Integrierte Fertigung und Produktion

• Von Bill Lydon
• InTech

Zusammenfassung

Neue Informationstechnologie und operationelle Technologiemodelle

Von Bill Lydon

Die Beziehung zwischen Informationstechnologie (IT) und Operational Technology (OT) ist ein Thema formeller und informeller Diskussionen in Branchenforen, Benutzergruppen, Veranstaltungen und Messen mit vielen Gedanken und Meinungen. Es gibt eindeutig Veränderungen in Organisationen mit unterschiedlichen Geschäftsmodellen und neuen Technologien, Konzepten und Herausforderungen, die diese Diskussionen, Pilotprojekte und Systemänderungen vorantreiben. Es gibt einige starke Ansichten über die Beziehung zwischen IT und OT, einschließlich:

• kooperative Trennung
• kooperative Integration
• IT-Management von OT mit Ausnahme von Maschinen- und Prozesssteuerungen in Echtzeit
• neue Hybridgruppen

Basierend auf Diskussionen mit vielen Benutzern scheint sich die Beziehung zwischen IT und OT in Organisationen in unterschiedlichen Stadien zu befinden. Der Trend scheint jedoch die funktionale Integration von IT und OT zu sein, unabhängig von der Organisationsstruktur, um eine verbesserte Fertigung und Produktion zu erreichen.

Was ist OT?

Betriebstechnik ist typischerweise definiert als die Hardware und Software, die dazu bestimmt ist, Änderungen in physikalischen Prozessen durch direkte Überwachung oder Steuerung von physischen Geräten, einschließlich Maschinen, Robotern, Produktionslinien, Ventilen, Pumpen und anderen Elementen der Produktion, zu erkennen oder zu verursachen. Die eigentliche Steuerung reagiert auf die Produktion mit Echtzeitsteuerungen wie speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPSEN), verteilten Steuerungssystemen (DCSs), Maschinensteuerungen, Robotern, Prozesssteuerungen und anderen Geräten, die die physische Produktion überwachen und steuern. OT in vielen Organisationen umfasst auch Überwachungs- und Datenerfassungssysteme, Mensch-Maschine-Schnittstellen-Displays, Historiker und Remote-Endgeräte. Diese Systeme kommunizieren typischerweise über industrielle Steuerungsnetzwerke wie Modbus, EtherNET/IP, Profinet und EtherCAT. In jüngerer Zeit kommunizieren drahtlose Sensoren mit ISA100, WirelessHART oder proprietären Methoden.

Was ist DAS?

Eine frühe Definition der Informationstechnologie erschien im November 1958 Harvard Business Review Artikel „Management in den 1980er Jahren“ von Harold J. Leavitt und Thomas L. Whisler:

„Die neue Technologie hat noch keinen einzigen etablierten Namen. Wir werden es Informationstechnologie nennen. Es besteht aus mehreren verwandten Teilen. Eine umfasst Techniken zur schnellen Verarbeitung großer Informationsmengen, und sie wird durch den Hochgeschwindigkeitscomputer verkörpert. Ein zweiter Teil konzentriert sich auf die Anwendung statistischer und mathematischer Methoden auf Entscheidungsprobleme; es wird durch Techniken wie mathematische Programmierung dargestellt, und durch Methoden wie Operations Research. Ein dritter Teil ist in Vorbereitung, obwohl seine Anwendungen noch nicht sehr klar aufgetaucht sind; Es besteht aus der Simulation des Denkens höherer Ordnung durch Computerprogramme.“

Dies ist immer noch eine ziemlich gute grundlegende Definition. Dazu gehört auch der Begriff Operations Research. Eine breite Definition von Operations Research ist die Bestimmung des maximalen Gewinns, der Leistung, des Ertrags oder des minimalen Verlusts, des Risikos oder der Kosten eines realen Ziels. Industrial Engineering und Operations Research in der Industrie- und Prozessfertigung kombinieren zwei Disziplinen, die sich auf den Betrieb komplexer Systeme konzentrieren, um bessere Systeme und Betriebsverfahren zu entwickeln. Die neuen Technologien von heute ermöglichen es, diese Ziele zu erreichen.

Integrierte Fertigung

Die Fertigungs- und Prozessindustrie verfolgt seit langem das Konzept der Integration des gesamten Unternehmens, einschließlich Produktdesign, Beschaffung, Lieferkettenmanagement, Produktion, Wartung und Ausgangslogistik. Die Idee der computerintegrierten Fertigung ist seit den 1970er Jahren eine Vision. Es ist definiert als die Integration des gesamten Fertigungsunternehmens durch den Einsatz integrierter Systeme und Datenkommunikation in Verbindung mit neuen Managementphilosophien zur Verbesserung der organisatorischen und personellen Effizienz. In den 1970er und 1980er Jahren führten einige große Automobil- und Luftfahrthersteller eine kleine Anzahl von Projekten durch, aber die Systeme und Technologien waren zu dieser Zeit umständlich, teuer und unzuverlässig. Eine weitere große Herausforderung war die Integration von Komponenten verschiedener Lieferanten, darunter SPS, DCSS, CNC-Werkzeugmaschinen, Förderer und Roboter, die unterschiedliche Kommunikationsprotokolle verwenden. Es gab auch konkurrierende Datenaustausch- und Protokollstandards zwischen den USA und Europa, was kontraproduktiv war.

