PROzwo Übersicht I 4.0 EDAG MES Simulation Produktion

PROzwo steht für PROaktive PROduktion. Hinter diesem Akronym steht im Produktionsumfeld die kongeniale Verbindung von Ablaufsimulation und MES. Bild: EDAG

Die 4. Industrielle Revolution proklamiert die konsequente Vernetzung der Fabrik über ihre einzelnen Gewerke, innerhalb des Produktionsnetzwerkes und im Zusammenspiel der Märkte (Arbeitsmarkt, Zuliefermarkt, Absatzmarkt). Die Herausforderung liegt in der tatsächlichen Umsetzung dieses sehr komplexen Anspruches.

PROzwo steht für PROaktive PROduktion. Hinter diesem Akronym steht im Produktionsumfeld die kongeniale Verbindung von Ablaufsimulation und MES. Moderne Produktionsleitsysteme generieren ein lückenloses virtuelles Abbild der Produktion. Dies wird durch Kennzeichnung der einzelnen Objekte mithilfe einer eindeutigen Identifikationsnummer ermöglicht. Des Weiteren senden alle verbundenen Komponenten ihre Zustands- und Statusinformationen zur weiteren Verarbeitung und Archivierung an das MES. Dank intelligenter Algorithmen werden diese in betriebswirtschaftliche Kennzahlen überführt. Durch Kenntnis des gegenwärtigen virtuellen Abbilds der Produktion versucht das MES die ressourceneffektivste Auftragsabarbeitungsreihenfolge zu ermitteln und einzusteuern sowie auf Störungen und Engpässe effizient zu reagieren. Sobald jedoch das Produktionssystem einen gewissen Komplexitätsgrad übersteigt, geraten die Algorithmen des MES an ihre Grenzen.

Die Lücke wird durch moderne Simulationsapplikationen geschlossen. Diese sind in der Lage, komplexe Wirkzusammenhänge auf Basis von diskreten Simulationsmodellen effizient abzubilden. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Optimierung von Prozessen. Kern und Wesen einer Ablaufsimulation ist die Abstraktion eines realen Systems in Form eines (Simulations-)Modells. Nach Verifizierung dieses Modells werden Experimente durchgeführt. Erkenntnisse, die aus diesen Experimenten abgeleitet werden, können dann auf die Wirklichkeit appliziert werden.

Die Zusammenführung und die Bereitstellung eines bidirektionalen Datenaustausches zwischen dem Produktionsleitsystem und der Ablaufsimulation ist die fundamentale Säule für PROzwo. Das virtuelle Abbild der Produktion besteht aus der aktuellen Fabriktopologie, den aktuellen Steuerungsparametern, dem vorhandenen Arbeitsvorrat sowie den derzeitigen Verfügbarkeiten und Belegungen der Anlagen. Über eine geeignete Schnittstelle wird es in die Simulationssoftware überführt, wo das initiale Simulationsmodel auf Basis dieses virtuellen Abbildes der Produktion vollautomatisiert aufgebaut wird.

Mit dem Start der Simulation wird die Produktion virtuell - im Zeitraffer - weiterbetrieben. Hierbei tauschen sich Simulation und MES ständig über eine nachrichtenorientierte Middleware aus. Sobald ein Bauteil innerhalb der Simulation zu einem Entscheidungspunkt gelangt, werden die MES-immanenten Bewertungsalgorithmen zur Entscheidungsfindung genutzt. Nach Durchführung eines Simulationslaufes ist das zukünftige Produktionsabbild auf Basis der derzeitigen Fabriksteuerungsparameter ermittelt. Dies entspricht dem Ergebnis unter Beibehaltung des Status quo.

Durch intelligentes Anpassen von Fabriksteuerungsparametern innerhalb der Simulation können nun verschiedene Experimente in kürzester Zeit zur Findung eines möglichst optimalen Parametersets für das derzeitige oder das zukünftige Produktionsprogramm ermittelt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse werden wieder zur optimierten Steuerung der Produktion in das reelle MES zurückgespielt. Mit Hilfe dieses Ansatzes kann der vorhandene Arbeitsvorrat hocheffizient, auf Basis der gegenwärtigen Situation durch simulationsgestütztes Antizipieren des zukünftigen Systemverhaltens, geplant und durch die Produktion geführt werden.

Derzeit zeichnen sich drei Einsatzgebiete für PROzwo ab. Der ‚Blick in die Glaskugel’ wurde bereits in der Praxis getestet. Benefit hier: Optimierung der Sequenz einer Fertigung und damit verbundener optimierter Ressourceneinsatz. Die Prognose zeigt auch, wie sich eine Verlagerung der Produkte mit geringerem Arbeitsinhalt (und damit verbundenem geringeren Personaleinsatz) in die Nachtschicht auf das Gesamtsystem auswirkt.

Das zweite Arbeitsgebiet von PROzwo öffnet sich, wenn zusätzlich zu den ‚klassischen’ Produktionsparametern (Durchsatz oder auch Taktzeit) noch der Energiebedarf berücksichtigt wird. Wie werden Produktionssysteme energieeffizient betrieben? Über Simulation kann hier in idealer Weise sehr detailliert analysiert werden. Auch hier gibt es bereits Pilotanwendungen bei einem deutschen OEM.

Der nächste Schritt skizziert die virtuelle Inbetriebnahme des Produktionssystems. Analog der bekannten, mechatronischen Ansätze, bei denen Anlagen ‚gegen’ ihre reale Steuerung simuliert werden, wird hier das MES am virtuellen Produktionssystem getestet, geschult und optimiert. Schlussendlich liegt mit PROzwo ein Ansatz vor, der es ermöglicht, Produktionssysteme in mehrfacher Hinsicht neu zu verstehen, zu parametrieren und zu steuern, um sich so den Herausforderungen der Industrie 4.0 zu stellen.