Aus den USA stammt ein Schlagwort, welches unter der Abkürzung CPS hierzulande bekannt geworden ist: Es geht um Cyber Physical Systems. Dieser Begriff wird im Zusammenhang mit der Diskussion über technische und industrielle Herausforderungen der Industrie 4.0 gebraucht. Die Cyber Physical Systems gelten als Grundlage für Manufactoring Execution Systems.
Was sind Cyber Physical Systems?
Unter Cyber Physical Systems sind einzelne Komponenten informatischer und softwaretechnischer Natur zu verstehen. Diese Komponenten besitzen elektronische und mechanische Teile und kommunizieren miteinander über eine Dateninfrastruktur. Eine solche wird beispielsweise durch das Internet dargestellt.
Cyber Physical Systems sind vor allem dadurch gekennzeichnet, dass sie einen sehr hohen Grad an Komplexität aufweisen. Dies verwundert nicht, immerhin verbinden sich hier drahtlose Kommunikationsnetze (oder drahtgebundene Netze) mit eingebetteten Systemen – beide für sich bereits eine hochkomplexe Angelegenheit.
Große und verteilte Systeme, die eine hohe Komplexität aufweisen, werden im Rahmen der Industrie 4.0 weiterentwickelt und führen zu neuen Hightech-Lösungen für die Produktion. Dabei kommt es darauf an, dass sich diese Systeme sehr gut an die Anforderungen der jeweiligen Produktionsprozesse anpassen können.
Anwendungsbereiche der Cyber Physical Systems
Cyber Physical Systems – kurz CPS – kommen in verschiedenen Bereichen zum Einsatz und decken hier ein sehr breites Spektrum ab. So werden sie zum Beispiel für medizinische Geräte verwendet, die höchst zuverlässig arbeiten müssen. Auch in der Verkehrssteuerung, bei Sicherheitssystemen für Fahrzeuge oder bei der Steuerung industrieller Prozesse und Automationen kommen CPS zur Anwendung. Systemvernetzungssysteme, Systeme für das Energiemanagement, die Verkehrslogistik oder auch Infrastruktursysteme, wie sie für Kultur und Kommunikation eingesetzt werden, sind Anwendungsbereiche für Cyber Physical Systems.
Sie bilden die Basis für Manufactoring Execution Systems, die als MES bekannt geworden sind. Solche Systeme werden unter anderem von der FELTEN Group hergestellt und kamen hier als PILOT (MES) auf den Markt.
Was sind Manufactoring Execution Systems?
Manufacturing Execution Systems werden im Rahmen der industriellen Produktion eingesetzt und stellen hier inzwischen nicht mehr wegzudenkende Werkzeuge dar. Sie dienen der Effektivitätssteigerung der Fertigungs- und Produktionsprozesse. Die Systeme bieten deutlich kürzere Laufzeiten in der Produktion und vermeiden Fehler sowie die Produktion von Ausschussware. In der Verwaltung sorgen die MES dafür, dass weniger Papierarbeit anfällt und dass die gesamten Vorbereitungszeiten für den Produktionsprozess verkürzt werden. Dies geschieht schon allein dadurch, weil die Dateneingaben weniger umfangreich nötig sind. Die Produktion wird transparenter und lässt sich durch den besseren Über- und Einblick leichter optimieren. Verzögerungen und Fehler werden für aktuelle Produktionsprozesse vermieden und treten für die Vergangenheit zutage.
Die Manufacturing Execution Systems können innerhalb eines Unternehmens abteilungsübergreifend eingesetzt werden. Selbst die übergreifende Verwendung für verschiedene Standorte ist möglich. Außerdem lassen sich andere Systeme wie SAP nahtlos integrieren. Schwächen im Fertigungsprozess zeigen sich und können beseitigt werden. Die Manufacturing Execution Systems liefern Informationen in Echtzeit und dienen so der Geschäftsführung, den Bereichen Fertigung, Personal und Qualitätsmanagement als Informationsquelle, die auf Veränderungen sofort reagieren kann.
