In einer Smart Factory werden sämtliche beteiligten Akteure der Produktion digital und in Echtzeit miteinander vernetzt: die Menschen, darunter Hersteller, Kunden, Zulieferer, sowie der Maschinenpark, die Geräte, Sensoren, Aktoren und selbstverständlich auch die IT-Systeme. Dies ermöglicht die notwendige Flexibilität für eine adaptive Fertigung, die angesichts der zunehmenden Individualisierung, sich ständig ändernder Kundenanforderungen und volatiler Lieferketten erforderlich ist. Die Sicherheit der IT spielt in dieser vernetzten Welt ebenfalls eine äußerst wichtige Rolle.
Um den vorliegenden Herausforderungen gerecht zu werden, verlagert sich der Trend hin zu einer dezentralen IT-Architektur. Dabei werden die SAP- und Shopfloor-Prozesse sowie die Datenspeicherung voneinander getrennt. Falls es angemessen und vorteilhaft ist, erfolgt die Erweiterung des ERP-Back-Ends (sei es SAP S/4HANA oder SAP ERP) gemäß dem Best-of-Breed-Ansatz durch Cloud-basierte Dienste auf verschiedenen Plattformen, Low-Code-Anwendungen oder Analysetools von anderen Anbietern.
Für die Realisierung einer vernetzten Fabrik ist es entscheidend, eine Interoperabilitätsplattform einzusetzen, die sämtliche Systeme, Maschinen und Geräte miteinander verbindet und einen reibungslosen Datenaustausch gewährleistet. Üblicherweise erfolgt dies durch Kompatibilität oder unter Verwendung von De-facto-Standards. Jedoch erfordert die Verknüpfung des Maschinenparks und aller relevanten Komponenten in einer dezentralen IT-Umgebung Interoperabilität auf der Basis offener Standards. Diese ist der Schlüssel, um Daten automatisch und nahtlos zwischen Shopfloor, Back-End und Cloud-Plattformen auszutauschen und einen digitalen Zwilling zu erstellen. Durch Interoperabilität wird es möglich, eine vernetzte und anpassungsfähige Produktion zu schaffen, die sich mithilfe von Echtzeit-KI-Datenanalysen (Machine-/Deep-Learning) flexibel anpassen und kontinuierlich optimieren lässt.
Wie schaffen wir mit ORBIS DSP Interoperabilität?
ORBIS DSP (Distributed Shopfloor Processing) als Interoperabilitätsplattform ermöglicht eine nahtlose Integration von Maschinen über verschiedene Werke hinweg. Das System kann mithilfe offener Standards mit jeder SAP- oder Non-SAP-Back-End- oder -SaaS-Cloud-Anwendung verbunden werden, um den Informationsaustausch zu erleichtern.
Die Edge-Komponente von ORBIS DSP ermöglicht beispielsweise die Integration von erfassten Rüstzeiten in die IoT-Plattform. Dort können sie gemeinsam mit Stand-, Betriebs- und Produktionszeiten sowie geplanten und ungeplanten Stillständen oder Energieverbrauchsdaten analysiert werden. Dies liefert wertvolle Erkenntnisse über Optimierungspotenziale im Shopfloor.
Anhand von Prozessdaten, die die Betriebszustände anzeigen, können zudem Verfügbarkeit, Durchsatz und Zuverlässigkeit einer Anlage berechnet werden, was wichtige Kennzahlen für die Maschineneffizienz darstellt. Darüber hinaus lassen sich aus diesen Daten verschiedene mögliche Anwendungsfälle für Service-, Geschäftsentwicklungs- oder Vertriebsabteilungen ableiten. Insbesondere im Servicebereich streben ORBIS-Kunden verstärkt danach, in kurzer Zeit skalierbare Geschäftsmodelle zu entwickeln. Mit dem gesamten Produktportfolio von ORBIS, insbesondere dem Produkt ORBIS DSP, können solche Modelle zukunftssicher und skalierbar umgesetzt werden.
