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Das Industrie 4.0 Magazin www.it-production.com © branex - Fotolia.com Ausgabe November 2017 THEMENSCHWERPUNKT: INDUSTRIE 4.0

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Page 1: THEMENSCHWERPUNKT: INDUSTRIE 4 - it-production.com · manga, Leiter CAD/DMU Backbone/ICT Develop bei Airbus Operations in Ham-burg, das Brownfield nennt: Die gewach-sene IT-Landschaft,

DasIndustrie 4.0Magazin

www.it-production.com

© branex - Fotolia.com

Ausgabe November 2017

THEMENSCHWERPUNKT:INDUSTRIE 4.0

Page 2: THEMENSCHWERPUNKT: INDUSTRIE 4 - it-production.com · manga, Leiter CAD/DMU Backbone/ICT Develop bei Airbus Operations in Ham-burg, das Brownfield nennt: Die gewach-sene IT-Landschaft,

INDUSTRIE 4.0 |

Die digitale Transformation mussbei Airbus und anderen Flugzeug-herstellern von langer Hand ge-

plant werden. Das hängt mit den strengenNachweispflichten im Flugzeugbau zu-sammen und mit dem, was Eckard Gatz-manga, Leiter CAD/DMU Backbone/ICTDevelop bei Airbus Operations in Ham-burg, das Brownfield nennt: Die gewach-sene IT-Landschaft, die von Flugzeugpro-gramm zu Flugzeugprogramm unter-schiedlich ist, und die im Prinzip über dengesamten Lebenszyklus der Baureihe auf-rechterhalten werden muss. Und das kön-nen 70 Jahre und mehr sein. Zehn Jahredauert es, ein neues Flugzeug zu entwi-ckeln, das dann mindestens 30 Jahre ge-baut wird. Weitere 30 Jahre vergehen, bisdie letzte ausgelieferte Maschine ihrenDienst einstellt. Solange müssen die Un-terlagen aufbewahrt werden. Zudem be-rücksichtigt die EASA bei der Zertifizie-rung der Flugtauglichkeit einer Maschinedie IT-Systeme, mit der die Unterlagen er-

stellt und verwaltet werden. Bei einemSystemwechsel müsste neu zertifiziertwerden, was die Kosten für eine neue Lö-sung in die Höhe trebt. Der Business Caserechne sich nicht, sagt Gatzmanga, wes-halb die IT-Landschaft immer nur beimStart eines neuen Programmes umgebautwerden könne. Bei Airbus kommt hinzu,dass bis zum Jahr 2000 jede Landesgesell-schaft, kurz Natco, ihre eigene IT-Infra-struktur hatte. Der A350 ist überhaupt daserste Programm mit einer konzernweiteinheitlichen PLM-Bebauung, die jetzt alsAusgangspunkt für die Weiterentwicklungder IT-Infrastruktur mit Blick auf Themenwie Industrie 4.0 dient. Am Zentrum fürAngewandte Luftfahrtforschung (ZAL) inHamburg laufen derzeit 29 Projekte, indenen Airbus zusammen mit Partnernneue Fertigungsmethoden und -prozessefür kommende Programme erforscht. Ihrübergeordnetes Ziel ist es, die laufendenKosten und die Durchlaufzeiten durchmehr Automatisierung zu reduzieren.

Überblick im Shop Floor

Airbus hat ein Problem, von dem anderenur träumen können. Mit fast 6.900 Aufträ-gen ist die Produktion für die nächstenzehn Jahre ausgelastet, und der Backlogwächst zurzeit schneller als die Zahl derAuslieferungen. „Wir müssen es deshalbschaffen, mehr Flugzeuge in unterschiedli-chen Varianten auszuliefern“, erläutert Eck-art Frankenberger, der als Leiter IndustrialArchitecture & Manufacturing Strategy fürdie Optimierung der Fertigungs- und Mon-tageabläufe in den Airbus-Werken verant-wortlich ist. Ein gemeinsam von Airbus unddem Softwarehersteller Ascon Systems ineinem Prostep ivip-Projekt entwickelter Di-gital Twin soll dazu einen wichtigen Beitragleisten, indem der die Trennung zwischender realen Fabrik und ihrem virtuellen Ab-bild aufhebt. Das IT-basierte Abbild soll fürmehr Transparenz auf dem Shop Floor sor-gen, damit die Produktionsverantwortli-chen bei Planabweichungen im laufenden

Digitaler Zwilling vor dem Rollout bei Airbus

Produktionsplanung und -steue-rung lassen sich besser synchro-nisieren, wenn man die digitalenModelle von Produkt und Ferti-gungslinien mit Echtzeitdatenaus dem Shopfloor füttert. Wiedas im Flugzeugbau aussehenkönnte, demonstriert der SyncedFactory Twin bei Airbus. Dochbis das echtzeitfähige digitaleAbbild der Fabrik flächende-ckend bei der Flugzeugmontagehilft, ist noch einiges zu tun.

DIGITAL TWIN

74 IT&Production 11/2017

Bild: Airbus S.A.S; H. Goussé / Master Films

Klare Sicht in der Montage

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Takt ein dynamisches Line Balancing durch-führen können. Heute vergeht bei Airbuseine relativ lange Zeit zwischen der Ausfüh-rung einer Work Order und ihrer Rückmel-dung, wie Frankenberger weiter ausführt.„Wir haben dadurch keine Transparenz überden tatsächlichen Ablauf einer Installations-folge mit ihren hochkomplexen Teileflüs-sen, die sich über fünf, sechs Tage hinzie-hen kann. Bei Schwierigkeiten versuchenwir, durch Governance auf dem ShopfloorLösungen zu finden. Das Problem ist nur,dass unsere Aircraft Manager 80 Prozentder Zeit damit verbringen, den Zustand zuerfassen und das Problem zu erkennen, undentsprechend wenig Zeit haben, es zulösen, geschweige denn die Lösung zuüberwachen. Unser Kernthema ist deshalb,immer zu wissen, was auf dem Shop Floorlos ist.“ Der Digital Twin von Ascon erreichtdiese Transparenz dadurch, dass die Ar-beitsfortschritte im Werk über Sensorik er-fasst und nachfolgend seman-tisch aufbereitet werden, ohnedass die Mitarbeiter die einzel-nen Arbeitsgänge zurückmeldenmüssen. Das wäre nämlich vielzu zeitaufwendig und würde beiden relativ autonom operieren-den Teams auf wenig Gegen-liebe stoßen, da sie genau wis-sen, was sie zu tun haben.Schließlich werden Single Aisle-Maschinen wie der Airbus A319,A320 und A321 schon seit vielenJahren in Hamburg gebaut.

