Perspektiven der Smart Factory Das CPS-Netzwerk wird die klassische Automatisierungspyramide ersetzen

In einer smarten Zukunft wird sich die Produktions- und Logistiklandschaft gravierend verändern. Das führt sogar dazu, die klassische Automatisierungspyramide mit zentraler SPS zu ersetzen. Eine neue Demoanlage auf der Hannover Messe zeigt dies bereits.

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Im Jahr 1965 prophezeite Gordon Moore, dass sich die Anzahl an Transistoren pro Flächeneinheit auf einem Computerchip alle 12 Monate (später korrigiert auf 24 Monate) verdoppeln werde. Seit fast 50 Jahren beobachten wir entlang des Mooreschen Gesetzes eine Miniaturisierung und die Verbreitung von Elektronik in alle Lebensbereiche. Aus Handys werden Smartphones, Häuser und Autos werden smart, Konsumenten komponieren Ihr individuelles „smartes“ Produkt direkt am Bildschirm. Mit dem Klick auf den Bestell-Knopf erfolgt dessen „digitale Geburt“. Erst nachdem entschieden wurde, in welcher Fabrik die Produktion erfolgen soll, entsteht die physische Entsprechung.

Seit vielen Jahren steigt die Automatisierungstiefe im Produktionsprozess. In Europa werden qualifizierte Arbeiter zunehmend durch voll automatisierte Maschinen und Roboter ersetzt. Gleichzeitig verlieren die asiatischen Länder mit steigendem Lebensstandard ihren Produktionsvorteil, der bisher von der Verfügbarkeit billiger Arbeitskräfte vor Ort abhing.

Wenn ein Konsument heute seinen selbst-kreierten Schuh bestellt, dann erfolgt die Produktion - als CAD Zeichnung nach Asien übermittelt - vielleicht am gleichen Tag. Auf die Lieferung muss er aber vier bis sechs Wochen warten – die Dauer einer Schiffsfracht von Asien nach Europa.

Kleinere intelligente Fabriken in der Nähe des Konsumenten

In Zukunft wird die Produktion in kleineren, intelligenten Fabriken in der Nähe des Konsumenten erfolgen. Und was der Kunde an einem Tag bestellt, wird am nächsten Tag von Drohnen oder Robotern geliefert. Auf die Klick-Bestellung folgt in der smarten Zukunft die Entscheidung, in welcher auf Losgröße Eins ausgerichteten Fabrik produziert wird - im Normalfall in der, die in nächster Nähe zur Besteller-Adresse liegt.

Physische und virtuelle Welt verknüpfen sich

Mit der Speicherung der bis dahin nur virtuell vorhandenen Daten – z.B. auf einem RFID-Chip - erfolgt die „physische Geburt“. Der Chip wird ab diesem Moment nicht nur den Produktionsprozess steuern sondern auch die digitale Durchgängigkeit des Engineerings über die gesamte Wertschöpfungskette ermöglichen.

Neben horizontaler und vertikaler Integration ist dies eines der drei Charakteristika von Industrie 4.0. Die Verknüpfung von physischer und virtueller Welt mittels Sensoren, Steuerungen, und Aktoren ist das Hauptmerkmal Cyber-Physischer Systeme (CPS). Nach Mechanisierung (1), Elektrifizierung (2) und Informatisierung (3), findet die industrielle (R)Evolution (4) (Industrie 4.0) statt; mit der Vernetzung von CPS als Haupt-Charakteristikum.

Demoanlage der Initiative Smart Factory auf der HMI

In der Smart Factory werden Produktionsmodule, die sich je nach Bedarf in Quantität und Qualität unterscheiden, auf Basis eines von Plug and Play abgeleiteten Plug and Produce Modells bereitgestellt. Die klassische Automatisierungspyramide mit zentraler SPS wird durch ein OPC UA-basiertes CPS-Netzwerk ersetzt. Die neue Demoanlage der Initiative Smart Factory auf der diesjährigen Hannover Messe ist entlang eines solchen Funktionsprinzip konzipiert, wobei jedes Modul den Austausch durch die Bereitstellung eines OPC UA Server oder -Client ermöglicht.

* Peter Seeberg ist Market Segment Manager Factory Automation bei der Softing Industrial Automation GmbH. Er sitzt im OPC Europe Advisory Council und vertritt Softing bei der Smart Factory in Kaiserslautern sowie beim Arbeitskreis Industrie 4.0 Interoperabilität der Bitkom.

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