1. Sensorintegration
Dreh und Angelpunkt der digitalen Transformation ist zunächst die Adaption des Fertigungsprozesses durch die Sensorik. Sensoren sind ohnehin für die Automation im Produktionsmodul enthalten, jedoch müssen für eine vollständige digitale Transformation des physikalischen Produktionsablaufes auch Komponenten erfasst werden, die bisher rein passiv waren – wie zum Beispiel ein Lagerbehälter, ein Transferband, eine Rohrleitung oder ggf. auch das Produkt selbst. Zudem müssen Verschleißobjekte wie Lager an Motoren und Antrieben für eine vollständige Digitalisierung erfasst werden. Bis zum kleinsten Bestandteil im Fertigungsprozess benötigen damit alle an der Produktion beteiligten Komponenten ihre digitale Adaption.
2. Horizontale Vernetzung
Der Produktionsablauf ist aufgeteilt in mehrere Fertigungsschritte. Um auch hier einen optimalen Produktionsprozess zu schaffen, sind alle beteiligten Produktionsinseln miteinander zu vernetzen. Dies ermöglicht auch die „Modul-zu-Modul“-Kommunikation, sodass sich Fertigungsinseln untereinander und ggf. mit dem Produkt abstimmen, ohne den überlagerten Produktionsleitrechner zu benötigen. Diese horizontale Vernetzung gilt jedoch nicht nur für den internen Produktionsablauf, sondern auch für die externe Logistik des Fertigungsprozesses. Die Zuführung von Rohstoffen und auch der Abfluss des Logistikers sind bei Bedarf einzubinden.
3. Vertikale Vernetzung
Die Cloud-Vernetzung auf im Internet öffentlich verfügbare Server – bezeichnet als „Public Cloud“ – erzeugt große Bedenken, da dies unter Umständen den Zugang auf den Produktionsprozess weltweit öffnet. Bei der vertikalen Vernetzung der digitalisierten Fabrik sollte daher bewusst zwischen der offenen Cloud-Anwendung und der vertikalen Vernetzung auf externe, aber nach wie vor zum Unternehmen gehörende Fertigungsrechner unterschieden werden. Durch zum Beispiel eigene mit VPN, https sowie weiteren individuellen Verschlüsselungsmethoden und Verkryptungen in der Kommunikation der privaten Client Server Topologien geschützten Zugängen auf eigene Server, wird die Internetstruktur nur noch als Vernetzung genutzt. Diese als „Private Cloud“ bezeichnete Architektur unterscheidet sich im Wesentlichen zur „Public Cloud“ in seiner Serverlandschaft und der Serveranbindung an offene gemietete Serverlandschaften.
Unabhängig ob „Private“ oder „Public Cloud“: In beiden Fällen dreht es sich um die vertikale Anbindung aus dem Produktionsmodul heraus, über eigene Firmengrenzen hinweg. Im B-to-C-Geschäft kann der Zugang auf die Server auch dem Endkonsumenten ermöglicht werden, um dadurch zum Beispiel eine Bestellung direkt am Fertigungsmodul zu platzieren. Neben der eigentlichen Steuerung können so parallele Kommunikationsprotokolle integriert werden, über die der Zugriff erfolgt. Im physikalischen Zugriff kann dies über Ethernet oder Mobilfunknetz erfolgen, im logischen Zugriff über MQTT. Mit dem Zugriff unterschiedlicher Clients auf die Steuerung lassen sich Zustandsinformationen wie Run/Stop, Verbindungsstatus, Geräteinformationen sowie im IEC-Programm definierte Variablen in die Cloud senden und visualisieren. Über die Programmierung lassen sich die Variablen definieren, die in die Cloud übertragen werden sollen oder die zu schützen sind. Sensible Daten verlassen das Unternehmen auf diese Weise nicht.
4. Cyber-Security
Wo Produktionsdaten erfasst und übertragen werden, spielt das Thema Cyber-Security eine ganz wesentliche Rolle. Produktionsdaten sind ein wertvolles Gut, das es besonders zu schützen gilt.
Grundsätzlich sollte der Anwender in weniger kritischen Anwendungen Vorkehrungen treffen: Unsichere Protokolle wie Telnet, http, ftp oder SNMP sind bei kritischen Applikationen zu vermeiden und verschlüsselte Protokolle zu bevorzugen. Nicht benötigte Ports (Protokolle) müssen deaktiviert werden. Default-Passwörter sollten selbstverständlich immer geändert und Benutzerrollen zugewiesen werden.
5. Modularisierung
Durch immer kürzere Produktlebenszyklen gepaart mit dadurch kleineren Stückzahlen bis zur individuellen Fertigung der Losgröße 1, ist die Produktion gefordert, sehr flexibel und wandlungsfähig auf diese Anforderung zu reagieren – ohne dabei die Fertigungskosten zu steigern. Die benötigte Wandlungsfähigkeit ist nur mit einer Modularisierung des Produktionsprozesses zu schaffen. Dies gilt nicht nur für die Produktionsmodule, sondern auch für die Automation des gesamten Fertigungsprozesses.
Die Standardisierung der Schnittstelle zwischen den Fertigungsmodulen und dem übergeordneten Produktionsleitrechner kann die richtige Methodik hierfür sein. Durch diese Standardisierung können ohne Anpassung am Produktionsleitrechner Fertigungsmodule getauscht werden.
Standardisierung ist damit ein wichtiger Baustein, um die Industrie-4.0-Anforderungen nach modularen Anlagen zu lösen, die nicht nur modular gebaut, sondern ebenso modular automatisiert sind und damit einen wesentlichen Grundstein für die autarke, selbstverwaltende Fabrik legen. Nur so können Anlagenmodule flexibel und herstellerunabhängig miteinander kombiniert werden und sind damit die Basis für mehr Flexibilität und eine hohe Wandlungsfähigkeit.
Fazit
Die Digitalisierung in der Produktion ist eine notwendige Entwicklung zur Stabilisierung und auch Steigerung der Wertschöpfung – bei zunehmendem internationalem Wettbewerbsdruck mit steigendem individuellem Produktbedarf.