aktualisieren vn Daten; zudem Verschmutzungen in Fertigungsumfeld Hher Zeitbedarf für Datenpflege Manuelle Przessdatenüberwachung Fehler beim Lesen der Begleitkarte Keine direkte Kennzeichnung auf Werkzeug Kennzeichnung nicht lesbar Falsches Ausfüllen der Begleitkarte Falsche Infrmatinsweitergabe Mangelnde Auswertemöglichkeiten Neuvermessungen nach Datenverlust Keine einheitliche Datenbasis zeitaufwendige Arbeitsschritte durch manuelle Mangelnde Übersicht über Datenübertragung Werkzeugbestände und -zustände Ungenaues Einspannen / Zustellen Verlust der Begleitkarte Mangelnde Transparenz Gefahr vn Über- und Unterbeständen Falsches Werkzeug / Aufnahme / Maschine / Spindel Verschmutzungen in Fertigungsumfeld Keine durchgängige Verfügbarkeit digitaler Daten Fehler bei Identifikatin Finazielle Flgen vn Ausschussprduktinen und Maschinencrashs Fehler beim Werkzeugwechsel Begleitkarte nicht lesbar Kein durchgängiges Tracking&Tracing Falsche Kennzeichnung auf Verpackung Keine Übersicht über Standtrte, Zustände und Bestände Maschine: Falsche Werkzeuge und Daten können zu geringer Prdukt- und Przessqualität Falscher Inhalt in Verpackung Nur analge unternehmensübergreifende Vernetzung Kein branchenübergreifender Standard Unzureichende manuelle Qualitätskntrlle Werkzeug hne Verpackung nicht mehr identifizierbar Diverse unternehmensinterne Nummernsysteme zur Prduktklassifizierung Unregelmäßige manuelle WE-/WA-Buchungen swie schließlich Stumpes Werkzeug eingewechselt zu Ausschuss Falsche Zurdnung Werkzeug Verpackung und Crashs führen Unterschiedliche Anfrderungen entsprechend Werkstff Hlz / Metall Erreichen der Laufmetergrenze nicht bemerkt Ausschussprduktinen Kennzeichnung auf Verpackung Manuelle Lagerverwaltung Wenig Übersicht über Werkzeugstandrt Grßes Prduktspektrum Beschränkte Verfügbarkeit vn Daten Ntwendige Instandsetzung nicht dkumentiert Begutachtung des Werkzeugstatus durch Papierdkumente Grße Preisspanne bei Werkzeugen Erfahrungswissen vn einzelnen Mitarbeitern Fehlende Daten für Vrausplanungen Maschinencrashs Unterschiedliche Einsatzanfrderungen (mit/hne Aufnahme) Methde: Keine Kennzeichnung Papierbasierte Infrmatinsweitergabe auf Werkzeugen macht diese bei Verlust der Begleitkarte ggf. Falsches Werkzeug / Aufnahme / Aggregat / Spindel hne Kntrlle eingewechselt Kein durchgängiger Infrmatinsfluss Unregelmäßige Synchrnisatin verteilter IT-Systeme Hhe Vielfalt (Einsatzzweck, Größe, ) Einsatz diverser IT-Systeme in Supply-Chain Falsche Werkzeugdaten eingegeben Mangelnde Übersicht über verfügbare Daten unidentifizierbar und damit nicht mehr einsetzbar Werkzeuge nicht eindeutig identifiziertbar Methde Manuelle / analge Datenweitergabe Mneten Management Messbarkeit Material Mangelnde Durchgängigkeit im Infrmatinsfluss zu Lasten der Przesssicherheit und - planbarkeit Mitwelt: Verlrene und verschmutzte Dkumente im Fertigungsumfeld können zu langen und fehlerhaften Datenerfassungen führen Management: Analge und verteilte Datenhaltung ermöglicht keine effiziente Planung und Nachverflgbarkeit (z.b. hinsichtlich Bestands-, Zustands- und Standrtverwaltung) Messbarkeit: Beschränkte Auswertefunktinen aufgrund inknsistenter Datenbasis und fehlender Datenerfassung Mneten: Finanzielle Flgen vn zeitintensiven Przessen, geringer Transparenz und Ausschussprduktinen Material: Grßes Werkzeugspektrum bedingt aktuell gering ausgeprägte branchenübergreifende Standardisierung fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 16

