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Ausgewählte Ausgabe: 06-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Die selbstregelnde Fabrik

Begriffe wie Selbstregelung und -optimierung oder eigenständig lernende Maschinen tauchen bereits seit den Anfängen der Industrie 4.0 auf, haben sich bis heute gehalten und erfahren in letzter Zeit eine immer häufigere Nennung. Was genau steckt hinter diesen Themenfeldern? Und noch viel wichtiger: Welchen Nutzen bringen sie der Fertigungsindustrie?


Bild 1.  Mobile MES (Manufacturing Execution System)-Anwendung mit „Hydra“ von MPDV: Als „Augmented Operator“ sieht der Werker immer alle Informationen, die er für aktuell anstehende Entscheidungen benötigt.

Bild 1.
Mobile MES (Manufacturing Execution System)-Anwendung mit „Hydra“ von MPDV: Als „Augmented Operator“ sieht der Werker immer alle Informationen, die er für aktuell anstehende Entscheidungen benötigt.

Als Definition der Selbstregelung kann festgehalten werden, dass es sich im Wesentlichen um einen modernen Begriff aus der Regelungstechnik handelt. Innovative Konzepte wie Selbstoptimierung oder selbstlernende Maschinen sind als weiterführende Ansätze zu sehen, die mit hoher Wahrscheinlichkeit auf die Selbstregelung aufbauen. Neu an der Selbstregelung ist insbesondere die gesteigerte Transparenz. Sie macht es möglich, frühzeitig auf Abweichungen vom Soll zu reagieren beziehungsweise im Idealfall eine Abweichung vorauszusehen und vorab gegenzusteuern. Einfach gesagt, geht es bei der Selbstregelung darum, dass ein bestimmter Ablauf oder Prozess sich selbst derart reguliert, dass vorgegebene Parameter möglichst gut eingehalten werden.

Selbstregelung in der Fertigung

Im Fertigungsumfeld geht es meist um eine optimale Maschinenauslastung, das Sicherstellen von Qualität oder die Steigerung der Produktivität, Bild 1. Die Zahl möglicher Stellgrößen sowie der spezifizierten Zielparameter ist dabei beliebig groß. Auch lassen sich manche Parameter nur durch manuellen Eingriff verändern. Nichtsdestotrotz führen die Ansätze der Selbstregelung zum Erfolg – vorausgesetzt, die passenden Regelkreise sind definiert und mit den notwendigen Kompetenzen und Befugnissen ausgestattet.

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Bild 2.
Das Vier Stufen-Modell einer „Smart Factory“: Stufe 3 umfasst die selbstregelnde Fabrik.

Gemäß dem Vier-Stufen-Modell „Smart Factory“ von MPDV benötigt die moderne Fertigung zunächst Transparenz und Reaktionsfähigkeit, um darauf aufsetzend eine Selbstregelung einzurichten, Bild 2. Basis für die beiden ersten Stufen sind integrierte Manufacturing Execution Systems (MES), die sowohl Daten in Echtzeit erfassen als auch Funktionen zu deren Visualisierung und zur Steuerung der Produktion anbieten. Die Selbstregelung ist nun die nächste Stufe der Nutzung von erfassten Daten und etablierten Steuerungsmechanismen.

Ausprägungen der Selbstregelung

Die einfachste Form der Selbstregelung besteht darin, einen oder mehrere Parameter zu überwachen und beim Überschreiten der gesetzten Schwellenwerte eine Benachrichtigung zu verschicken oder ein Signal zu geben, damit manuell darauf reagiert werden kann. In heutigen MES-Lösungen heißen Funktionen dieser Art beispielsweise „Eskalationsmanagement“ oder „Messaging & Alerting“.
Etwas mehr können Funktionsbausteine, die im MES oft als „Workflow Management“ bezeichnet werden. In diesem Fall wird nicht nur über die Abweichung vom Soll informiert, sondern auch gleich eine Gegenmaßnahme vorgeschlagen beziehungsweise eingeleitet.
Eine weitere Steigerung sind komplett selbstregelnde Systeme. Ein Beispiel hierfür ist Kanban oder das digital unterstützte Äquivalent eKanban. Damit wird automatisch Nachschub bestellt, sobald das Material zur Neige geht. Durch die eingebaute Regelung werden keine unnötigen Bestände aufgebaut.
Die „Königsklasse“ der Selbstregelung ist die Prozessverriegelung. Diese stellt zum Beispiel sicher, dass nur das Material verwendet wird, welches für den jeweiligen Arbeitsschritt vorgesehen / freigegeben ist und dass nur diejenigen Teile weiterkommen, die einwandfrei bearbeitet wurden.
Alle diese Ausprägungen der Selbstregelung lassen sich mit einem integrierten MES abbilden, da die dafür notwendigen Informationen bereits im System vorliegen und auch die beteiligten Personen mit dem MES interagieren.

Seite des Artikels
Autoren

Prof. Dr.-Ing.  Jürgen Kletti

Geschäftsführer von MPDV in Mosbach

Wege zur Dezentralisierung

braucht es mehr als nur ein MES oder anderweitige IT (Informationstechnologie)-Unterstützung. Vielmehr geht es um einen Paradigmenwechsel in der Fertigungskultur, die sich oftmals in einer eingefahrenen Organisation widerspiegelt. Daher empfiehlt sich zu Beginn eine umfassende Analyse des Ist-Zustands – bestenfalls werden die zugrunde liegenden Prozesse optimiert. Nun gilt es, geeignete Regelkreise zu definieren. Dazu eignen sich sowohl einfache Wenn-Dann-Beziehungen als auch komplexe Abhängigkeiten. Erst in einem dritten Schritt werden diese Regelkreise dann in einem geeigneten IT-System abgebildet. Die meisten fertigungsnahen Regelkreise lassen sich mit einem modernen MES umsetzen.

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