Für solch umfangreiche Datenprozesse und Analysen sind SaaS-basierte Cloud-Lösungen aufgrund ihrer herausragenden Skalierbarkeit besonders geeignet. Beispielsweise können Prozessdaten von ORBIS DSP in der Azure-IoT-Plattform gespeichert und mithilfe der Analysesoftware Microsoft Power BI ausgewertet werden. Alternativ erfolgt die Datenspeicherung in der SAP-HANA-Cloud-Datenbank (Bestandteil von SAP BTP). Für die Analyse kann demnach die SAP Analytics Cloud (SAC) genutzt werden. Die erzielten Ergebnisse bieten eine zuverlässige Basis für fundierte Entscheidungen und ermöglichen gezielte Maßnahmen zur Verbesserung der Produktion, wie beispielsweise die Senkung des Energieverbrauchs oder die Steigerung der Fertigungsproduktivität.
Wie ist ORBIS Distributed Shopfloor Processing aufgebaut?
Grundsätzlich besteht ORBIS DSP aus zwei Hauptkomponenten: der Edge (Edge-Node) und einem Management-Cockpit, das als Software as a Service (SaaS) bereitgestellt wird.
Die Funktionalitäten der Edge (Edge-Node)
Die EDGE-Komponente wird lokal entweder im Netzwerk oder an der Netzwerkperipherie installiert. Dank der Plattformunabhängigkeit der Lösung ist es unerheblich, ob es sich um einen Windows- oder Linux-Server, einen Industrie-PC oder einen (Docker-)Container handelt. Dadurch werden eine starke Konnektivität und minimale Latenzzeiten gewährleistet. Die direkte Verbindung zu Produktionsanlagen sowie zu Back-End-Systemen, sei es ERP, MES, Analytics-Tools oder Cloud-Plattformen, wird beim Kunden über sogenannte Asset Units hergestellt. Alle gängigen Protokolle werden entweder nativ oder über OPC-UA unterstützt.
Mittels eines Agenten stellt die Edge-Komponente eine verschlüsselte Verbindung her und ermöglicht die Kommunikation mit dem Management-Cockpit in der Cloud. Prozessdaten werden vorübergehend in der Edge-Komponente gespeichert, beispielsweise für eine Echtzeitvisualisierung. Darüber hinaus ist die Edge in der Lage, Logiken auf unterschiedlichen Ebenen abzubilden. Auf der Shopfloor-Ebene können beispielsweise maschinennahe Logiken implementiert werden, wie die Überwachung von Schwellwerten. Eine Ebene höher können diese Logiken dann miteinander verknüpft und erweitert werden, um schließlich auch komplexe verteilte Prozesse abzubilden. Zum Beispiel kann die Edge Prozessdaten für das Reporting aufbereiten und in der Cloud für Analysezwecke speichern.
Die Funktionalitäten des Management-Cockpits
Das cloudbasierte Management-Cockpit fungiert als Verwaltungsinstrument zur Darstellung der Shopfloor-Organisation (einschließlich Werken, Hallen und Fertigungslinien/-inseln), der Prozessobjekte (von 1 bis n) und der beteiligten Back-End-Systeme. Es ermöglicht die Modellierung und Verwaltung der Organisation und der Prozesse, ohne dass Daten dort gespeichert werden. Als Software as a Service Angebot wird das Management Cockpit in TÜV-zertifizierten deutschen Rechenzentren betrieben.
Das Management-Cockpit bietet eine zentrale und einheitliche Konfiguration und Verwaltung aller Edge-Komponenten, unabhängig davon, in welchen Werken sie installiert sind oder wie viele davon existieren. Bei Bedarf können weitere Werke, Komponenten und Back-End-Systeme problemlos hinzugefügt werden. Diese flexible Struktur ermöglicht den Aufbau einer modernen Shopfloor-Plattform, auf der Lösungen verschiedener Hersteller wie SAP, Microsoft oder anderer reibungslos und in Echtzeit miteinander interagieren können.
