Integriertes Leit- und Auswertesystem für Rohbau, Lackierung und Montage

Integriertes Leit- und Auswertesystem für Rohbau, Lackierung und Montage Dr.-Ing. Olaf Sauer, Fraunhofer Institut für Informations- und Datenverarbeitung IITB, Geschäftsfeld Leitsysteme 1. Abstract ProVis.Agent ist das erste agentenbasierte Produktionsleitsystem für den Einsatz in der verteilten Realzeitüberwachung von Produktionsanlagen. Seine Funktionalität basiert auf ProVis.NT, dem im DaimlerChrysler Werk Bremen erfolgreich eingesetz- ten objektorientierten Leitsystem. Als Kernbestandteil der Manufacturing Execution System- (MES-) Ebene ermöglicht ProVis.Agent erstmalig die Verbindung mit ande- ren MES-Komponenten, z.B. Karossenidentifikation, Werkerinformation oder Se- quenzplanung. 2. Einleitung Die Automobilhersteller nutzen zur Unterstützung der Produktion oder produktions- naher Aufgaben unterschiedliche IT-Systeme, die heute meist als Insellösungen be- trieben werden. Im Automatisierungsumfeld sind Produktionsleitsysteme eine wichti- ge Komponente zur Bedienung und Beobachtung automatisierter Produktionsanla- gen. Hauptfunktionen sind das Aufnehmen und Sammeln der Signale der speicher- programmierbaren Steuerungen (SPS) sowie deren realzeitorientierte Weiterverar- beitung. Stand der Technik sind heute objektorientierte Produktionsleitsysteme, die mit den angeschlossenen Teilnehmern über standardisierte Protokolle kommunizie- ren, z.B. OPC. Das Fraunhofer Institut für Informations- und Datenverarbeitung IITB verfügt aus rd. 30 Jahren verteilter Realzeitverarbeitung über umfangreiche Erfahrungen mit dem Einsatz von Leitsystemen, vor allem in der Automobil- und Stahlindustrie. Im Jahr 2005 beauftragte das Werk Bremen der DaimlerChrysler AG das IITB damit, Pro- Vis.Agent als Vertreter einer neuen Generation von Leitsystemen zu entwickeln, das die Überwachung der Produktion der neuen C-Klasse (BR204) übernehmen soll, de- ren Produktion im Jahr 2007 anläuft. Die Ziele, die DaimlerChrysler mit der Einführung eines neuen Leitsystems verfolgt sind: • Reduzieren der heterogenen Landschaft an Leitsystemen in den Werken / Gewerken auf ein Standard-Leitsystem, Einsparungen bei Lizenzen, Wartung, Pflege, Erweiterungen, etc. • Standards bei allen Komponenten, die mit der Leittechnik in Verbindung ste- hen, z.B. SPS (Siemens S7), SPS-Kommunikation (IntegraMCG), Visualisie- rung, Auswertesystem, etc., • Leitsystem soll offen sein für Innovationen, z.B. bzgl. Integration mit anderen Systemen (Karossenidentifikation, Steuerung, QS) Leitsystem permanent auf dem Stand der Technik. Die Integration vorhandener und neuer IT-Systeme und Anwendungen spielt bei der Entwicklung eines neuen Leitsystems eine bedeutende Rolle, um Geschäftsprozesse durchgängig zu unterstützen und Informationen entsprechend dem Informationsbe- dürfnis der jeweiligen Arbeitsaufgabe bereit zu stellen. Zur genannten Integration zählen die vertikale Systemintegration, z.B. von der Planungsebene bis zur speicher- programmierbaren Steuerung (SPS), und die horizontale Integration zur durchgängi- gen Unterstützung von Prozessen, z.B. auf der Produktionsleitebene (Bild 1), die heute auch als ‚Manufacturing Execution System’-Ebene (MES-Ebene) bezeichnet wird. Die MES-Ebene umfasst IT-Systeme, die die Fertigung direkt unterstützen, z.B. die Leittechnik, die Feinplanung