Softwarearchitektur für das MES der Zukunft

Die großen Herausforderungen für die Fabrik der Zukunft bestehen u. a. darin, alle notwendigen Daten zu erfassen und so die Basis für das digitale Abbild der Fertigung zu schaffen. Allerdings liefern Sensoren, Maschinen und Anlagen nur Rohdaten. Menschen hingegen wollen Antworten auf konkrete Fragen. Dazwischen braucht es geeignete Methoden, um aus der digitalen Basis nutzbare Informationen abzuleiten und diese bedarfsgerecht als Antworten darzustellen. Zudem schreit die stark ansteigende Anzahl von Teilnehmern (Sensoren, Datenlieferanten und Anwendungen) geradezu nach einer neuartigen und vor allem in alle Richtungen offenen Architektur.

Durch die vollständige Abbildung der realen physischen Welt in digitaler Form und die Etablierung leistungsfähiger Regelkreise streben viele Fertigungsunternehmen nach mehr Transparenz und Effizienz – ganz im Sinne von Industrie 4.0 und Internet of Things. Es sollen dabei sowohl Systeme vernetzt, Objekte modelliert und die jeweiligen Prozesse flexibel abgebildet und integriert werden. Ziel dabei ist, eine übergreifende Interoperabilität über alle Prozesse und Systeme sicherzustellen.

Was bleibt, ist die Lücke zwischen den Rohdaten im Shopfloor und den Informationsbedarfen der Anwender und IT-Systeme. Denn erst durch geeignetes Verdichten, Aggregieren und Kumulieren von Daten entstehen verwertbare Informationen. Heute erledigen Manufacturing Execution Systeme (MES) diese Aufgabe. Die Anforderungen an solche Systeme werden jedoch immer komplexer. Auch die von den produktionsnahen Abteilungen geforderten Anwendungen werden stetig vielschichtiger, was zwangsweise zu einer höheren Modularität und Flexibilität der Systeme führt. In Summe wächst die Herausforderung, diese Aufgaben mit einer zentralen Standardlösung zu realisieren.

Als notwendige Folge braucht es eine offene Integrationsplattform, um MES-Komponenten und weitere fertigungsnahe Systeme standardisiert miteinander zu vernetzen. Damit würde man viele der genannten Anforderungen erfüllen und zudem eine anbieterübergreifende Nutzung von Anwendungen aller Art (z.B. MES, ERP, PLM, …) ermöglichen. Zudem können sich völlig neue Kooperationen zwischen Entwicklungs- und Implementierungspartnern ergeben.

Manufacturing Integration Platform

Mit der Manufacturing Integration Platform (MIP) beschreibt MPDV eine derartige offene Plattform, die fertigungsnahen Anwendungen einen geeigneten Lebensraum bietet und gleichzeitig eine ganzheitliche digitale Transformation ermöglicht. Die MIP ist:

• Integrator für Standard-Anwendungen verschiedener Anbieter,
• Basis für die Integration von spezifischen Applikationen und
• Voraussetzung für das nahtlose Einbetten von Eigenentwicklungen.

Zusammengefasst versetzt die Plattform Anwender in die Lage, eigenentwickelte Software mit individuellen Sonderlösungen und verfügbaren Standardapplikationen quasi „out of the box“ zu kombinieren. Über das Verhältnis aus Eigenentwicklung und Fremdbezug kann der Anwender zu jedem Zeitpunkt frei entscheiden. Dabei ermöglicht die Plattform den Zugriff sowohl auf lokale Ressourcen als auch auf solche, die über das Internet of Things angebunden sind.

Ein Fertigungsunternehmen hat mehrere Maschinen. Sowohl die Maschinen mit ihren Stammdaten als auch die Beschreibung der gefertigten Artikel und alle Arbeitspläne sind in der MIP hinterlegt. Die realen Maschinen sind über sogenannte MIP Add-Ons mit den entsprechenden digitalen Abbildern verbunden. Dabei werden kontinuierlich Daten erfasst und in der MIP gespeichert. Werden nun Aufträge im ERP-System erstellt, gelangen diese über ein anderes MIP Add-On ebenfalls in die MIP. Mit einer sogenannten Manufacturing App (mApp) kann der Planer des Unternehmens nun festlegen, wann die jeweiligen Aufträge auf welchen Maschinen zu fertigen sind. Die getroffene Zuordnung wird in der MIP hinterlegt, damit andere mApps im Shopfloor die anstehenden Aufträge an der jeweiligen Maschine anzeigen können. Soll nun ein Auftrag angemeldet werden, erfolgt dies über einen Aufruf der mApp im Shopfloor an die MIP. Ab jetzt werden alle erfassten Echtzeitdaten sowohl der entsprechenden Maschine als auch dem angemeldeten Auftrag zugeordnet. Eine mApp zur Auswertung kann nun direkt auf die Daten des Auftrags zugreifen. Alternativ wird als Zwischenschritt ein MIP Add-On damit beauftragt, die Daten vorab zu verdichten und daraus geeignete Kennzahlen zu berechnen.