Abbildung der Fertigungslogik

Für die sensorgestützte Erfassung der Ar-beitsfortschritte gibt es grundsätzlich dreiAnsatzpunkte, wie Kilian Grefen, Geschäfts-führer der Ascon Systems GmbH erläutert:„Ich kann mir entweder anschauen, ob dieVoraussetzungen für die wertschöpfendeTätigkeit gegeben sind, das heißt Materialund Werkzeug zum Arbeitsplatz bewegtwerden, oder ob sie stattgefunden hat,weil bestimmte Objekte wieder entferntwerden. Drittens kann ich die Wertschöp-fung direkt erfassen, zum Beispiel über dasDrehmoment am Schrauber.“ Entscheidendist, dass nicht jeder Prozessschritt über-wacht werden muss, um zuverlässige Aus-sagen über den Bauzustand des Flugzeugsmachen zu können. Bestimmte Arbeitsfort-schritte lassen sich indirekt über die Kom-bination verschiedener Sensordaten er-schließen. Mit der Erfassung der Sensorda-

ten ist es allerdings nicht getan – sie müs-sen im richtigen Kontext interpretiert wer-den. Ob ein bestimmtes Material vorhan-den ist oder nicht, sagt ja noch nicht vielaus. Erst wenn das System weiß, dassgenau dieses Material Voraussetzung füreinen bestimmten Arbeitsschritt ist, kannes daraus Schlüsse ziehen, etwa dass dieArbeitsschritte neu organisiert werdenmüssen, weil ein Material fehlt. Deshalbmuss zum einen die Logik der Montageab-läufe in der Lösung abgebildet sein, so wiesie in der Produktionsplanung vorgedachtwurden, zum anderen muss diese Logik mitder Semantik der Sensorsignale verknüpftwerden, um ihre Bedeutung für die Monta-geabläufe bewerten zu können. Was aufden ersten Blick recht aufwendig erscheint,ist es nicht, weil bestimmte Situationen anden Arbeitsstationen wiederkehrend sind.„Wir können die Logik, wie bestimmte Res-sourcen- oder Werkzeugbewegungen in-

terpretiert werden, in wiederverwendbaren Blöcken be-schreiben“, erläutert Grefen. Dar-gestellt werden die Arbeitsfort-schritte am 3D-Modell des Flug-zeugs beziehungsweise der be-treffenden Rumpfsektion, wasden Vorteil hat, dass man sie beiBesprechungen mit der Werks-leitung sehr einfach visualisierenkann. Dazu muss nicht zwingenddie komplette Montagelinie in3D aufgebaut werden, was aberlaut Gatzmanga kein Problem

| INDUSTRIE 4.0DIGITAL TWIN

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Der Synced Factory Twin wurde unabhängig von, aber in enger Abstimmung mitden laufenden Forschungsvorhaben am Zentrum für Angewandte Luftfahrtfor-schung (ZAL) entwickelt. Eines dieser Projekte nennt sich AIR-X und hat die Ge-staltung eines IoT-fähigen End-to-End-Daten-Backbones zum Ziel. Da sich Daten-ströme schwer sichtbar machen lassen, sollte der Demonstrator am Beispiel einerrealen Arbeitsstation der Final Assembly Line (FAL) im Flugzeugbau veranschauli-chen, wie Shopfloor-Daten in Echtzeit verarbeitet werden können, um daraus Vor-hersagen für die Optimierung der Montageabläufe abzuleiten. �

Demonstrator am Beispiel einer echten Arbeitsstation

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Bild: Redaktionsbüro Michael Wendenburg

darstellt, da die Produktionsmittel in allerRegel als 3D-Modelle vorliegen: „Prinzipiellwollen wir künftig alles in 3D abbilden, umzu jedem Zeitpunkt einen digitalen Snaps-hot der realen Fabrik zu haben. Heute er-zeugen wir 3D-Modelle für die Produktions-planung, die aber in dem Moment obsoletsind, in dem die Montagelinie angeschaltetwird, weil sich ständig etwas verändert.“

Signalverarbeitung in Echtzeit

„Der im Synced Factory Twin-Projekt ge-baute Digital Twin zeichnet sich dadurchaus, dass Sensorsignale und Logik nahezuin Echtzeit verarbeitet werden können.Herzstück des Systems ist die von AsconSystems entwickelte Semantik-Engine“sagt Mathias Stach, Sprecher der Ge-schäftsführung der Ascon Systems. Mithochskalierbarer, auf Internet-Technolo-gie basierender Komponenten für die pa-rallele Informationsverarbeitung ist sie inder Lage, in wenigen Millisekunden dieentsprechenden Ergebnisse zu liefern.„Grundsätzlich ist unser Digital Twin pro-duktiv einsetzbar. Seine industrielle Reifestellen wir derzeit im Rahmen mehrererPilotprojekte unter Beweis“, sagt Stach.Die Echtzeit-Fähigkeit ist eine wesentli-che technische Hürde für die Implemen-tierung des Digital Twins in einer derFinal Assembly Lines (FAL) bei Airbus, dadie Informationen entsprechend schnellbereitgestellt werden müssen. Was bei

einem Demonstrator einfach war, weildie Daten einmal geladen werden konn-ten, erfordert im operativen Betrieb dieIntegration in das bestehendeBrownfield. „Wir müssen also live auf dieInformationen aus SAP ERP und anderenIT-Systemen zugreifen“, sagt Gatzmanga.Dabei stellt sich die Frage, in welchenFormaten die Daten in Echtzeit bereit ge-stellt werden können. Das OPC UA-Proto-koll ist zum Beispiel nicht echtzeitfähig.Zudem sind die Bandbreiten der indus-triellen Netze nicht für die Übertragunggroßer Datenmengen ausgelegt. Alsomuss geklärt sein, welche Daten maschi-nennah ausgewertet werden können, umnur die kritischen Werte zu übertragen.„Ein wichtiges Thema ist auch die Sicher-heit“, sagt Gatzmanga. „Wenn ich Datenin Echtzeit nutze, muss ich sicher sein,dass sie nicht manipuliert werden kön-nen. Stellen Sie sich vor, ein mit Sensorenausgestatteter Drehmomentschlüsselwird gehackt und zieht eine kritischeSchraube im Flugzeug nicht mit dem vor-gesehenen Wert an, meldet aber genaudiesen Wert zurück. Im Fehlerfall kann ichdie Ursache kaum noch nachverfolgen.“