von Fertigungsaufträgen oder die Identifikation und Ortung von Werkstücken oder Werkstückträgern in einem Produktionssystem. Haupttreiber für neue, integrierte Software-Lösungen ist die steigende Anzahl neuer Produkte, z.B. Fahrzeugmodelle, und die kürzeren Entwicklungs-, Anlauf- und Le- benszyklen. IT-Systeme leben meist länger als die Produkte und müssen darum fle- xibler werden. Arbeitsplatzrechner Terminal Server Planungsebene Arbeitsplatzrechner Kopplung Vertikale Integration Produktionsleitebene, PC Server PC Server MES-Ebene Horizontale Integration Kopplung Zellenrechner Zellenrechner Leitrechner Prozessführungs-/ Zellenebene Kopplung Anlagen-/ Datenerfassung Steuerungsebene Steuerung Steuerung Steuerung Bild 1: IT-Ressourcen in den Hierarchieebenen der Fertigung (Quelle: Betriebshütte, S. 17-19) 3. Integrationsanforderungen in der Automobilindustrie Um Potentiale durch horizontale Integration auf der MES-Ebene ausschöpfen zu können ist es für Automobilhersteller und -zulieferer gleichermaßen erforderlich, die bisherigen Insellösungen, z.B. für Produktionsleittechnik, Werkerinformation, In- standhaltungsmanagement, Fahrzeugidentifikation oder Qualitätsmanagement, zu verbinden. Damit wird es möglich, Entscheidungen, die auf der Werkstattebene ge- troffen werden, transparent und durchgängig zu unterstützen, z.B. im Fall einer Ma- schinen-/ Anlagenstörung die Auswirkungen auf Just-in-sequence-Teile zu verdeutli- chen. Die derzeitige Entwicklung einer neuen produktionsnahen Software- Generation, den MES-Systemen, soll dazu führen, die Einzellösungen (Bild 2) zu verbinden. Qualitätsdatenerfassung, Prozeßregelung, Rückverfolgbarkeit Planung von Neuanlagen, Produktions- und Simulation, Anlagenüberwachung, »Digitale Fabrik« Anlagenbedienung Einzelne, Einzelne, Sequenzplanung, eigenständige eigenständige Wegesteuerung der Auftragsfreigabe, produktionsnahe produktionsnahe Karossen Überwachung Karossenpuffer IT-Systeme IT-Systeme System zur Werkerinformations- Karossenidentifikation/ systeme Zustandsabhängige -ortung, ‚Body tracking‘ Wartung / Instandhaltung Bild 2: Beispiele für MES-Komponenten in heutigen Automobil-Werken [1] Allerdings ist mit den heute im Betrieb eingesetzten Software-Technologien eine wirkliche Integration vorhandener Systeme kaum machbar. Heute erfolgt die ‚Integra- tion’ meist über große Datenbanken, die ein gemeinsames Datenmodell erfordern. Speziell diejenigen Anwendungen, die Echtzeit-Datenverarbeitung erfordern, lassen sich damit aufgrund der mangelnden Performanz nicht integrieren. Dazu zählen alle Anwendungen, die Signale von den Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPSen) aufnehmen und weiterverarbeiten, z.B. Produktionsleitsysteme oder Fahr- zeug-Ident-Systeme. Die Integrationsansätze über ein gemeinsames Datenmodell und eine Datenbank sind zu unflexibel gegenüber Änderungen oder Erweiterungen. Spätestens, wenn eine neue Anwendung eingefügt werden soll, stößt die Lösung über ein gemeinsames Datenmodell an seine Grenzen. Andererseits ist es nicht ab- sehbar, dass es einen Lieferanten oder ein Systemhaus geben wird, dass sämtliche MES-Komponenten eines Fahrzeugwerkes integriert aus einer Hand anbieten kann. Darum müssen für die Integration der MES-Komponenten zu einer durchgängigen Datenverarbeitung andere technische Lösungen gefunden werden (Bild 3).