Diese Abläufe wären heute zwar auch mit einem MES abbildbar, allerdings nur, wenn alle Komponenten von einem einzigen Anbieter stammen bzw. in einem einzigen System integriert sind. Im Angesicht stetig wachsender Komplexität in der Produktion macht es jedoch mehr Sinn, wenn Komponenten und Anwendungen unterschiedlicher Herkunft flexibel miteinander kombiniert werden können. Hierfür wird eine offene Systemstruktur benötigt, die die Manufacturing Integration Platform gewährleistet.

Herr Prof. Kletti, aus welchem Grund beschäftigen sich die MES-Experten von MPDV seit einiger Zeit mit einem neuen Plattformansatz? Das MES HYDRA ist doch gut am Markt positioniert?

Das ist prinzipiell richtig. Allerdings beobachten wir immer häufiger, dass Fertigungsunternehmen eigene Anwendungen integrieren oder Systeme anderer Anbieter anbinden wollen – mal ganz abgesehen von der üblichen ERP-Anbindung. Auch die unternehmensübergreifende Vernetzung von Fertigung und IT-Systemen wird immer öfter nachgefragt. Daraus leiten wir den Bedarf an einer neuen, offenen Plattformarchitektur für MES-Aufgaben ab. Es wird zukünftig also neben den klassischen MES-Systemen auch offene Ansätze für fertigungsnahe IT-Systeme geben.

Was ist denn bei einer offenen Plattform anders als bei einem MES-System wie HYDRA?

Mit einem MES wie HYDRA können Unternehmen heute wie morgen Daten erfassen und damit die eigene Fertigung steuern und optimieren. Mit der neuen Manufacturing Integration Platform (MIP) werden sämtliche für die Fertigung relevanten Objekte zusammen mit deren Daten in einer gemeinsamen Datenbasis gehalten. Über standardisierte Methoden und Funktionen können Apps aller Art flexibel auf diese Objekte und ihre Daten zugreifen. Das damit denkbare Funktionsspektrum übersteigt den Umfang eines heutigen MES bei weitem. Insbesondere die zugrunde liegende Interoperabilität ermöglicht es dem Anwender, beliebige Anwendungen und Systeme über die Plattform zu integrieren. Genau das ist mit der Offenheit in alle Richtungen gemeint. Letztendlich ist die MIP eine innovative Realisierungsvariante für MES.

Welchen Mehrwert bietet MIP gegenüber anderen Plattformen, die zur Zeit wie Pilze aus dem Boden schießen?

Stimmt, man kann sich kaum retten vor so vielen Plattformen. Das Besondere an der MIP ist, dass es hier nicht nur um die Verfügbarkeit und Verteilung von Daten geht, sondern vielmehr um ein digitales Abbild der Fertigung und aller damit verbundenen Daten. Im Kern der MIP werden sämtliche Objekte standardisiert abgebildet, was es einer Vielzahl an Apps ermöglicht, unabhängig voneinander damit zu arbeiten. Die meisten anderen Plattformen bieten lediglich die Möglichkeit zum Datenaustausch. Was die Daten bedeuten, ist nicht zwingend bekannt. Die MIP basiert auf einem semantischen Verständnis der Daten. Wenn eine App von einem Auftrag oder einer Maschine spricht, dann ist klar definiert, was gemeint ist. Insbesondere für die Integration von Anwendungen unterschiedlicher Anbieter ist das eine wichtige Voraussetzung für den Erfolg einer solchen Plattform.

Auch lassen sich die meisten anderen Plattformen entweder eher in der Automatisierung oder im betriebswirtschaftlichen Umfeld ansiedeln. Eine Plattform für die Zwischenebene, auf der MES heute agiert, gibt es bisher nicht. Und genau deshalb treiben wir die Entwicklung der MIP in diesem Sinne weiter voran.