Individuelle Betriebsdatenerfassung (BDE) - Grundlage für Industrie 4.0

Individuelle Betriebsdatenerfassung (BDE) - Grundlage für Industrie 4.0

Herausforderung

Durch individuelle und komplexe Prozesse zur Herstellung von Produkten ist der Einsatz sowohl von Standardlösungen, als auch von Individualentwicklungen, für Unternehmen von kleiner bis mittlerer Größe im Produktionsumfeld häufig nicht geeignet - der tatsächliche Schritt zur Industrie 4.0 fällt daher häufig schwer. Der Aufwand für die Entwicklung einer Individuallösung oder für die umfangreiche Anpassung einer Standardsoftware ist zu groß. Aus diesem Grund sind heute viele zentrale Produktionsprozesse, die einen nicht unerheblichen Teil des unternehmerischen Know-Hows abbilden, nicht durch IT-Systeme unterstützt. Diese Prozesse laufen in vielen Fällen manuell ab, begleitet durch papierbasierte Unterlagen oder einfache Excel-Dateien.

Wie in diesem Projektbeispiel bereits beschrieben, haben wir bei einem unserer Kunden solche manuellen Prozesse identifiziert und gemeinsam mit dem Kunden festgestellt, dass die Grundlage für die Potentialhebung in der Produktion die Erfassung von Betriebsdaten (BDE) darstellt. Deren Auswertung verspricht im kurz-, mittel- und langfristigem Planungszeitpunkt das notwendige Instrument für fundierte Entscheidungen hinsichtlich Produkt und Prozess. Zudem steht eine gesteigerte Transparenz gegenüber Kunden im Fokus.

Ziel war es, im Rahmen dieses Projektes ein System zu entwickeln, das die manuelle Steuerung von Aufträgen durch die Produktion auf Basis papierbasierter Auftragsunterlagen ersetzt und über das entsprechende Informationen zu den Aufträgen erfasst werden können - quasi die App-Grundlage für Industrie 4.0.

Unser Kunde ist ein mittelständisches Unternehmen mit eigener Fertigung. In der Produktion mit hoher Fertigungstiefe stellt unser Kunde Katalysatoren her, die unter anderem in Biogasanlagen eingesetzt werden.

Vorgehen

Basierend auf den Nutzer- und Prozessanforderungen, wurde das System zur Betriebsdatenerfassung und zum Auftragsmanagement spezifiziert und in Anlehnung an den EPC Information Services (EPCIS) Standard wurde ein Eventmodell entwickelt, um diverse Ereignisse im Produktionsprozess flexibel über die BDE aufnehmen zu können. Dies beinhaltet die Erzeugung von auftragsbezogenen Events an den Arbeitsstationen für den Eingang und den Ausgang von Aufträgen und erfasst folgende Informationen

  • ID zur eindeutigen Identifikation des Events
  • Referenz zum Bauteil, zur Charge oder zum Auftrag
  • Prozessschritt, der die durchgeführte Tätigkeit zum Event beschreibt
  • Ort in der Produktion bzw. Planung
  • Zeitstempel des Events
  • Eventinfo für die Sicherung prozessrelevanter Informationen (z.B. Qualitätschecks)

Für die Entwicklung der Applikation wurde die Microsoft Power Plattform genutzt und damit ein sog. Low-Code-Ansatz genutzt. Diese ermöglicht die Erstellung individueller Applikationen in einem Bruchteil (geschätzt 10%) der Entwicklungszeit, die für die Entwicklung einer nativen App notwendig wäre, unter der Voraussetzung, dass die gewählte Plattform zur Aufgabenstellung und den Anforderungen passt.

Im Wesentlichen besteht die Architektur der Anwendung aus drei Komponenten:

Systemaufbau der Betriebsdatenerfassung

Nutzerebene: Oberfläche, auf der alle Dateneingaben und Aufgaben in der Planung und in der Produktion getätigt werden. Zum Einsatz ist hier das Tool Microsoft PowerApps gekommen. Die Nutzeroberfläche wird über einen grafischen Editor erstellt und die gewünschte Funktionalität mit Hilfe von Funktionen erstellt.

Datenbankebene: Für die Speicherung der Events wurde die noSQL Datenbank gewählt, die auf der Cloud Plattform Microsoft Azure bereitgestellt wird. Über Scripte können komplexe Abfragen auf der Datenbank implementiert werden.

Verbindungsebene: Zur Übermittlung der Daten zwischen der Nutzeroberfläche und der Datenbank wurde das Automatisierungstool Microsoft PowerAutomate genutzt. Darüber hinaus ermöglicht dieses Tool die Anbindung und automatisierte Nutzung weiterer Services, wie z.B. den Versand von Emails und Nachrichten, die Anbindung von ERP-Systemen und anderer Datenquellen, die Anbindung von Systemen zur Datenauswertung sowie die Entwicklung eigener Konnektoren. Somit besteht in Zukunft die Möglichkeit diese Verbindungsebene für die Entwicklung und Integration weiterer Systeme zu nutzen. Die einzelnen Funktionen werden über sogenannte Flows zusammengestellt, die über eine grafische Nutzeroberfläche konfiguriert werden.

