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Die schnelle und einfache Implementierung von datengetriebenen Shopfloor-Anwendungen bei gleichzeitiger Datensouveränität ist aktuell eine der größten Herausforderungen der Fertigungsindustrie. Wie ist sie zu lösen?
Autor: Plamen Kiradijev, IBM Global CTO Industrie 4.0
Die Industrie ruft mit steigendem Digitalisierungsgrad nach schnellen und sicheren Möglichkeiten zur wertschöpfenden Nutzung von Daten. Während des Produktionsprozesses fallen an den Maschinen und Anlagen massenweise Daten zum Status und Zustand der Maschine, zum Produkt sowie zum jeweiligen Prozessschritt an. Diese Daten müssen ohne Zeitverlust direkt vor Ort erfasst, analysiert und weiterverarbeitet werden. Die Gründe dafür sind vielfältig: Kurze Latenzzeiten für Echtzeit-Anwendungen, schneller Relevanz-Verfall der Daten, gesetzliche Regularien oder Vorgaben für Datensicherheit. Hinzu kommt der essenzielle Wunsch der Unternehmen nach Datensouveränität zum Schutz ihres geschäftskritischen Know-hows.
Daten als Basis.
Bei einer modernen KI-gestützten visuellen Inspektion in der Fertigung beispielsweise werden hochauflösende Bilder automatisch analysiert – am besten in Echtzeit. Wenn zur Analyse jedes einzelne Bild zunächst über das lokale Fabriknetzwerk in die Public Cloud geschickt werden muss, verpufft der Nutzen der modernen KI-Technologien durch die hohe Latenzzeit und die oftmals unzureichende Verfügbarkeit des Wide Area Network (WAN) für den großen Datenstrom. Hinzu kommt, dass viele Unternehmen noch nicht über eine Anzeige relevanter Kenngrößen zum Produktionsprozess und Anlagenstatus verfügen. Oft gelingt es noch nicht, am Ort des Geschehens in der Fertigung die benötigten Daten aus allen heterogenen Quellen zusammenzubringen, um darauf valide Analysen durchführen zu können und KI zum Einsatz zu bringen.
Vorkonfigurierte und integrierte Lösungen können hier Abhilfe schaffen. German Edge Cloud, ein Unternehmen der Friedhelm Loh Group, hat gemeinsam mit Partnern im Oktober 2019 die ONCITE entwickelt – die erste datensouveräne Industrial Edge Appliance für echtzeitfähige industrielle Anwendungsfälle. IBM hat die Appliance jetzt um die IBM Cloud Pak Lösung erweitert, die auf Red Hat OpenShift basiert. Das Ergebnis für die Industrie-Anwender: schnellere Inbetriebnahme und flexiblere Integration der Appliance in alle Leitebenen der Fertigung.
Easy way.
Was zunächst einfach klingen mag, ist immer noch eine der größten Herausforderungen in modernen Fertigungsumgebungen: das Sichtbarmachen der relevanten Produkt- und Prozessdaten während des laufenden Transports – lückenlos von Station zu Station bis zur Qualitätskontrolle und Auslieferung der serialisierten Produkte an den Kunden. Damit diese Visualisierung gelingt, müssen in nahezu Echtzeit alle relevanten Daten zusammengeführt werden – entlang der gesamten „Automatisierungs-Pyramide“ der Fertigung: Von den lokalen IT-Systemen der Fabrik mit ERP an der Spitze, über PLM, MES und Scada bis zu den Sensoren und Aktoren der verarbeitenden Maschinen an der Basis.
Die ersten eingesetzten Module aus den IBM Cloud Paks adressieren die OT-IT-Integration durch die IBM-Lösung Plant Service Bus. Sie basiert auf IBM App Connect for Manufacturing und bietet eine universelle Integration in den Shopfloor auf Basis von MQTT, OPC UA und einer Vielzahl weiterer Protokolle. Zusätzlich kommt der IBM Operational Decision Manager zum Einsatz, der es Nicht-IT-Mitarbeitern ermöglicht, das Verhalten und die Datenflüsse im Shopfloor über Geschäftsregeln zu steuern. Dabei werden alle Daten aus dem operativen Bereich (OT) erfasst und mit den IT-Systemdaten vereinheitlicht.
Die Lösung läuft auf Red Hat OpenShift, womit nicht nur die von GEC und IBM zur Verfügung gestellten Komponenten, sondern auch weitere Lösungen von Drittanbietern in einer modernen Container-, Automations- aber auch virtualisierten Umgebung als die neue Fertigungs-IT laufen. Kunden bekommen die Flexibilität, ihre Anwendungen lokal oder in der Cloud-Umgebung auszuführen – der große Nutzen einer Hybrid-Cloud-Umgebung. Durch den Einsatz von Hyperscaler-Technologie wie KI-Dienste zur visuellen Inspektion oder für Predictive Maintainance profitieren die produzierenden Unternehmen schnell von einem hohen Digitalisierungsgrad in ihrer Fertigung, ohne selbst umfassendes Know-how dafür entwickeln zu müssen.
Praxislösung.
Wie die Lösung in der Praxis aussehen kann, zeigt das Pilotprojekt im digital integrierten Produktionswerk von Rittal im hessischen Haiger. 250 vernetzte Maschinen produzieren dort bis zu 18 Terabyte Daten jeden Tag, die analysiert, in nahezu Echtzeit verarbeitet und zur Optimierung der Produktion genutzt werden – und zwar mit der notwendigen Datensicherheit und -souveränität. Bei der Planung des Werks im Jahr 2015 war noch keine passgenaue, datensouveräne Lösung verfügbar. Dies war der Anstoß zur Entwicklung von Oncite.
Mit Hilfe der IBM Lösung erweiterten sich die Möglichkeiten: Produktinformationen aus dem SAP-System wurden mit Echtzeit-Stationsdaten zusammengeführt. Damit konnte schnell und einfach visualisiert werden, in welchem Bearbeitungszustand sich die jeweiligen Produkte befinden und wie der Produktionsprozess insgesamt verläuft.
