Auch für Low-Budget erhältlich

In der Industrie wird seit vielen Jahren über Industrie 4.0 gesprochen und die Erwartungen sind hochgesteckt. Viele Unternehmen rufen Projekte ins Leben, um Lösungen für Industrie 4.0 zu etablieren. Da die Datenerfassung in der Fertigung nicht standardisiert ist, gestaltet sich das jedoch schwieriger und kostspieliger als gedacht. Denn ohne Standards sind entsprechende Lösungen nicht möglich. Bisher wurden oft Kompromisse gemacht und ältere Versionen leicht verbessert. Im Laufe der letzten drei Monaten hat sich alles geändert. Der Grund dafür ist eine Innovation, mit der Unternehmen aller Größen, Branchen und Budgets Industrie 4.0-Umgebungen realisieren können, ohne bestehende Anlagen oder Unternehmenssoftware zu ersetzen. Kostenloses Industrie 4.0 klingt zu gut um wahr zu sein, aber es ist möglich.

Die Industrie 4.0-Initiative richtet sich an kleine und mittlere Unternehmen (KMU), die das Rückgrat der deutschen Elektronikfertigungsindustrie bilden. Eine wettbewerbsfähige, flexible Fertigung erfüllt nicht die Anforderungen einer schwankenden Nachfrage bei einer kurzen Lieferkette zwischen Fabrik und Kunden, sondern vermeidet auch signifikante Kosten und das Risiko einer Wertminderung bei Endprodukten. Diese Einsparung kann ausreichen, um weitere Kosten für den Arbeitsaufwand in der Fabrik zu rechtfertigen. Die zunehmende Automatisierung begrenzt diese Ausgaben auf ein Minimum. Sie erfordert jedoch computergestützte Industrie 4.0-Funktionen, um die notwendige Flexibilität zu erreichen und gleichzeitig die höchste Anlagenauslastung und Produktivität aufrecht zu erhalten. Mit diesem Geschäftsszenario können KMUs darauf hoffen, dass die Fertigung von fernen „Low-cost“-Standorten zurück nach Deutschland kommt.

Auf Messen wie der diesjährigen SMT in Nürnberg waren auf nahezu jedem Stand Banner mit „Industrie 4.0“-fähigen Geräten und Lösungen zu sehen. Die Maschinen- und Systemanbieter verstehen und teilen die Industrie 4.0-Vision der Kunden. Sie wollen die Informationen ihrer Maschinen und Plattformen zur Verfügung stellen, um die Anwenderbedürfnisse für Industrie 4.0 zu erfüllen. Gewaltige historische Probleme stehen dieser positiven Reaktion jedoch im Weg. Diese gehen auf verpflichtende Standards zurück, die vorschreiben wie Informationen in der Fertigung ausgetauscht werden müssen.

Im Februar 2016 wurde die Open Manufacturing Language (OML) eingeführt. OML ist als die Lösung konzipiert, die automatisierten computergestützten Funktionen für Industrie 4.0 qualifizierte Informationen zur Verfügung stellt. OML ist nicht nur eine weitere Möglichkeit, um Maschinendaten aus der Fertigung zu übertragen. Rohdaten haben einen begrenzten Wert. Statusberichte von einzelnen Maschinen können zum Beispiel nur Informationen über Ereignisse wiedergeben, die innerhalb der Maschinen aufgetreten sind. Die Nachricht, dass eine Maschine auf eine Leiterplatte wartet, um diese zu Bestücken, ist von begrenztem Wert, bis der Grund für dieses Problem bekannt ist.

Damit Ereignisdaten sofort von der Industrie 4.0-Computerlösung verwendet werden können, muss ein Qualifizierungsprozess in einer Live-Umgebung durchgeführt werden. Nicht funktionieren wird der „Old School“-Ansatz, generische Daten zu erfassen und in eine größere oder „Big Data“-Datenbank irgendwo in der Cloud zu übertragen, um unterschiedliche Datenobjekte mittels komplexer Analysen zu vergleichen. Aufgrund der riesigen Datenmenge und vielen Details, die zur computergestützten Entscheidungsfindung erforderlich sind, muss die Qualifizierung in einer Live-Umgebung stattfinden.

Wenn zum Beispiel eine Maschine wegen einer fehlenden Leiterplatte den Prozess stoppt, dann überprüft der Qualifizierungsprozess die komplette Linie. Es wird kontrolliert, ob vielleicht eine vorgelagerte Maschine ebenfalls steht und den Produktionsfluss blockiert. Die Maschine kann beispielsweise wegen eines Fehlers beim Material-Pickup gestoppt haben. Von dieser Stelle aus müssen die Ereignisse der Materiallogistik geprüft werden, um die Ursache des Problems zu finden. Eventuell wurde es durch ein MSD-Problem, einen Materialfehler, eine Fälschung, eine Blockierung beim Feeder oder eine der vielen anderen möglichen Ursachen hervorgerufen.