Für die Ausrüstungsmontage

Noch ist nicht klar, wenn und wo der Digi-tal Twin bei Airbus produktiv zum Einsatzkommen wird. Geplant ist auf jeden Fall, diePilotfabrik im ZAL, in der die Ergebnisse

laufender Forschungsvorhaben zusammen-fließen werden, damit auszustatten. An kri-tischen Arbeitsstationen in der Endmon-tage kann die Lösung schon jetzt einge-setzt werden, und zwar dort, wo es schnellNutzen verspricht. Großes Potenzial siehtFrankenberger vor allem in der Ausrüs-tungsmontage, in der Tausende von Kom-ponenten in einer Vielzahl möglicher Ar-beitsfolgen in das Flugzeug eingebaut wer-den. Die Komplexität im Major ComponentAssembly (MCA) sei noch größer als in derFAL. In der Strukturmontage, in der die gro-ßen Rumpfsegmente und Flügel zusam-mengefügt werden, lassen sich die Arbeits-fortschritte einfacher nachvollziehen, weildie Teile sehr groß sind und oft nur aneinem bestimmten Bauplatz montiert wer-den können. Hier wäre es jedoch interes-sant, das Extended Enterprise in die Be-trachtung einzubeziehen und anhand be-stimmter Check Gates im Vorfeld zu prü-fen, ob die Zulieferkomponenten rechtzei-tig auf dem Shop Floor zur Verfügung ste-hen werden. Man könnte bei Teilen mitmehreren Tage Zulaufszeit schon die Ver-ladung und den Transport verfolgen, umdie Ankunft abzuschätzen.

20 Prozent schneller ans Ziel

„Die Abläufe werden heute extrem gestörtdurch fehlende Lieferungen oder andereProbleme, die sich eigentlich schon längervorher andeuten“, sagt Frankenberger. DerProzess von der Vormontage über dieStruktur- und Ausrüstungsmontage bis zurfinalen Integration dauert bei einem AirbusA321 heute zwischen 32 und 33 Tagen. Vor-sichtig geschätzt ließen sich durch die au-tomatische Erfassung der realen Situationauf dem Shop Floor und mit dynamischemLine Balancing etwa 20 Prozent der Zeitsparen, wie Frankenberger sagt. „Nochhöher wären die Kosteneinsparungen, dennwir müssen heute einen enormen manuel-len Aufwand treiben, um den Bauzustandder Flugzeuge festzustellen. Deshalb würdeich den Factory Twin lieber heute als mor-gen im Einsatz sehen.“ �

Der Autor Michael Wendenburg ist freier Journalist in Sevilla.

www.airbus.dewww.ascon-systems.dewww.wendenburg.net

INDUSTRIE 4.0 | DIGITAL TWIN

76 IT&Production 11/2017

Eckard Gatzmanga (links), Leiter CAD/DMU Backbone/ICT Develop bei Airbus, undKilian Grefen (rechts), Geschäftsführer der Ascon Systems GmbH, im Zentrum fürAngewandte Luftfahrtforschung, wo eine digitale Pilotfabrik entstehen soll.

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77IT&Production 11/2017

Predictive Maintenance als Basis für neue Geschäftsmodelle

Warum ist Predictive Maintenance aktueller denn je?Das hat mehrere Gründe. Zum einen gibt es mehr vernetzte Maschinen, die Daten sammeln und versenden. Zum anderen sinken die Kosten für Rechenleistung und Performance. So können größere Datenmengen verarbeitet werden als früher. Deshalb gibt es immer mehr Standardlösungen, mitdenen sich PM-Anwendungsfälle einfacher umsetzen lassen.

Welchen Mehrwert haben Unternehmen, wenn sie Predictive Maintenance einsetzen?Hier sprechen wir von einer Win-win-Situation. Anlagen- und Maschinenhersteller können durch den datenbasierten Informationsgewinn frühzeitig Entscheidungen treffen, After-sales-Aktivitäten besser steuern und Ressourcen bedarfs-gerechter planen. So schaffen sie es, ihren Kunden passendereDienste, über den reinen Verkauf der Maschine hinaus, anzu-bieten. Durch die Analyse der Daten können Optimierungs-potenziale an den Maschinen frühzeitig identifiziert werdenund in kurzen Feedbackzyklen Richtung R&D fließen.

Auf Kundenseite erhöht sich die Produktivität durch die Vermeidung ungeplanter Ausfälle. Daraus ergibt sich eine zuverlässigere Planbarkeit der Produktionsprozesse und somittermingerechtere Lieferungen.

Was sind die größten Herausforderungen in einem Predictive Maintenance Projekt?Grundvoraussetzung ist, dass die nötige Menge und Qualität anDaten vorhanden sind, um aus ihnen sinnvolle Geschäfts-entscheidungen abzuleiten. Dafür braucht es langjähriges Fachwissen und auch den Willen, schnell aus Fehlern zu lernen.Eine weitere Herausforderung sehe ich darin, dass mehr Expertise im Bereich Softwareentwicklung nötig wird. DiesesKnow-how gilt es, selbst aufzubauen oder einzukaufen.

Was sind klassische Anwendungsbeispiele für Predictive Maintenance?Ein klassischer Anwendungsfall sind Windanlagen. Ab einer ge-wissen Temperatur frieren die Rotorblätter ein, was zum Ausfallführt. Unter Einbezug der Wetterdaten können Prognosen getroffen und die Anlagen proaktiv ausgeschaltet werden. In demZeitraum stehen die Windanlagen zwar still, aber es folgen keineteuren Reparaturkosten.

