Post on 17-Mar-2020
Ericsson Deutschland GmbH
Interoperable Sensorkommunikation für
digital unterstützte Fertigungsprozesse
Hannover, den 28. April 2017
Center Connected Industry | RWTH Aachen Campus / SICK AG Seite 2
Was ist eigentlich Industrie 4.0?
Andreas Höll / Christian Maasem: Interoperable Sensorkommunikation für digital unterstützte Fertigungsprozesse
Physisch
Virtuell
Industrie 4.0 – Operational Excellence durch digital veredelte Wertschöpfungsprozesse
Smart Service Welt – Neue Geschäftsmodelle und Services auf Basis digitaler Plattformen
Sm
art
Data
S
ecurity
Smart Products
Das Produkt denkt mit und steht auch
nach dem Verkauf mit dem Hersteller in
Verbindung
Stichworte: digitaler Produktlebenslauf
(RFID), Kommunikation und
Schnittstellenstandards
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
Smart Operations
Die vernetzte Produktion ermöglicht eine
flexible Produktionsplanung und
-regelung
Stichworte: CPPS, Concurrent Engineering,
M2M, Kybernetische Produktion
Smart Factory
Sensoren schaffen erhöhte Transparenz
und eine erweiterte Planungsfähigkeit
Stichworte: Augmented Reality, Big Data,
RFID & AutoID, CPS
Industrie 4.0
Industrie 4.0 =
Echtzeitfähige, intelligente,
horizontale und vertikale Vernetzung
von Menschen, Maschinen, Objekten und IKT-Systemen
zum dynamischen Management von komplexen Systemen.
Prof. Dr.-Ing. Günther Schuh
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Die Vision der smarten Fabrik und transparenter Informationsflüsse stellt
heutige Entscheider vor einer Reihe von Herausforderungen
Andreas Höll / Christian Maasem: Interoperable Sensorkommunikation für digital unterstützte Fertigungsprozesse
Individualisierung /
Losgröße 1
Konsequente
transparente
Produktion
dynamische &
flexible Produktion
Hohe Anlagen-
verfügbarkeit
Minimaler
Ressourcenverbrauch
(Qualitätssicherung) Mensch Roboter
Kollaboration
Pred. Maintainance
Intelligent Sensors
Entscheider
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Beispiel: Produktionssteuerung
Die Verwendung von Standards erhöht Zuverlässigkeit als auch Transparenz
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
Ge
zie
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Info
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tio
nsa
usta
usc
h?
Bereitstellung einer hochauflösenden, adaptiven
Produktionssteuerung basierend auf kybernetischen
Unterstützungssystemen und intelligenter Sensorik
Übergeordnetes Gesamtziel
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
Ausgangssituation
EPCIS
Hochauflösende/adaptive Produktionssteuerung
basierend auf interoperablen Systemen
Ge
zie
lter
Info
rma
tio
nsa
usta
usc
h?
Immer individueller werdenden Prozessketten trotz steigender Marktdynamik
Einheitliche Steuerung der Produktionsprozesse durch heterogene Systemlandschaften schwierig.
Herausforderungen
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„Make the elephant eatable“ –
Die Hebung der Nutzenpotenziale informationsvernetzter Industrien
(Beispiel: Industrie 4.0 Maturity Index)
Transparency Predictability Adaptability
Was
passiert?
Warum
passiert es?
Was wird
passieren?
Wie kann es
automatisiert lernen?
“Seeing”
“Understanding”
“Being Prepared”
“Self-optimizing”
Visibility
Entwicklungspfad
Computerization Connectivity
Re
ife
gra
d
In Richtung vernetzter Industrien
Industrie 4.0
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Kreislauf der unterschiedlichen Daten im Produktlebenszyklus
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Zulieferer
Produktion
Distribution
After Sales
Recycling
Bestell-, Produktions- &
Versandt Daten
Versandt & Verbau Daten
Produktionskontrolle
Qualitätsdaten Logistik &
Transport Daten
Garantie, Service Daten,
Info über Ursprung,
counterfeit
Recycling / Verschrottung
Material & Produktionsdaten
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Beispiel Car-Body ID
Typische Lese-
reichweite 1m-5m
Lesen in Bewegung
und Stillstand
RFID UHF Schreibe-,
Lesegerät 1
Hochtemperatur fest:
bis zu 230°C
Schweißfest (EMV)
Robust
Transponder Label
(passiv UHF) 2
Integration in Feldbusse
Netzwerk-
Integration 3
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Kreislauf der unterschiedlichen Daten im Produktlebenszyklus
Andreas Höll / Christian Maasem: Interoperable Sensorkommunikation für digital unterstützte Fertigungsprozesse
Zulieferer
Produktion
Distribution
After Sales
Recycling
Bestell-, Produktions- &
Versandt Daten
Versandt & Verbau Daten
Produktionskontrolle
Qualitätsdaten Logistik &
Transport Daten
Garantie, Service Daten,
Info über Ursprung,
counterfeit
Recycling / Verschrottung
Material & Produktionsdaten
Cloud
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Vom Standard-Sensor zum Smart Sensor für Industrie 4.0
Andreas Höll / Christian Maasem: Interoperable Sensorkommunikation für digital unterstützte Fertigungsprozesse
Smart Sensor
Sensorchip
Aktive
Messschaltung
“AppSpace”
Individuelle Kundenfunktionen
Kundenapplikation A
Kundenapplikation B
Kundenapplikation C
Integrierte Funktionen
“Easy to use” Funktion (“Standard Funktion”)
Selbstkalibrierung
Diagnose
… Da
ten
fusio
n
Automatisierungs-
funktionen
Applikation A
Applikation B
Applikation C
Standardisierte,
Echtzeit
Kommunikations-
schnittstelle
Veredelte Messdaten
Zustands-information
Analoges Messsignal / Binäres Schaltsignal
Elektrisches Messsignal
Messwert
Ext. Eingang für
binären Sensor
Semantisch beschrieben Messdaten, Informationen und/ oder Schaltsignale
Optional
Cloud
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Smart Sensors für die vertikale Integration
Andreas Höll / Christian Maasem: Interoperable Sensorkommunikation für digital unterstützte Fertigungsprozesse
SPS
Smart Sensor
MES ATLAS IT Managment &
Backup System SOPAS +
Integration
Central
configuration
local client
Maintenance
SOPAS +
Integration
EP
CIS
XM
L
SN
MP
TCP/IP
Multi
Protokoll
Plattform
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Sensor-, Aktor-
ebene
Maschinen-
ebene
Produktions-
ebene
Firmen-
ebene
Vertikale Integration
Andreas Höll / Christian Maasem: Interoperable Sensorkommunikation für digital unterstützte Fertigungsprozesse
Industrial Ethernet
ERP
MES
SPS + HMI
1. Maschinensteuerung 2. Prozess Datensammlung und
Kommunikation zu HMI / MES
OPC UA: Embedded Server
Welche Kommunikationsbeziehungen sind angedacht?