Industrie 4.0, intelligente Fertigung, et al.

In jüngerer Zeit hat sich eine fortschrittliche Denkweise bei der Anwendung von Technologie zur Verbesserung der Fertigung entwickelt, wobei alle Aspekte der Produktion und des Handels über Unternehmensgrenzen hinweg integriert werden, um die Effizienz zu steigern. Dies wird durch Industrie 4.0, intelligente Fertigung, industrielles Internet der Dinge und andere Initiativen veranschaulicht, die eine ganzheitliche Automatisierung, Geschäftsinformationstechnologie und Fertigungsausführungsarchitektur verfolgen. Ziele sind deutlich höhere Produktivität, Effizienz und selbstverwaltete Produktionsprozesse, bei denen Menschen, Maschinen, Anlagen, Logistiksysteme und Work in Process direkt miteinander kommunizieren und kooperieren. Diese Vision umfasst neue Technologien und Architekturen, um eine kostengünstige Massenproduktionseffizienz für die Auftragsfertigung der ersten Stückzahl zu erreichen.

Einzelansicht

Die IT / OT-Konvergenz fördert eine einzige Ansicht der Informationen eines Unternehmens und gibt jeder Person, Maschine, jedem Sensor, jeder SPS, jeder Prozesssteuerung, jedem Aktuator, jeder Motorsteuerung und jedem anderen Gerät genaue Daten und Informationen in einem umsetzbaren Kontext zur richtigen Zeit, um die betriebliche Effizienz zu verbessern und die Produktionskosten zu senken.

Entscheidung in Echtzeit

Entscheidungen werden in Echtzeit mit einem höheren Maß an Vertrauen getroffen, da mehr Informationen über das Ereignis oder die Bedingung verfügbar sind. Das Management eines Ereignisses in einer konvergenten IT / OT-Architektur wird als geschlossener Prozess ausgeführt und optimiert die Produktionsfaktoren. Dazu gehören Kundenauftragsfluss und -mix, Lieferkette, Fertigung, Produktionsprozesse, Outbound-Logistik und Kundenservice.

Lean Manufacturing Ecosystem

Über ein einzelnes Fertigungsunternehmen hinaus werden Produktions- und Logistikprozesse intelligent über Unternehmensgrenzen hinweg integriert, wodurch ein Echtzeit-Lean-Manufacturing-Ökosystem entsteht, das effizienter und flexibler ist. Dies ermöglicht intelligente Wertschöpfungsketten, die alle Lebenszyklusphasen des Produkts von der ersten Produktidee über die Entwicklung, Produktion, Nutzung und Wartung bis hin zum Recycling umfassen. Auf diese Weise kann das Ökosystem Kundenwünsche von der Produktidee bis zum Recycling erfüllen, um reaktionsschnell zu sein und kontinuierlich Verbesserungen vorzunehmen.

Gemeinsame Plattformen

IT- und OT-Gruppen entwickelten sich traditionell in zwei getrennten Communities, in denen fast die gesamte Kommunikation, Hardware und Software für diese Community spezifisch war, was zu einer komplexen Integration von IT- und OT-Systemen führte. Die neue Architektur, die durch die Verbreitung von Kommunikationsstandards, leistungsstarken Prozessoren, Webdiensten und Open-Source-Software ermöglicht wird, bietet eine gemeinsame Umgebung für die Zusammenarbeit und Integration von IT und OT. IT- und OT-Gruppen teilen nun die Grundlagen der Kommunikations- und Netzwerkarchitektur, was den Transport von Daten über Systeme hinweg vereinfacht, wodurch sich die technologische Kluft zwischen IT und OT schließt.

Organisations- und Systementwicklung

Die Anwendung neuer Technologien zur Erreichung effizienterer Industrie- und Prozessunternehmen führt zu funktionalen Veränderungen. Die neuen integrierten Fertigungs- und Unternehmensarchitekturen, die von Echtzeit-Enterprise-Resource-Planning-Systemen geleitet werden, integrieren Middleware-Softwarefunktionen im Werk in Edge-Geräte, Unternehmen und Cloud-Computing. Eine traditionellere Art, dies auszudrücken, ist, dass OT darin integriert wird. Dies beschreibt jedoch nicht alle neuen Möglichkeiten integrierter Systeme und neuer Computer in Edge-Geräten. Fortschrittliche Unternehmen erforschen die neue Funktionalität mit organisatorischen Änderungen und neuen Systemen, indem sie Pilotprojekte durchführen. Die Integration von IT und OT bietet die Möglichkeit, die Feldleistung komplexer Maschinen und ihrer Unterkomponenten aktiv zu überwachen, um den Fertigungs- und Prozessbetrieb besser zu verstehen und zu effektiveren kontinuierlichen Verbesserungsprogrammen beizutragen. Darüber hinaus wird es ein größeres Vertrauen in die Produktionsergebnisse geben, was die Prognosen verbessern wird.