Wie können Unternehmen durch proaktive Wartung Geld verdienen?Predictive Maintenance kann erstmal zur reinen Prozess-optimierung dienen und somit Kosten einsparen. Darüber hinauslassen sich mitneuen Geschäfts-modellen, die aufBasis von PM funk-tionieren, neue Ein-nahmequellen ge-nerieren. Dadurchentwickelt sich derHersteller vom rei-nen Verkäufer zumServiceanbieter.

Predictive Maintenance (PM) ermöglicht es Maschinenherstellen, bei der Wartung nicht mehr reaktiv, sondern proaktiv zu agieren. Durch datenbasierte Zustandsüberwachung gelingt es, Stör- oder Ausfälle vonMaschinen zu minimieren und zu verhindern. Außerdem ist PM ein zentraler Enabler für neue Geschäftsmodelle, wie Pay per Use. Simon Noggler, IoT Consultant beim Software- und Beratungshaus doubleSlash, begleitet Unternehmen bei der Einführung von PM.

Schematischer Workflow eines Predictive Maintenance Services.

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INDUSTRIE 4.0 |

Für den digitalen Kompetenzaufbauim Bereich Industrie 4.0 muss im ers-ten Schritt eine Kompetenz-Road-

map auf Basis der Transformations- undStrategie-Roadmap entwickelt werden.Deren Erstellung wurde im ersten Teil derReihe in unserer Oktober-Ausgabe erklärt.Auf Basis der dort geschaffenen Grundla-gen werden Kompetenzbausteine abgelei-tet und zu Kompetenzprofilen zusammen-gefasst. Diese werden anschließend in denGraden Basis, Fortgeschrittene und Exper-ten differenziert. Dabei sollte die Personal-abteilung nicht alleine diese Aufgabenübernehmen, sondern die Kompetenzbau-steine gemeinsam mit den Fachabteilungenermitteln. Zudem können externe Partnerwie die Fraunhofer Academy mit Beratungund Workshops zur Vermittlung von prakti-schem Knowhow unterstützen. Die Kompe-tenzprofile werden anschließend Job-Clus-tern oder den wahrgenommenen Rollen derMitarbeiter zugeordnet. Entscheidend isthier das Prinzip Pragmatismus vor Perfek-tion. Im letzten Schritt sind dann diese Pro-file in die Kompetenz-Roadmap einzuord-nen. Dies erfolgt auf der Zeitachse in derGranularität kurzfristig, mittelfristig undlangfristig. Die Zeitachse sollte in unter-

schiedlicher Detaillierung betrachtet wer-den, da ansonsten überflüssiger Aufwandentsteht. Vor allem die zeitliche Kompo-nente wird häufig unterschätzt. Denn wer-den Mitarbeiter zu früh in einem bestimm-ten Bereich weitergebildet, können sie ihrWissen nicht sofort einsetzen. Dies erzeugtFrustration. Außerdem vergessen sie vielKnow-how, wenn sie es nicht zeitnah an-wenden können. Zusätzlich schreitet dieEntwicklung von Technologien und Lösun-gen ständig voran, sodass erlerntes Wisseneventuell in einem Jahr schon wieder aktua-lisiert werden muss.

Nutzen für das Unternehmen

Kompetenz-Roadmaps koppeln also auchzeitlich den Entwicklungs- und Transfor-mationspfad des Unternehmens mit demnotwendigen Kompetenzaufbau der Mit-arbeiter. Damit wird die Bereitstellung derKompetenz je nach Bedarf möglich. Nebenverschwendeten Weiterbildungen durchzu frühe Trainings vermeidet dies oft auchdie nachgelagerte Personalentwicklung.Darunter versteht man das Suchen undEinstellen neuer Mitarbeiter oder die Wei-terbildung bestehender Kollegen, nach-

dem der Bedarf für eine bestimmte Kom-petenz akut wurde. Dies führt zu einerzeitlichen Verzögerung der Strategieum-setzung und damit zu einem Wettbe-werbsnachteil. Geeignete Kompetenz-Ro-admaps enthalten dagegen zeitliche Ori-entierungspunkte für die Bereitstellungvon Kompetenzen. Dabei bündeln Kompe-tenzprofile die aus Industrie 4.0-Projektenresultierenden zusätzlichen Anforderun-gen an die Fähigkeiten der eigenen Mitar-beiter. Eine schnelle und pragmatische Zu-ordnung von Kompetenzprofilen zu Be-rufsbildern, Rollen oder Job-Clustern spartdabei viel Zeit und Geld. Denn gerade dieErmittlung von Kompetenz- und Wissens-lücken ist üblicherweise ein sehr aufwän-diger Prozess, der sich mit dieser Vorge-hensweise deutlich verschlanken lässt.

Kompetenz agil entwicklen

In der heutigen Zeit der ständigen Verän-derungen und Neuentwicklungen dürfenKompetenz-Roadmaps aber niemals füralle Zeiten festgeschrieben bleiben. Statt-dessen sollten sich Unternehmen bei derKompetenzentwicklung ihrer Mitarbeitervon Methoden zur agilen Software Ent-

Das müssen Führungskräfte beachten

Im ersten Teil der Artikelserie‘Das müssen Führungskräftebeachten’ stand die Entwick-lung einer Industrie 4.0-Stra-tegie im Fokus. Nachdem Ein-satzszenarien und der digitaleReifegrad bekannt sind, wirdeine Roadmap zur Umsetzungerstellt. Doch wie können Füh-rungskräfte in ihrem Unter-nehmen die erforderlichenKompetenzen zum richtigenZeitpunkt aufbauen?