Welche Daten sind aus einem Sensor für welche Ebene relevant?
Wofür werden die Daten verwendet?
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Industrielles Konsortialprojekt „Wireless Kart Trace“ im
Center Connected Industry
Andreas Höll / Christian Maasem: Interoperable Sensorkommunikation für digital unterstützte Fertigungsprozesse
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
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Event
Generation
Von der Sammlung großer Datenmengen (Big Data)
zur Verteilung relevanter Events (Smart Data)
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BETREUT VOM
Sensor Daten Basis Daten
Event Handling Industrial IT systems
(ERP, MES, …)
Incidents High-value Daten
Event
Processing
Event
Streams
Komplexes Event
Processing (CEP) Events Aggregierte Daten
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EPCIS erhöht die Transparenz der Geschäftsprozesse durch zeitpunktbezogene
Protokollierung von Ereignissen und systemübergreifende Verfügbarkeit.
Erfassung der EPCIS-Events:
• Was (welches Objekt)
• Wann (zu welchem Zeitpunkt)
• Wo (an welchem Ort)
• Warum (in welchem Geschäftskontext)
Validierung/Aggregation der Sensordaten
Datenbank der erfassten
EPCIS-Events nach DIN SPEC 91327 Schnittstelle zwischen ERP-Systemen
und EPCIS-Repository
EPCIS
Repository
Capture App.
Connectivity
Sensoren
Accessing App.
ERP ERP ERP
Barcode- und RFID-Sensorik überträgt EPCIS-
Daten über OPC-UA-Schnittstelle
Drahtlose Anbindung über
5G-Mobilfunknetz
Monitoring der Konnektivität und Dar-
stellung über zentrales IoT-Dashboard
SLA
Monitoring
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Implementierung und Validierung der interoperablen Industrie 4.0-Anwendungen findet
anhand der realen Fabrikations- und Logistikprozessen der Demofabrik Aachen statt.
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real & anfassbar
© Demofabrik Aachen GmbH
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Anwendungsfall: Teileverbauprüfung
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Zielsetzung
Kenntnisse über das
verbaute Bauteil
Überprüfung des
Montageplatzes am Kart
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Anwendungsfall: Teileverbauprüfung
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Sensor (RFID)
Visualisierung
Connectivity mit
5G-Technologie
EPCIS Capture App
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
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5G Technologie
Ausblick: Beispiel: Smart Factory - Kommunikation
Interoperabler Ereignisaustausch über die klassische Supply Chain hinaus.
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Maschinen-
ebene
Produktions-
ebene
Firmen-
ebene ERP
Maschinensteuerung
(Real time control)
MES
SPS (Edge Cloud)
Sensor-, Aktor-
ebene Sensoren
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Zukünftiger
vernetzter
Datenaustausch geht
über die Verknüpfung
eigener Dateninseln
und Einbezug der
nächsten Supply
Chain-Glieder
deutlich hinaus.
Ausblick:
Interoperabler Ereignisaustausch über die klassische Supply Chain hinaus.
Next Level
SCM classic
internal
Kunde Zulieferer Produzent
Umplanung
Maschinen-
belegung
Störung
Reihenfolge-
änderung
Lieferverzug
Ersatz-
bestellung
Lieferausfall
Code
Speicherung /
Aggregation
IoT-Plattform
Zustand
Sensorhersteller
Firmware-
Update
Service
Maschinen-
Hersteller
Produkt-
verbesserung
Historie
Instandhaltungs-
dienstleister Sicherstellung
Verfügbarkeit
Empfehlung
Analyse-Anbieter
Muster-
erkennung
IT-Bypassing
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…und Mehrwert nutzen!
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
Zusammenfassung:
Industrie 4.0 lebt von übergreifend verfügbaren Informationen und deren Nutzung
Industrie 4.0-Standards schaffen…
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Besuchen Sie uns und erleben Sie den vorgestellten Case live in Aachen.
Christian Maasem Center Director
Center Connected Industry
at RWTH Aachen Campus
Phone: +49 241 47705-516
E-Mail: christian.maasem@connectedindustry.net
Andreas Höll Technical Industry Manager
Corporate Solution Center Factory Automation
SICK AG - Waldkirch
Phone: +49 7681 202-5002
E-Mail: andreas.hoell@sick.de
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