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Beim dezentralen Transportmanagement im MES Hydra kann der Staplerfahrer selbst aus den verfügbaren Transportaufträgen wählen. Dadurch entfällt eine zentrale Transportplanung. Bild: MPDV
Prozesssteuerung

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MES 4.0 ermöglicht Dezentralisierung

Text: Prof. Dr. Jürgen Kletti, MPDV
Immer noch sind unter Industrie 4.0 hauptsächlich informationstechnische Schlagworte wie Cloud Computing, Big Data, Internet der Dinge oder cyber-physikalische Systeme zu hören. Aber geht es dabei wirklich nur um dezentrale Techniken? Ist die eigentliche Anwendung nicht viel wichtiger? Warum Dezentralisierung nur mit einem Manufacturing Execution System (MES) funktioniert, ergibt sich aus der Konkretisierung des Zukunftskonzepts MES 4.0.

Einmal mehr soll auf CIM (Computer Integrated Manufacturing) aus den 1980er-Jahren verwiesen werden, das letzten Endes daran scheiterte, dass es für die neuen Techniken keine Anwendungen gab beziehungsweise die damaligen Herausforderungen mit der aktuellen Technik auch nicht gelöst werden konnten. All das wird mit Industrie 4.0 besser – so zumindest der Plan. Natürlich versuchen auch unter dem mittlerweile etablierten Hype-Thema viele Anbieter ihre moderne Technik zu vermarkten. Aber die wahren Potenziale stecken in der Organisation beziehungsweise in der Anwendung selbst.

Dezentralität in der Organisation

Warum fordert Industrie 4.0 die Dezentralisierung? Dezentralität beginnt oftmals im kleinen Maßstab. Im Gegensatz zur immer noch weitverbreiteten hierarchischen Fertigungssteuerung nehmen immer mehr selbstregelnde Systeme und intelligente Steuerungsmechanismen Einzug in moderne Fabrikhallen. Dabei geht es nicht immer um smarte Maschinen, sondern häufig um intelligente Prozesse oder darum, dass die Menschen in der Fertigung mehr Entscheidungsfreiheit bekommen. Eine wichtige Grundlage dafür ist, dass alle relevanten Informationen auch dezentral verfügbar sind. Die lokale Instanz kann diese dann mit eigenen Erkenntnissen anreichern und basierend darauf Entscheidungen treffen. Für eine Dezentralisierung im Kleinen sind dabei nicht zwingend dezentrale Technik der Kategorie Cloud Computing oder Cyber Physical System (CPS) nötig.

Dezentrale Anwendungen der Intralogistik

Ein einfaches Beispiel einer dezentralen und selbstregelnden Anwendung ist die EDV-gestützte Prozesssteuerungsmethode E-Kanban. Durch die Kombination des klassischen Pull-Prinzips mit einer elektronischen Komponente wird das selbstregelnde System transparent und kann so mit anderen Prozessen synchronisiert werden. Der dezentrale Charakter, dass der Auslöser zur Nachproduktion aus dem Feld und nicht aus der zentralen Planung kommt, ist hierbei ein wichtiges Merkmal und Garant für die Effizienz der Methode.

Auch ein modernes Transportmanagement kann dezentral organisiert werden. Hierzu bekommt der Werker an der ­Maschine oder am Arbeitsplatz die Möglichkeit, Transport­aufträge zu generieren, wie zum Beispiel der Befehl: „Eine volle Palette soll abgeholt und eingelagert werden.“ Durch ein intelligentes Verteilungsverfahren und die Entscheidungsfreiheit der Transporteure wird sichergestellt, dass kein zentraler Eingriff notwendig ist. Trotzdem ist zentral bekannt, welche Transporte aktuell durchgeführt werden und welche in Zukunft noch anstehen.