WEITERBILDUNG FÜR FÜHRUNGSKRÄFTE (TEIL 2 VON 3)

78 IT&Production 11/2017

Bild: Fraunhofer Academy

Wissenssprints zur Industrie 4.0

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wicklung inspirieren lassen. Hier werdenübersichtliche Aufgaben in so genanntenSprints erledigt. Am Ende jedes Sprintswird das Produkt getestet und anhand derErgebnisse in einem nächsten Sprint wei-terentwickelt. In der Weiterbildung lässtsich dieses Prinzip in Form von ‘Edu-Sprints’ übertragen – dem modularenKompetenzaufbau in kleinen und agilenSchritten. Die Übernahme von Prinzipiender agilen Vorgehensweise aus der Soft-ware Entwicklung in den Bildungsbereichbringt dabei zahlreiche Vorteile für Unter-nehmen. Aufgrund der hohen Entwick-lungs- und Veränderungsdynamik von In-dustrie 4.0 ist die klassische, sequenziellablaufende Gestaltung von Qualifizie-rungsmaßnahmen gemäß den Phasen Be-darfsermittlung, Konzeption, Durchfüh-rung en block und Evaluation nicht mehrzeitgemäß. Sie ist in diesem Umfeld zustarr und läuft häufig am sich schnell wei-terentwickelnden Bedarf vorbei. Der Nut-zen einer Weiterbildungsmaßnahme zeigtsich vor allem in der Anwendbarkeit des

Know-hows bei den praktischen Prozes-sen und tatsächlichen Anforderungeneines Unternehmens. Deshalb werden dieden Edu-Sprints zugrundliegenden Wis-sensbausteine von Fraunhofer auf die Er-fordernisse jedes Unternehmen angepasst.

Das eigene Projekt mitbringen

Das Ziel der Edu-Sprints der FraunhoferAcademy ist der Transfer von Wissen undFähigkeiten, die direkt in der Praxis umge-setzt werden können und damit einenhohen Return on Education besitzt. DasFormat setzt auf Learning by Doing undist nicht als klassisches Seminar auf pureWissensvermittlung ausgelegt. Es gehtvielmehr um das Ausprobieren des neuerlernten Wissens anhand konkreter Auf-gabenstellungen aus der Unternehmens-praxis. Dies erfolgt idealerweise nach demPrinzip ‘Bring your own Project’. Das be-deutet der Teilnehmer wählt das konkreteProjekt aus, anhand dessen die Weiterbil-dungsmaßnahme erfolgt. �

Der Autor Armin Ritter ist Verantwortlicher fürdas Geschäftsfeld Kompetenzentwicklung und

Qualifizierung in Unternehmen bei der Fraunhofer Academy.

www.academy.fraunhofer.de

| INDUSTRIE 4.0WEITERBILDUNG FÜR FÜHRUNGSKRÄFTE (TEIL 2 VON 3)

Weiterbildung in drei TeilenDieser Beitrag ist der zweite Teil einer dreiteiligenSerie zur Qualifikation von Führungskräften, die diedigitale Transformation im Unternehmen verankernwollen. Der erste Teil beschäftigt sich mit der Kom-petenz-Roadmap auf Basis einer Transformations-strategie. Im diesem Beitrag geht es um die Wis-sensbausteine, die man Mitarbeitern je nach Auf-gabe und Qualifikation zuweisen sollte, um das Un-ternehmen digital voranzubringen. Im letzten Teilder Reihe steht das Change Management im Mittel-punkt, also wie Führungskräfte ihre Mitarbeiter indie digitale Zukunft mitnehmen können. Nachlesenkönnen Sie den ersten Teil der Serie online aufwww.it-production.com, den dritten Teil in dernächsten Ausgabe der IT&Production. �

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INDUSTRIE 4.0 |

Noch vor 5 Jahren wurde ein Hotelüber einen Reiseanbieter im Inter-net gebucht, ein Taxi über das Te-

lefon gerufen und das Outfit meist mittelseigener Ideen zusammengestellt. Der Käufermusste im Falle einer Beratungsfrage auffremde, externe Unterstützung zurückgrei-fen, wie durch den Reiseberater, den Hotel-rezeptionisten oder einen Stylisten. Dashatte nicht nur Vorteile – mangelnde Flexi-bilität und zusätzliche Kosten für den Kun-den waren negative Begleiterscheinungen.Heute übernehmen Kollaborationsplattfor-men wie AirBnB, Uber oder Outfittery die-sen Beratungsservice, flexibel und mit ge-ringen Ausgaben für Kunden – und mit demVorteil, dass Dienstleistungen von anderenNutzern bewertet wurden und man vonderen Erfahrungen profitieren kann. InBezug auf das Geschäftsmodell dahinterspricht man von Disruption, da ganze Bran-chen ihre Geschäftsmodelle überdenkenmüssen, weil sie durch diese Art der Dema-terialisierung keinen Bestand mehr haben.Insbesondere die Entwicklung von Kollabo-rationsplattformen trägt dazu bei, dass Ver-mittlerpositionen überflüssig werden. Hinzukommt die Entwicklung, dass durch die ver-besserte Datenverarbeitung mit intelligen-ten Algorithmen Verkaufsleistungen zuneh-mend über Chatbots erbracht werden.

Chatbots verfügen schon heute oft über einbreiteres Wissensspektrum als viele Berater.

CPS-Matchmaker als Technologieberatung

Disruption und digitale Geschäftsmodellewerden im Zeitalter der Digitalisierung derWirtschaft häufig in einem Atemzug mitLösungen für Industrie 4.0 genannt. Wiegenau diese Trends zusammenwirken kön-nen, zeigt das Projekt ‘Cyber KMU² – Cyber-physische Systeme von kleinen und mittle-ren Unternehmen für kleine und mittlereUnternehmen’. Ziel des Projekts ist der Auf-bau einer Kollaborationsplattform für pro-duzierende Unternehmen und Technologie-anbieter, über die sich passende Technolo-gien für ein individuelles Anwenderproblemkonfigurieren lassen. Motiviert ist das Vor-haben durch den hohen Aufwand, den ins-besondere kleine und mittlere Unterneh-men bei der Auswahl von cyberphysischenSystemen haben, die die Produktion undLogistik effizienter gestalten sollen. DieKonzeption wird meist an Technologiebe-rater ausgelagert, da KMU weder über zeit-liche noch über fachliche Kompetenzen zurLösung verfügen. Die zu entwickelndePlattform widmet sich dem Problem, indemein funktionaler Abgleich von Anforderun-

gen der Anwender und der bereitgestelltenFunktionen der Technologieanbieter ge-schaffen wird. Das Technologiescoutingwird durch die eigenständige Bewerbungder Anbieter vorangetrieben, die anhandeines vorgefertigten Fragebogens ihre Pro-dukte eintragen können. Anwender werdenihrerseits durch einen Fragebogen geführt,der den Anwendungsfall aufnimmt und An-forderungen an das System spezifiziert.Durch die Entwicklung einer Matching-Vor-schrift werden die Anwenderprofile denTechnologiespezifikationen gegenüberge-stellt und die bestmögliche Kombinationunterschiedlicher Technologien berechnet.Der CPS-Matchmaker soll somit schnell,systematisch und produktneutral zu einemKonzept führen, sodass der Aufwand derBeratung auf ein Minimum und die Kostennahezu auf den Invest in die Technologienreduziert werden. Dafür muss nun die Platt-form inhaltlich und technisch gepflegt wer-den. Hier muss eine neutrale Entität die Be-werbungen der Technologieanbieter prüfenund freischalten, damit die funktionale Zu-ordnung der Technologien und Anforderun-gen durchgeführt werden kann. Des Weite-ren muss die Plattform erweiterbar für neueFunktionalitäten sein, die durch neue Tech-nologien bereitgestellt werden können.Diese Erweiterbarkeit könnte zukünftig