Im Management-Cockpit wird beispielsweise definiert, welche der von der Edge erfassten Maschinendaten an welches Back-End-System (entweder ERP, MES, Cloud-IoT-Plattform oder Low-Code-App) übertragen werden sollen. Ebenso wird festgelegt, welche Daten aus anderen Anwendungen (wie MES, IoT-Plattform usw.) in die Edge-Lösung einfließen sollen. Zudem erfolgt im Management Cockpit die Verwaltung der Rollen und Zugriffsrechte.
Welche Vorteile bietet ORBIS DSP?
Vorteil 1: Prozesslogik in der Edge
Mit der integrierten Logik-Komponente in der Edge von ORBIS DSP ist es möglich, Maschinendaten in der Edge-Komponente oder mithilfe intelligenter Sensoren (Sensor Intelligence Devices) bereits auf der Hardwareebene zu Materialkennwerten zu verdichten. Dies spart teuren (Cloud-)Speicherplatz und reduziert merklich den Datenstrom, der in ORBIS DSP und übergeordnete IT-Systeme übertragen wird.
Die Logik-Komponente erlaubt die direkte Implementierung von maschinennahen Logiken auf Shopfloor-Ebene, wie etwa die Überwachung von Schwellwerten. Auf einer höheren Ebene können diese Logiken miteinander verknüpft und erweitert werden, um schließlich auch komplexe verteilte Prozesse bis hin zu Geschäftsprozessen darstellen zu können.
Vorteil 2: Dezentrale Prozessausführung
ORBIS DSP ermöglicht durch die Modellierung einzelner Prozessobjekte eine dezentrale Prozesschoreografie. Hierbei werden Prozesse in einem dezentralen Umfeld koordiniert und gesteuert, in dem verschiedene autonome und unabhängige Akteure und Systeme miteinander kommunizieren und interagieren. Das Ziel besteht darin, resiliente Prozesse zu schaffen, die unabhängig voneinander ablaufen können.
Vorteil 3: Zentrale Verwaltung
Im Management-Cockpit besteht die Möglichkeit, weitere Werke, Komponenten und Back-End-Systeme nach Bedarf zur Verwaltung hinzuzufügen. Diese flexible Struktur ermöglicht den Aufbau einer modernen Shopfloor-Plattform, auf der Lösungen verschiedener Hersteller wie SAP, Microsoft oder anderer nahtlos und in Echtzeit interagieren können und die sich jederzeit erweitern lässt.
Vorteil 4: SAP-Integration
ORBIS DSP bietet eine umfassende Integration in SAP. Dies betrifft sowohl die Standard-Schnittstellen von SAP, beispielsweise für die Rückmeldung von Fertigungsaufträgen, als auch die Möglichkeit, die SAP-Organisationsstruktur innerhalb des Management-Cockpits zu integrieren. Zusätzlich ist eine vollständige Integration in die SAP-basierten ORBIS-Lösungen wie ORBIS MES und den ORBIS Logistics-Lösungen vorhanden. Dadurch ermöglichen wir eine durchgängige Ausführung der Geschäftsprozesse beim Kunden.
Vorteil 5: Plattformunabhängige Edge-Lösung
Der Edge-Node kann auf verschiedenen Plattformen betrieben werden, unabhängig davon, ob es sich um Windows, Linux oder eine Containerumgebung handelt. Dadurch ist es möglich, die Lösung auf allen gängigen Systemen zu installieren. Zum Beispiel kann die Installation direkt an der Maschine auf einem Industrie-PC erfolgen oder alternativ zentral auf einem Server. Zukünftig wird es auch möglich sein, Edge-Nodes direkt in der Cloud zu installieren, falls dies notwendig sein sollte.