Kombination dezentraler Systeme

Sowohl bei E-Kanban als auch bei einem dezentralen Transportmanagement profitieren Unternehmen von einem geringen Planungs- und Koordinationsaufwand, da die beiden Systeme dies per Definition selbst erledigen. Der Aufwand kann weiter reduziert werden, indem E-Kanban mit einem Transportmanagement kombiniert wird: Immer dann, wenn ein Behälter bewegt werden soll, wird nun automatisch ein passender Transportauftrag generiert. Dadurch wird gleichzeitig sichergestellt, dass jeder Kanban-Behälter auch wieder in den richtigen Kreislauf eingespeist wird. Parallel dazu zeigt die E-Kanban-Tafel immer den aktuellen Zustand aller Behälter im Kreislauf.

Wird das bisher entwickelte Szenario noch einen Schritt weiter gedacht, so könnte das Transportmanagement über eine Schnittstelle mit einem führerlosen Transportsystem gekoppelt sein. Dann würden die Transportaufträge dort mittels Routenoptimierung in eine passende Reihenfolge gebracht und automatisch abgearbeitet werden.

Alternativ unterstützen mobile Anwendungen den reibungslosen Ablauf beziehungsweise erhöhen die Flexibilität beim Generieren von Transportaufträgen. So könnte auch mittels einer mobilen App ein Transportauftrag generiert werden, sobald zum Beispiel ein Transportmittel ausfällt und die liegengebliebenen Aufträge von einem anderen Transporteur übernommen werden müssen.

Zentrale Synchronisation mit einem MES

Unabhängig von der Anwendung und deren Automatisierungsgrad ist die ständige Synchronisation mit einem zentralen System unabdingbar – einerseits aus Transparenzgründen und andererseits, um kritische Situationen möglichst früh erkennen und nach Möglichkeit umgehen zu können. Ein System, das viele dezentrale Prozesse synchronisieren soll, muss dazu einerseits über ein breites Feld an Informationen verfügen. Andererseits muss es echtzeitfähig sein, um die vorhandenen Informationen auch nutzen zu können. Gemäß der VDI-Richtlinie 5600 erfüllt ein Manufacturing Execution System (MES) wie Hydra von MPDV genau diese Anforderungen. Daher eignet es sich als zentrale Informations- und Datendrehscheibe in der Produktion.

Das Wissen über die Maschinen und Werkzeuge, das Material, die Aufträge sowie das Fertigungspersonal befähigt ein MES, zentrale Synchronisationsaufgaben zu übernehmen. Andererseits kann ein solches System auch dezentrale Planungsszenarien überwachen und synchronisieren. Schließlich bleibt die Aufgabe, alle in der Fertigung erfassten Daten soweit zu verdichten, dass diese an ein überlagertes ERP-System zurückgemeldet werden können. Und spätestens hier wird deutlich, dass eine dezentrale Organisation zwar von großem Vorteil sein kann, ab einem gewissen Punkt eine zentrale Instanz jedoch unverzichtbar ist. Dies bestätigen auch die Forschungen im Rahmen des Zukunftskonzepts MES 4.0.

Der Weg zur Dezentralisierung

Die Vorteile einer Dezentralisierung liegen auf der Hand:

  • Dezentrale Intelligenz und Entscheidungsfreiheit reduziert sowohl den Planungsaufwand als auch die Komplexität an zentraler Stelle.

  • Wichtig dabei ist die Synchronisation mit einer zentralen Instanz – zum Beispiel mit einem MES-System.

  • Die eingesetzte Technik spielt meist eine untergeordnete Rolle und unterstützt lediglich die dezentral organisierten Prozesse.

Nun liegt es an jedem Fertigungsunternehmen selbst, die Ausgangssituation zu analysieren und zu definieren welche Ziele erreicht werden sollen. Die Einführung eines MES-Systems als zentrale Informations- und Datendrehscheibe ist in jedem Fall ein Schritt in die richtige Richtung – die Umstellung auf dezentral organisierte Abläufe in Fertigung und Intra­logistik ein zweiter.

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