Chatbot statt Berater?Disruptive Kollaboration

Im Silicon Valley wird deut-lich, dass sich etablierte Tech-nologien und Berufsbilderdurch Kollaborationsplattfor-men ersetzen lassen. Könnenso selbst Beratungen für In-dustrie-4.0-Systeme effizien-ter und effektiver ausfallen?Wie solche Plattformlösungenaussehen können, zeigt derCPS-Matchmaker, der geradein Aachen entwickelt wird.

GESCHÄFTSMODELLE

80 IT&Production 11/2017

Bild:

©dieg

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o/fot

olia.c

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MIT ASSISTENZ ZURHOCHLEISTUNGSFERTIGUNG.

durch einen Machine-Learning-Algorithmusausgeführt werden, der automatisch neueFunktionen in Technologieproduktneuerun-gen erkennt und basierend auf ähnlichenFunktionen eine neue Matchingvorschrifterzeugt. Bisher können die Anwenderunter-nehmen nach einer Konzeption beispiels-weise auf das FIR an der RWTH Aachen zu-gehen, das dieses Projekt leitet, und wei-tere Detaillierungen wie die Produktaus-wahl und -auslegung der Technologien ge-meinsam erarbeiten. Zukünftig könnte die-ser Schritt von einem Chatbot übernom-men werden, der als permanenter KontaktAuskunft geben kann. In dem Fall wandeltsich das Berufsbild des Beraters zu dem desPlattform- und Chatbotbetreibers.

ein team für das informationsmanagement

Voraussetzung für ein solches Ge-schäftsmodell ist die interdisziplinäre

Zusammenarbeit als eine Einheit, demInformationsmanagement. Ein Team mitdieser Aufgabe vereint Kompetenzen zuTechnologien, Anwendungen, IT-Appli-kationen, Innovationsmanagement,Software- und Hardwarekonzeption.Derzeit bilden die meisten Unterneh-men eine Taskforce losgelöst von denetablierten Firmenstrukturen. Dabei istes für die Gestaltung und Weiterent-wicklung von Geschäftsmodellen im di-gitalen Zeitalter wichtig, eine Fach-gruppe im Unternehmen damit zu be-schäftigen, die strategischen Ziele mitder Geschäftsführung zu definieren undinnerbetriebliche Maßnahmen auch ziel-gerichtet durchzuführen.

demonstration auf einer tagung in Aachen

Auf der diesjährigen 8. Aachener Infor-mationsmanagement-Tagung wird der

CPS-Matchmaker erstmals als Demons-trator vorgestellt und kann von den Be-suchern getestet werden. Darüber hi-naus will die Tagung durch Vorträgevon Unternehmen wie SAP, SoftwareAG und PTC Methoden und Best Practi-ces zeigen, wie ein digitales Geschäfts-modell aussehen kann und es umge-setzt wird. Die Tagung findet am 15. und16. November in den Räumen des Clus-ters Smart Logistik auf dem RWTH Aa-chen Campus statt und richtet sich andas C-Level der Unternehmen, die sichfür die Transformation ihres Geschäfts-modells interessieren. �

die Autorin Anne Bernardy ist Leiterin des smartsystems innovation Labs im Bereich

informationsmanagement am Fir e. V. an derrWtH Aachen.

im-tagung.defir.rwth-aachen.de

| industrie 4.0GESCHÄFTSMODELLE

81IT&Production 11/2017

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134927_FIR e. V. an der RWTH Aachen_RSPI_I40_ITP 26.10.2017 16:38 Seite 81

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INDUSTRIE 4.0 |

Realistische Testbedingungen sindeine Grundvoraussetzung für dieerfolgreiche Entwicklung von In-

dustrie 4.0-Anwendungen in der Prozess-industrie – doch oft stehen den Entwick-lern gerade diese wichtigen Prozessdatennicht zur Verfügung. Hier setzt die neueTestanlage in Frankfurt am Main an, dieBilfinger im Auftrag der Interessenge-meinschaft Regelwerke Technik (IGR) e.V.errichtet und anschließend betreibenwird. Bilfinger Maintenance, die deutscheLandesgesellschaft für industrielle In-standhaltung, greift dabei auf ihre rund20-jährige Erfahrung mit Testaufbautenvon Feldbussystemen zurück. Ziel desProjekts ist es, die Digitalisierung in der

Prozessindustrie voranzutreiben. Die IGRals Zusammenschluss von rund 30 Gesell-schaften der chemischen und pharmazeu-tischen Industrie und ihrer Dienstleiter hatsich zur Aufgabe gemacht, die technischeKompetenz bei der Planung, Genehmi-gung, Errichtung, dem Betrieb, der In-standhaltung bis zur Entsorgung verfah-rens- und energietechnischer Anlagen vo-ranzubringen. Bei die Entwicklung innova-tiver Abläufe hilft die Verfügbarkeit derProzess- und Diagnosedaten aller Be-triebs- und Fehlzustände. Bisherige Ent-wicklungskonzepte scheiterten indes oft-mals daran, dass Anlagenbetreiber ihreDaten nur ungern bereitstellen. In derTestanlage werden Industrie 4.0-Anwen-

dungen deshalb unter realen Bedingun-gen getestet und Prozess- und Diagnose-daten für Cloud-Anwendungen generiert.