Wird ein Ereignis so qualifiziert, dass es eine Bedeutung erlangt, so erhöht dies auch den Wert aller Ereignisse. Diese können sich nun auf Abhilfemaßnahmen konzentrieren, entweder auf bestimmte Probleme oder Muster dieser Probleme, die zusammengefügt werden können. Um eine unmittelbare Qualifizierung zu ermöglichen und zu gewährleisten, dass das gespeicherte Ereignis den maximalen Wert hat, müssen alle gesammelten Informationen über Status, Ereignisse und Aktionen von allen zugehörigen Maschinen und unterstützenden Funktionen wie Materiallogistik, Produktfluss und Routing zum Zeitpunkt des jeweiligen Ereignisses verfügbar sein.

Die OML stellt sicher, dass diese Informationen in normierter Form zur Verfügung stehen, so dass unabhängig von der beteiligten Maschine, Prozess- oder Verarbeitungsart die Definition der Daten klar ist. Die Industrie 4.0-Computerlösung kann dann die ihr zugeordneten Entscheidungsfindungsprozesse durchführen, ohne dass dafür umfangreiche Neuinterpretationen und Konversionen der Daten notwendig wären.

Obwohl die OML leistungsfähig ist, ist ihre Anwendung einfach. Der Normierungsprozess der Daten ist im Gebrauch der Sprache integriert. Es muss niemals auf externe Definitionen oder Datentabellen verwiesen werden. Jedes Mal wenn Informationen von einem Ereignis gesammelt werden, sei es von einer Maschine, einem manuellen Verfahren oder einem logistische Ereignis, wird nur die Schnittstelle zur OML benötigt. Dieser Prozess wird noch einfacher, wenn Maschinenanbieter OML als native Schnittstelle übernehmen.

OML wird sowohl zum Sammeln von Maschinendaten verwendet als auch um Steuermechanismen, wie die Einrichtung der Maschinen und den Poka-Yoke-Betrieb, zur Verfügung zu stellen. Die Maschine hat dann auch Zugang zu anderen OML-Datenquellen in der Fabrik, wodurch ihr eigener interner Betrieb optimiert wird. Hierzu gehört zum Beispiel die Unterstützung eigener Industrie 4.0-Funktionen wie adaptives Testen oder eine automatisierte, von der Arbeitsauslastung abhängige vorbeugende Wartung.

OML ist leicht für manuelle Prozesse einsetzbar. Viele Vorrichtungen für Funktionstests enthalten eine maßgeschneiderte Software für die zu fertigenden Produkte. Diese Software wird von der Herstellerfirma oder dem Produkt-OEM geschrieben, unterstützt und gewartet. Historisch gesehen ist es äußerst schwierig, Daten über den grundlegenden In/Out-Betrieb hinaus vom Backend-Prozess in bestehende generische MES-Lösungen zu extrahieren. Denn jede Verbindung und jedes Datensatzformat ist einzigartig. Die Anwendung der OML in solchen Prozessen bedeutet, dass die Daten nun plötzlich ganz leicht in jedes Manufacturing-Execution-Management-Systems integriert und für die Überwachung und Steuerung von Produktfluss, Qualität, Materialverbrauch (einschließlich nicht-physikalischem Materials wie der Vergabe von IP-Adressen) sowie für die Aufzeichnung der Testergebnisse benutzt werden können. Natürlich bieten sie auch eine vollständige Rückverfolgbarkeit. Die vielen hundert maßgeschneiderten Back-end-Prozesse, die praktisch in allen Fertigungsbetrieben vorhanden sind, können nun standardisiert und die Kommunikation normiert werden.

OML ist eine offene und freie Spezifikation. Deshalb kann die OML-Schnittstelle bei der Entstehung und Entwicklung eines jeden Prozesseszu minimalen Zusatzkosten eingebunden werden. Dieser Prozess ist dann keine „Grauzone“ im Fertigungsbereich mehr, sondern lässt sich als Standard in jede Industrie 4.0-, MES-, ERP- oder andere MIS-Lösung integrieren.

Die Verwendung der OML ist auch für bestehende IT-Systeme vorteilhaft, die durch Hinzufügen einer OML-Schnittstelle Zugriff auf Informationen aus der gesamten Fertigung haben. Dies reduziert die Vorlaufzeit für die Softwareentwicklung drastisch, erübrigt die Entwicklung mehrerer Schnittstellen und beseitigt das Risiko von Problemen, die als Folge nicht verfügbarer Detailinformationen auftreten.