17 Ziel des Prjekts TlClud ist es die Optimierungsptenziale in einem Clud-basierten Lösungsansatz aufzugreifen Bereitstellen aktueller und knsistenter Daten in der Clud mit rts- und zeitunabhängigem Zugriff Berücksichtigung aller entlang des Werkzeuglebenszyklus benötigter und generierter Daten Ermöglichen der autmatischen Werkzeugidentifikatin und Maschineneinrichtung Bereitstellen vn Funktinen für die Auswertung und Nachverflgung vn Werkzeugen (Tracking&Tracing) Ermöglichen der transparenten Bestands- und Zustandsüberwachung und -ptimierung Knzeptinierung einer mdularen Lösung, die an individuelle Anfrderungen angepasst werden kann Anbindung diverser (mbiler) Endgeräte Sicherstellen der einfachen Übertragbarkeit und Erweiterbarkeit (hher Standardisierungsgrad) Bereitstellung, Erfassung und Aktualisierung der richtigen Daten zum richtigen Werkzeug am richtigen Ort zur richtigen Zeit in der richtigen Frm zu richtigen Ksten fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 17

18 Erarbeitetes Knzepts fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München

19 Bei der Erstellung des TlClud-Gesamtknzepts wurden diverse Arbeitsbereiche adressiert Clud-basiertes Werkzeugmanagementsystem Geschäfts- und Betreibermdell (wirtschaftliche und rechtliche Aspekte) Identifizierbare Systemelemente: Angepasste Sll- Przesse: Erstellung Datenmdell: Architektur und Sicherheit AutID- Gesamtknzept Festlegen ID-Punkte Identifizierung benötigter Daten Rechte- und Rllenknzept Auswahl Datenträger Festlegen Zugriffspunkte Klassifizierung der Daten Datenbankstruktur Auswahl Identifier Auswahl Applikatin Definieren vn Events Mdularisierung Ermittlung vn Relatinen Zurdnung zu Events Serverachitektur Datenübermittlung und Schnittstellen Branchenübergreifende Standardisierung fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 19

20 Eindeutige Identifikatin der Werkzeuge durch (serialisierte) Artikelnummern auf DataMatrix-Cdes und RFID-Transpndern Die applizierte Kennzeichnung enthält nur eine (eindeutige) Identifikatinsnummer Kennzeichnung aller relevanten Systemelemente (Werkzeuge, Aufnahmen, Maschinen etc.) Nutzung standardisierter Nummern und -kreise (GS1) Einsatz vn DataMatrix-Cdes und RFID- Transpndern Lösung unabhängig vn Identifikatinsverfahren fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 20

21 Durch hinterlegte Aggregatinsbeziehungen kann über jedes (aggregierte) Objekt auf den aktuellen Datensatz zugegriffen werden Daten Werkzeug Daten Aufnahme Daten Aggregat Daten Maschine sgtin sgtin GIAI GIAI Kennzeichnung Kennzeichnung Kennzeichnung Kennzeichnung Deggregatin Werkzeug Aufnahme Aggregat Maschine Daten Werkzeug Daten Aufnahme Daten WKZ in Aufn. Aggregatin sgtin Kennzeichnung Kennzeichnung sgtin Werkzeug Aufnahme fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 21

22 Durch die Definitin vn EPCIS-Events für alle Przessschritte können benötigte Daten abgerufen und übertragen werden Analyse Ist-Przesse Identifikatin Schwachstellen Generierte und benötigte Daten Definitin vn Sll-Przessen Ableiten benötigter EPCIS-Events Neue Funktinen und Daten Umfassendes Datenmdell VDMA 8849 eclass Unt.übergr. Festlegungen Umsetzung benötigter Schnittstellen fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 22