Realistische Testbedingungenfür komplexe Prozesse

Zu den wichtigsten Anwendungen zäh-len die Prüfung von Hardware- und Soft-ware-Konzepten zur Messwerterfassungim Prozess, die Eignungsprüfung von In-ternet Security-Konzepten zur Daten-übertragung in die Cloud sowie die Ent-wicklung von Programmen in der Cloudunter realistischen Voraussetzungen. Bil-finger versichert, dass die beteiligten Un-ternehmen die Anlage unkompliziert und

Industrie 4.0-Testanlage von Bilfinger

Die Testanlage am Standort Frankfurt-Höchst der Bilfinger Maintenance

PROZESSINDUSTRIE

82 IT&Production 11/2017

Im Auftrag der Interessengemeinschaft Regelwerke Technik hat Bilfinger eine prozesstech-nische Testanlage errichtet. An dem Industrie 4.0-Demonstrator sollen die Mitglieder derGemeinschaft auf der Basis von Prozessdaten innovative Abläufe erproben können.

Bild: Bilfinger SE

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Bild: Bilfinger SE

ohne aufwendiges Zustimmungs-Proce-dere nutzen können. Die Anlage ist da-rauf ausgelegt, Testaufbauten und -ab-läufe zu ermöglichen, die flexibel an un-terschiedliche Anforderungen angepasstsind. Dabei greift Bilfinger auf seine Er-fahrungen als Instandhalter von Feldge-räten zurück, um das Prüf- und Simulati-ons-Equipment so zu integrieren, dasssich realistische Fehlzustände möglichstgezielt und reproduzierbar einstellen las-sen. Das gilt sowohl für unerwünschteBetriebszustände im Prozess als auch fürStörungen der Gerätetechnik, wie sieetwa bei Alterungseffekten auftreten.

Die Demonstrations- und Test-Anlage setztsich im Wesentlichen zusammen aus:

• dem verfahrenstechnischen Teil, beste-hend aus zwei Behältern und deren Au-tomatisierung,• Messgeräten, die entsprechend desNamur Open Architecture-Models (NOA)Daten parallel zum Automatisierungssys-tem übertragen (Maschinendiagnose),• Internetanbindung als Standleitung sowiediversen Firewalls und weiteren Schutzvor-

kehrungen zur Internet-Security,• einer oder bei Bedarf mehreren Clouds.

Erwartet werden konkrete Ergebnissezur Erfassung und Speicherung vonMesswerten in der Cloud, etwa zur Ma-schinen-Diagnose, sowie standardisierteKonzepte zur Durchgängigkeit und IT-Se-curity. Als erstes Ziel wurde die Anbin-dung von Messgeräten über Wirelesshartund andere Verbindungen via Internet-Standleitung in eine Cloud von den Bil-finger-Mitarbeitern des Prüflabors derMSR- und Analysentechnik in Frankfurtam Main umgesetzt. Im Sommer diesesJahres erfolgte die Inbetriebnahme derverfahrenstechnischen Testanlage. Damitsteht den Beteiligten eine Testanlage fürKomponenten zur Digitalisierung undEntwicklung von Softwaretools und zu-gleich eine Demonstrations- und Schu-lungsanlage zur Verfügung.

Der nächste Schritt der digitalen Zukunftstrategie

„Die Digitalisierung ist für die Prozessin-dustrie und ihre Dienstleistungspartner

eine große Herausforderung undChance“, sagt Gerald Pilotto, ExecutivePresident Bilfinger Maintenance, Modifi-cations & Operations (MMO) ContinentalEurope. „Eine praxisorientierte Zusam-menarbeit mit unseren Kunden liefert dieoptimale Grundlage, unser Knowhow aufhohem Niveau weiterzuentwickeln unddadurch die starke Position der europäi-schen Prozessindustrie im internationa-len Wettbewerb zu sichern und auszu-bauen.“ Bilfinger misst der Digitalisierungstrategische Bedeutung bei und hat imMärz 2017 mit Franz Xaver Braun einenChief Digital Officer ernannt. Im Mai star-tete in Zusammenarbeit mit der MünzingChemie ein Pilotprojekt, für das Bilfingereine neue MMO-Plattform entwickelthat.  Über diese Plattform werden Datenaus dem Engineering, der Leittechnikund der Sensorik mit Informationen zurInstandhaltung kombiniert und überCloud-Services ausgewertet. �

Mit Material von Bilfinger.

www.bm.bilfinger.com

83IT&Production 11/2017

Blick in das Prüflabor der Bilfinger Maintenance

134881_Bilfinger Maintenance Süd GmbH_RFTT_I40_ITP 26.10.2017 16:40 Seite 83

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INDUSTRIE 4.0 | Leuze electronic GmbH + Co. KG - Anzeige -

Sensoren im Umfeld von Industrie 4.0

Von Idee, Auftrag, Entwicklung, Fertigung über Auslieferung desProdukts an den Endkunden bis zum Recycling – Industrie 4.0 bedeutet eine neue Stufe der Organisation und Steuerung derWertschöpfungskette über den gesamten Produktlebenszyklushinweg. Die Basis für Industrie 4.0 ist die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit durch Vernetzung aller beteiligten Instanzen, in Verbindung mit der Fähigkeit, aus denDaten den optimalen Wertschöpfungsfluss abzuleiten - abhängigvom jeweiligen Datenempfänger.

Industrie 4.0 ist keine technische Funktion von Sensoren, sondernein Paradigmenwechsel in der Prozessvernetzung. Für die Erfas-sung von Zuständen und Daten sind Sensoren weiter erforderlich,aber in Industrie 4.0 kommen neue Aufgaben hinzu: Wir erwarten,dass dafür Sensoren zu modifizieren oder neu zu entwickeln sind.Viele Produkte von Leuze electronic weisen bereits heute schonFunktionalitäten für Industrie 4.0 auf, erkennbar an Funktionenwie availabilitycontrol und integratedconnectivity.

Einen Teil der Informationen für Condition Monitoring stellen Sensoren, üblicherweise über den Prozesskanal schon heute zurVerfügung. Ebenso gibt es bereits zum jetzigen Zeitpunkt einenseparaten Warnausgang bei Erreichen der Funktionsreserve.