Da immer mehr Maschinenhersteller die OML direkt implementieren, wird die Realisierung einer vollständigen „Internet of Manufacturing“-Fertigung erheblich vereinfacht. Wie bei jeder neuen Kommunikationsspezifikation oder -Innovation taucht die Frage auf, wie sich bestehende komplexe automatisierte Maschinen wie SMT-Bestückungsautomaten und Prozesse miteinander verbinden lassen, die nicht für die Unterstützung der OML entwickelt wurden. Es ist äußerst selten, dass SMT-Maschinenanbieter die Technologie von Maschinen nachrüsten, die zwar ein paar Jahre alt sind, aber immer noch perfekt funktionieren. Für einen Fertigungsbetrieb ist es ein großer zeitlicher Aufwand, OML-Schnittstellen mit deutlich komplexeren Maschinen zu entwickeln.

Die Valor IoT-Manufacturing-Hardware löst diese Probleme. Diese robuste Plattform zum Datenaustausch erfasst automatisch Daten von vorhandenen Maschinen und Prozessen und normiert sie für die OML. Die Plattform verfügt über Schnittstellen für die meisten populären Maschinen. Vorhandene Maschinen mit proprietären Datenschnittstellen der Anbieter lassen sich ohne komplizierte Einstellungen direkt anbinden. Es können aber auch Maschinen angebunden werden, die keine Softwareschnittstelle unterstützten. Denn die Plattform hat die erforderlichen Hardware-Ports und Kabel, um Daten über eine direkte Verbindung zum Maschinensteuerungssystem zu extrahieren. Wo es keine bestehende Datenerfassungsmethode gibt oder die Betriebssteuerung in einem unveränderbaren Zustand ist, kann die Plattform auch für manuellen Betrieb verwendet werden.

In der Fabrik bildet die Hardware mit Hilfe der OML eine dedizierte Netzwerkstruktur mit automatisiertem Datenrouting. Jedes Gerät ist robust, bietet Sicherheitsprotokolle und kann bei IT-Systemproblemen die Ereignisse von drei Tagen speichern. Zudem verfügen alle Geräte über eine interne Backup-Stromversorgung. Die OML-Daten von einem Gerät sind präzise und zuverlässig. Sie liefen OML-Ereignisse in Echtzeit sowie einen „Catch-up Service“.

Fasst man all diese Möglichkeiten der OML-Implementierung zusammen, dann werden selbst die komplexesten Fertigungsumgebungen vollständig unterstützt und auf ein Level gebracht, wo sie Teil des OML-basierten Internet-of-Manufacturing sein können. Wenn kleinere Unternehmen mit einfacheren Prozessen native OML-Schnittstellen und die Valor IoT-Manufacturing-Hardware verwenden, können sie die Mainstream-SMT-Bestückungsautomaten sofort unterstützen. Die gleiche Hardware lässt sich auch für gängige Tester, Inspektionsmaschinen und Prozesse verwenden. Die geschieht mit einer einfachen Software, die mit Hilfe des OML-SDK entwickelt werden kann. Das SDK wird zusammen mit der Hardware geliefert, damit diese mit allen anderen Shop-Floor-Prozessen verbunden werden können.

Die flexible Architektur dieser Lösung lässt sich durch kleine und mittlere Unternehmen bis hin zu den größten Tier-1-Anbietern skalieren. Diese erhalten damit erstmals einen Gesamtüberblick über all ihre weltweiten Fertigungsanlagen und -vorgänge.

OML adressiert die wichtigsten Aspekte zum Aufbau einer modernen Internet-of-Manufacturing-Kommunikationsplattform für die Elektronikfertigung:

OML kann heute an alle Prozesse im Fertigungsbereich angebunden werden. Industrie 4.0-Funktionen, egal ob von Drittanbietern oder intern entwickelt, lassen sich auf eine einfache und kostengünstige Weise einführen. Denn alle erforderlichen Daten sind im OML-Format darstellbar. Zu den Industrie 4.0-Funktionen gehören:

Das sind nur einige von vielen Beispielen für Smart-Industrie-4.0-Lösungen und neue Ideen, die sich leicht on top zum OML-Internet-of-Manufacturing im Fertigungsbereich realisieren lassen.

Es gibt keinen Grund auf Industrie 4.0 zu warten und keine Notwendigkeit große Budgets und Projekte für den Ersatz von Maschinen, Prozessen und Software zu vergeben. Jeder Herstellungsvorgang kann ohne große Investitionen gestartet werden, wenn er ein Teil der OML-Gemeinde ist und deren Ideen und Know-how umsetzt. Der Startschuss für Maschinenhersteller, native OML-Schnittstellen anzubieten, ist erfolgt und die Valor IoT-Manufacturing-Hardware steht bereit, um alle bestehenden Maschinen und Prozesse zu unterstützen. Die Zukunft liegt in Ihren Händen. Industrie 4.0 ist hier und mit OML für alle verfügbar.