23 EPCIS-Events sind standardisiert und ermöglichen die einfache Datenübertragung swie umfangreiche Auswertungen Dimensin WANN Zeitstempel Dimensin WAS Identifikatinsnummer des Objekts + extensins (Daten aus / für Przessschritt) Dimensin WARUM Standardisierte und für TlClud definierte Attribute Dimensin WO Lkatinsnummer fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 23

24 RFID DMC Netzwerk (z.b. VPN) Die IT-Architektur sieht die sichere Datenübertragung und Schnittstellen zu diversen Endgeräten und IT-Systemen vr Cnnected Wrld (Clud Ebene) Speicherkapazität Rechnerkapazität App Server Reprting Firma A Virtualisierung Unternehmensebene Firma N Bestandsverwaltung Prduktinsplanung ERP WMS Anlagensteuerungsebene Steuerungseinheit Middleware E/A Treiber Sensrik Feldebene Middleware Mbile Geräte Interaktinsgeräte Werkzeug Werkzeug fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 24

25 Demnstratrische Umsetzung fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München

26 Das entwickelte Gesamtknzept wird in einem Demnstratr und in Piltinstallatinen bei den Industriepartnern umgesetzt Identifikatinsstatin Werkzeug- Wechselsystem Prttyp des TlClud- Demnstratrs am Lehrstuhl fml Spindel fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 26

27 Die Architektur des Demnstratrs rientiert sich an der für die Piltinstallatinen geplanten Architektur EPCIS Repsitry zur Speicherung vn Events Datenbank zur Speicherung vn Stammdaten AR-Brille zur Unterstützung manueller Tätigkeiten WebServices zur Daten Bearbeitung / Bereitstellung Smartphne/ Tablet mit TlClud App - Rechner zur Steuerung des Gesamtsystems Serielle / Ethernet Anbindung der Systemkmpnenten Mnitr zur Visualisierung des Infrmatinflusses Drehtisch als Abstraktin der Spindel DataMatrix Lesegerät Tuchfähige Benutzerberfläche Abfragen und manuelle Steuereingriffe Drehtisch als Abstraktin des Wechselsystems RFID Lesegerät fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 27

28 Im Demnstratr wurden Funktinen für alle am Werkzeuglebenszyklus beteiligten Unternehmen berücksichtigt fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 28

29 Funktinen sind in einer App umgesetzt um die Flexibilität der Lösung zu erhöhen (z.b. bei fehlender Internetanbindung vn Maschinen) fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 29

30 Als Ausblick wurde eine GgleGlass-Anwendung implementiert, die z.b. den Kmfrt beim Datenabruf erhöht Quelle: fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 30

31 Zusammenfassung und Fazit fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München

32 Es wurde ein Knzept für ein kllabratives Werkzeugmanagement entwickelt, das im nächsten Schritt in Pilten umgesetzt wird Durchgängige Infrmatinsflüsse im unternehmensinternen und -übergreifenden Werkzeugmanagement Es werden alle Bereiche des Werkzeugmanagements und alle Phasen des Werkzeuglebenszyklus adressiert Das Knzept wurde in einem Demnstratr umgesetzt, der mit einer App und GgleGlass- Anwendung gekppelt werden kann Im nächsten Schritt erflgt die Umsetzung vn Piltinstallatinen bei den Industriepartnern weitere Ausarbeitung eines geeigneten Geschäftsmdells fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 32

33 Dipl.-Ing. Marcus Röschinger Technische Universität München fml - Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Bltzmannstr Garching Tel Fax reschinger@fml.mw.tum.de Dipl.-Ing. Orthdxs Kipuridis Technische Universität München fml - Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Bltzmannstr Garching Tel Fax kipuridis@fml.mw.tum.de fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Lgistik Prf. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner Technische Universität München 33