Die Umsetzung des Projektes erfolgte dabei in enger Zusammenarbeit und iterativ zwischen Kunde und SWMS. Innerhalb weniger Tage wurde ein erster Systementwurf beim Kunden vorgestellt, der dann auf Basis des Feedbacks der operativ verantwortlichen Prozessteilnehmer schrittweise weiterentwickelt wurde.

Ergebnis

In diesem Projekt wurde für den Kunden ein individuelles System entwickelt, das zwei Rollen im Unternehmen direkt betrifft.

1. Der Produktionsplaner wird bei der Planung und Überwachung von Produktionsaufträgen unterstützt. Hierzu wurden u.a. Möglichkeiten zum Import von Kundenaufträgen aus dem ERP-System und zum Erstellen von Lageraufträgen entwickelt. Die Aufträge können über eine Auftragsübersicht überwacht und von zentraler Stelle verwaltet und freigegeben werden. Der Produktionsplaner ist außerdem in der Lage, die Aufträge zu bearbeiten und über eine Auftragsrecherche wichtige Informationen zum Produktionsablauf abzurufen. 

Nachfolgender Screenshot zeigt einen Bildschirm zur Erstellung von Lageraufträgen:

Planungsoberfläche für die Betriebsdatenerfassung

Interessant ist hierbei, dass je nach Produkt, Materialverfügbarkeit und Kapazitätsauslastung der Arbeitsstationen ein individueller Fertigungsablauf für einen Auftrag erstellt werden kann. Auf Basis von Informationen aus der Warenwirtschaft und aus den Erkenntnissen der erfassten Daten besteht das Potential an dieser Stelle weitere Informationen und Hilfestellungen für den Planer abzubilden.

2. Die Mitarbeiter an den Arbeitsstationen wurden mit einem Tablet ausgestattet, das die papierbasierten Auftragslisten ersetzt. Der Mitarbeiter hat, je nach Arbeitsstation, Zugriff auf die für ihn relevanten Informationen. Nachfolgender Screenshot zeigt einen Bildschirm zur Auftragsübersicht:

BDE-Auftragsansicht in der Produktion

Die dargestellten Informationen werden für die Auftragsbearbeitung genutzt. Außerdem kann der Mitarbeiter Teil- oder Mehrmengen fertigen sowie Fehlermeldungen über das System erstellen. Im Rahmen der Bearbeitung werden die oben beschriebenen Events erfasst und gespeichert und stehen damit für Auswertungszwecke zur Verfügung.

Folgende Effekte haben sich bereits jetzt für den Kunden eingestellt (Auszug):

  • Zeitersparnis bei der Planung, Vermeidung vieler Laufwege für den Produktionsplaner
  • Steigerung der Qualität bei der Bearbeitung von Aufträgen
  • Höhere Transparenz in der Produktion, da sich der Auftragsstatus nachverfolgen lässt
  • Überwachung der Einhaltung der (Stations-)liefertermine
  • Vereinfachte Kommunikation zwischen Planung und Produktion
  • Erste Auswertungsmöglichkeiten für die Prozessplaner

Folgende Effekte für den Kunden werden in Zukunft durch die geschaffene Basis erwartet (Auszug):

  • Weitere Zeitersparnisse im Planungs- und Produktionsprozess
  • Steigerung der Qualität und Nachprüfbarkeit von Qualitätskennzahlen
  • Entwicklung eines Kennzahlensystems auf Basis der erfassten Daten
  • Verbesserung der internen Kommunikationswege, auch durch die Einbeziehung weiterer Abteilungen im Unternehmen
  • Nutzung der geschaffenen Datenbasis für weitere Auswertungen und die Rückgabe der Ergebnisse in den Produktionsplanungsprozesse (Feinplanung)
  • Semi-automatische Produktionsplanung und Steuerung, basierend auf der Losgrößenoptimierung an den Arbeitsstationen


Im Projekt wurde in einem sehr kurzen Zeitraum (20 Beratertage für Potentialanalyse, Umsetzung, Test und IT-Sicherheitsprüfung) ein System entwickelt, das operativ in der Produktion genutzt wird und das Anknüpfungspunkte für die weitere Digitalisierungsvorhaben bietet. Außerdem kann das System vergleichsweise einfach an Veränderungen im Prozess angepasst werden und der Kunde kann eigne Key-User schulen, die in Zukunft selbstständig Anpassungen am System vornehmen können.

In Kürze folgt ein Blogartikel, der das Konzept der Low-Code Entwicklung für die Produktion vorstellt und exemplarisch am Beispiel Microsoft Power Apps erläutert.  

Dieses Projekt wurde durch das Förderprogramm go-digital des BMWI gefördert.

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