Vorausfallmeldungen ermöglichen eine vorausschauende Instandhaltung und verringern Stör- und Ausfallzeiten von Maschinen und Anlagen. Die Nutzung von Standarddiagnose-tools über den Feldbus der SPS bis in den Sensor ist ebenso einwichtiger Schritt in Richtung Industrie 4.0. Sensoren, die diese

Fähigkeit bereits heute besitzen, kennzeichnet Leuze electronicmit einem roten „i“, das für „integrated“ steht. Für die Diagnoseim Prozess steht ein zusätzlicher Datenkanal über die Prozess-schnittstelle für Diagnose zur Verfügung. Die Diagnosefähigkeitdes Sensors wird vom übergeordneten System unterstützt, umprozesskritische Daten wie beispielsweise Schaltschwellen gezielt vom Sensor abzufragen.

Als Innovationsführer in der Optosensorik positioniert sich Leuzeelectronic als Treiber für die Umsetzung von Industrie 4.0. und arbeitet in übergeordeten Gremien mit, deren Aufgabe unter anderem in der Definition einheitlicher Sensor-Profile und Standards besteht, und bindet diese Anforderungen ganz konkretin seine Produktneuentwicklungen ein. Darüber hinaus bringt sichLeuze electronic regelmäßig in verschiedenen Veranstaltungs-reihen mit Vorträgen ein, in denen es um digitale Wertschöpfungund innovative Geschäftsmodelle imZuge Industrie 4.0 geht.

Der Begriff "Industrie 4.0" ist in der Automatisierungstechnik in aller Munde. Was aber macht einen Industrie4.0-fähigen Sensor wirklich aus? Leuze electronic stellt sich bei seinen Produktneuentwicklungen der konkreten Anforderung, dass ein Sensor zwei Welten bedienen muss, nämlich die Steuerungsebene einerseits, damit die Maschine oder Anlage rund läuft. Andererseits muss er aber auch die Daten bereit stellen, die generell im Sensor selbst zur Verfügung stehen.

KontaktLeuze electronic GmbH + Co. KGIn der Braike 173277 OwenTel.: +49 7021 573-0 • Fax: +49 7021 [email protected] • www.leuze.de

84 IT&Production 11/2017

Bild: Leuze electronic GmbH + Co. KG

Halle 7AStand 230

135788_Leuze electronic GmbH+Co.KG_RADV_I40_ITP 26.10.2017 16:41 Seite 84

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- Anzeige - ifm electronic gmbh | INDUSTRIE 4.0

85IT&Production 11/2017

Industrie 4.0 – Datenlieferanten und Datenkommunikation

Die Erfolgsstory der Digitalisierung in unserem Alltag erklärt sichvor allem aus dem Nutzen den jeder einzelne Bediener darausgeneriert. Rascher, übersichtlicher Zugang zu Daten und Informa-tionen, zu jeder Zeit, heißt das Erfolgsrezept. Wissen ist Macht!Je mehr Daten zur Analyse zur Verfügung stehen umso größerder Nutzen für Optimierung, Prozess-Qualität und –Stabilität.

Die Anforderung an Komponenten und Schnittstellen ist ebensoeinfach wie komplex. Am Ende steht als Ziel, die Realisierungkostengünstiger Lösungen für die Durchgängigkeit von Daten;dort wo sie entstehen (Sensoren, Aktoren, RFID-Systeme), über Gateways, bis in die Welt der MES und ERP-Systeme.

Maschinen aller Art werden in die Lage versetzt miteinander,mit ihrer Umgebung und mit übergeordneten Systemen, über Netzwerke, zu kommunizieren. Das Internet of Things,setzt eindeutige Schnittstellenstandards voraus. StandardisierteProtokollstrukturen und Protokollsprachen sowie die Unter-stützung gängiger Kommunikationsprotokolle (OPC UA, MQTT)gewährleisten die Durchgängigkeit für vernetzte- und em-bedded -Systeme. Die Wandlung der Daten in geeignete Formate und die Bereitstellung von aus Daten generierten Informationen für verschiedenste Nutzer.

Kommunikation in der Automatisierung - im Internet of Things

Allen ifm Produkten, die als Datenquelle auftreten, wird die neueGeneration des embedded Agenten – der „IoT- Core“ – über dieFirmware mit ins Herz gepflanzt. Je nach Geräteausführung unterstützt der IoT-Core die Standard-Kommunikations-pro-tokolle OPC UA und MQTT. Eine durchgängige Kommunikationüber alle Ebenen der Automatisierungspyramide, auch im hete-rogenen Maschinenumfeld bis zur Cloud, ist damit sichergestellt.

Cloud-Lösungen bieten garantierte Verfügbarkeit, Aktualitätder Daten, globalen Zugriff und geringe Investitionen. Im indus-triellen Umfeld ist der Maschinenbau Vorreiter der Entwicklung.Durch Cloud-Lösungen lassen sich dort innovative Dienstleis-tungen wie etwa ein Remote-Service kostengünstig realisieren,ohne dass die Software aufwändig implementiert werden muss.

Remote Services

Remote Services – hier zielen die Kommunikationsvorteile inerster Linie Richtung Cloud-Verwaltung und Anwendungen.Neben der Möglichkeit mobile Prozessdaten zu Erfassen und

Analysieren, liegt der große Vorteil in Remote-Parametrierung,-Konfiguration und -Update-Fähigkeit der angeschlossenenSensoriken und ifm-Steuerungen.

Hier schließt sich der Kreis smarter Fertigungskonzepte - intelli-gente Applikationspakete aus Software- und Hardware- Kom-ponenten für multifunktionalen Datentransfer.

Die Kolleginnen und Kollegen vom ifm-Service-Center erreichenSie montags bis freitags von 7:00 bis 18:00 Uhr unter der kostenfreien Hotline:Tel. 0800 16 16 16 4 oder Sie schreiben uns an [email protected]

Weltweite Vernetzung der Produktion - dieser Herausforderung der Digitalisierung, hin zu Big Data, im IoT,dem Internet of Things, stellt sich die ifm electronic gmbh, mit der Entwicklung eines intelligenten, standar-disierten Kommunikations-Interfaces - eben „close to you“.

Bild: ifm electronic gmbh

Kontaktifm electronic gmbhFriedrichstraße 145128 EssenTel.: +49 800 161 616 4E-Mail: [email protected]

Kommunikationswege on premise - Cloud

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