Manufacturing Execution Systems und Cyber Physical Systems
Cyber Physical Systems bilden die Basis für Manufacturing Execution Systems im Konzept der Industrie 4.0. Das Ziel ist es, eine Smart Factory mit CPS zu erreichen. Ein Einsatzbeispiel für diese beiden Systeme ist, wenn intelligente Werkstücke sich im Austausch mit Systemen und anderen Maschinen selbstständig bewegen und so den Produktionsprozess durchlaufen. Dieser gesamte Prozess geschieht nicht nur schneller, sondern auch fehlerfrei. Wird dieses Konzept umgesetzt, so fallen sehr große Datenmengen an. Für diese ist eine geordnete Sammlung und übersichtliche Aufbereitung zwingend erforderlich. So lässt sich zum einen die gesamte Produktion besser verfolgen, zum anderen ist es möglich, den momentanen Status einzelner Werkstücke nachzuvollziehen. Die gesamte Produktion bleibt damit transparent, was es wiederum ermöglicht, Optimierungsprozesse stärker voranzutreiben.
Übersicht bei Big Data
In dem Zusammenhang fällt der Begriff der Big Data – riesige Datenmengen, die gesammelt und verarbeitet werden müssen. Ein gutes Datenmanagement, was auf Cyber Physical Systems basiert, muss eine horizontale Integration bieten. Die Informationen, die von den Maschinen kommen sowie von mobilen oder stationär eingerichteten Endgeräten, laufen in diesem System zusammen und werden durch das integrative Management der Daten verarbeitet. Dadurch entsteht zu jeder Zeit ein aktuelles Bild über den Status der Fertigung in seiner Gesamtheit sowie bezogen auf einzelne Teilabschnitte der Produktion. Dies wiederum liefert die Grundlage für Entscheidungen und eine gesicherte Koordination im Unternehmen. Dass die Ist-Situation bekannt ist, ist Voraussetzung für das Erreichen der Soll-Situation bzw. für das Festlegen einer Strategie auf dem Weg dorthin. Außerdem ist es damit möglich, direkt auf bestimmte Situationen reagieren zu können: Stillstände von Maschinen, Engpässe bei der Versorgung mit Material und weitere Probleme, die zum Hindernis bei einer geordneten Produktion werden können, werden offenkundig. Sie können umgehend behoben und für die Zukunft vermieden werden. Hier zeigt das Gute an Fehlern: Treten diese auf, können sie für das Lernen für die Zukunft verwendet werden, wobei die Systeme natürlich darauf abzielen, dass schon bald gar keine Fehler mehr auftreten.
Manufactoring Execution Systems auf der Basis von CPS – die Vorteile
Manufactoring Execution Systems auf der Basis von Cyber Physical Systems stellen einen einzigartigen Ansatz der Technologie für Produktionsprozesse der Zukunft dar. Die gesamte Fertigung wird damit intelligenter und transparenter. Dies wiederum ist die Grundbedingung dafür, dass die Prozessmodelle flexibler werden. Sie müssen sich auf geänderte Rahmensituationen anpassen können und das innerhalb kürzester Zeit.
Durch Manufactoring Execution Systems werden die Kosten für eine umfassende Produktion gesenkt, was sich nicht nur in der Zeit nach der Einführung des Systems zeigt, sondern nachhaltig der Fall ist. Die Leistungskapazität der Produktion wird gesteigert und erreicht gleichzeitig eine höhere Qualität.
In jedem Unternehmen finden sich Effizienzpotenziale, die aber in der Regel nicht offensichtlich sind. Manufactoring Execution Systems finden diese Potenziale und lokalisieren sie. Erst damit wird es möglich, sie auszuschöpfen und so die gesamte Leistung der Produktion und damit des Unternehmens auch im Hinblick auf die Einführung einer Produktinsel und die Umsetzung der Anforderungen der Industrie 4.0 zu steigern.
Zusätzlich unterstützen die MES Unternehmen dabei, einen schnellen Return on Investment (Roi) zu erreichen. Damit verbunden ist eine höhere Sicherheit bei Investitionen – das gesamte Unternehmen wird somit nachhaltig gestärkt und passt sich besser den aktuellen Marktanforderungen an.