Branchendiskussion

Die Konvergenz von IT und OT zur Schaffung effektiverer Abläufe wird von vielen Anwendern diskutiert, und einige nehmen Änderungen vor, um effizientere Hersteller zu sein. Dies sind einige Gedanken von produzierenden Unternehmen.

Ein Beispiel für eine organisatorische Veränderung wurde auf der Ignition Community Conference 2017 von Sugar Creek Packing Co. vorgestellt., ein diversifizierter und flexibler Lebensmittelhersteller. Ein Unternehmensvertreter diskutierte, wie seine Organisation eine Person hat, die für OT und eine für IT verantwortlich ist, wobei beide an den Chief Information Officer berichten. Er beschrieb, wie dies die organisatorische Zusammenarbeit und den Betrieb an sechs Produktionsstandorten mit mehr als 100 SPS- und Steuerungsgeräten und mehr als 15.000 Tags verbesserte.

Diese Gedanken aus einem Rockwell Automation Perspectives Event Panel und Anwenderpräsentationen veranschaulichen, dass es unterschiedliche Ansichten über IT /OT gibt. Manager, Branchenexperten und sechs Benutzer diskutierten und teilten Einblicke in ihre einzigartigen Reisen zur Schaffung eines vernetzten Unternehmens. Zu den wichtigsten Kommentaren der Podiumsdiskussion gehörten diese Beobachtungen:

• Es sollte die Führung übernehmen, um Daten sicher zu verschieben und bei Bedarf bereitzustellen.
• Die Herausforderung besteht darin, mehr Menschen mit dem Prozess vertraut zu machen und gleichzeitig die Geschäftsprozesse zu verstehen.
• Für einen effizienten Datenaustausch zwischen IT und OT sind gemeinsame Datenmodelle erforderlich.
• Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der Vernetzung der Daten über die gesamte Architektur mittels nicht proprietärer, offener IT-Standards.
• Ein Unternehmen stellte Steuerungstechniker, Konstrukteure und Maschinenbauer ein, um Motorgetriebe und Antriebsketten zu entwerfen. Im Laufe der Jahre stellte sich heraus, dass das Einstellungsmodell nicht mehr funktioniert. Das Steuerungs- und mechanische Design wurde miteinander verflochten, so dass es zu Mechatronikern wechselte, die in beiden Welten tätig sind. Diese Verschiebung setzt sich nun mit der Zugabe von Menschen, die Physik, Analytik und IT-Technologie zu verstehen.
• ES bietet und verwaltet Ethernet-Verbindungen zu Controllern, einschließlich Konfigurationskontrolle. Automatisierungsingenieure sollten nicht mit Netzwerken belastet werden, sondern sich auf die Verbesserung der Steuerung und die Optimierung der Automatisierung konzentrieren.

Die verschiedenen geäußerten Ansichten legen nahe, dass Organisationen unterschiedliche Gedanken zu organisatorischen und technologischen Ansätzen haben.

Ziele

Führung Produzierende Unternehmen beginnen weltweit zu konkurrieren und nutzen allgegenwärtige neue Technologien. Unabhängig von der Form der Implementierung von Systemen, Architekturen und Organisationsstrukturen gibt es häufig geäußerte Ziele zur Verbesserung der Fertigung, einschließlich Wettbewerbsfähigkeit, Produktivität, Qualität und Kundenzufriedenheit. Konvergente Informationen werden verwendet, um feste und variable Vermögenswerte zu optimieren. Verbesserte Abläufe durch die Verwendung von Echtzeitdaten in Verbindung mit Analysen bringen viele Vorteile mit sich, darunter geringere Ausfallzeiten, geringerer Energieverbrauch und eine höhere Gesamtanlageneffektivität.

Während Organisationen daran arbeiten, von der Konvergenz von IT / OT-Funktionen zu profitieren, müssen Stakeholder, Product Owner und Organisationsmanager weiterhin neue integrierte Systemmodelle verstehen und von Branchen lernen, die Systeme erfolgreich integrieren, wie z. B. der Computer-, Internet- und Mobilfunkbranche.

Insgesamt sind diese neuen Technologien herausfordernd und befähigen Steuerungs- und Automatisierungsprofis, als Experten für Systeme und Fertigungsprozesse mehr Wert zu liefern, um Unternehmensziele zu erreichen.