Einen sinnvollen Ansatz für die Entwicklung einer erfolgreichen Automatisierungsstrategie bietet die sogenannte Automatisierungspyramide, mit der sich die generelle Kommunikationsstruktur einer automatisierten Produktion darstellen lässt.
Was ist die Automatisierungspyramide?
Die Automatisierungspyramide wird verwendet, um Techniken und Systeme in der Leittechnik einzuordnen und die verschiedenen Ebenen innerhalb der industriellen Fertigung darzustellen. Ihr Aufbau kann von Unternehmen zu Unternehmen unterschiedlich sein. In der Literatur finden sich mehr als 25 Ausführungen, die sich in der Anzahl und der Benennung der Ebenen unterscheiden.
Welche Ebenen umfasst die Automatisierungspyramide?
Meist wird die Pyramide in fünf oder sechs Ebenen unterteilt. Die Basis (Ebene 0) bildet die Prozessebene mit Sensoren und Aktoren, die Daten liefern und Befehle ausführen. Bei Demig fassen wir diese Ebene 0 mit Ebene 1 zusammen. Die Ebenen sind demnach:
- Ebene 1 – Feld- bzw. Prozessebene: Sammelt Daten, in der Regel von Sensoren, und schickt diese an Aktoren
- Ebene 2 – Steuerungsebene: Steuert den Produktionsprozess, indem die Sensordaten ausgewertet und Befehle erteilt werden (z. B. PLC-Controller)
- Ebene 3 – Prozessleitebene: Beobachten und Bedienen, Rezeptverwaltung über das Prozessmanagementsystem (z. B. SCADA),
- Ebene 4 – Betriebsleitebene: Produktionsfeinplanung, Qualitätsmanagement, Datenerfassung, Materialverwaltung, KPI-Erfassung (z. B. MES)
- Ebene 5 – ERP (Produktionsgrobplanung, Bestellabwicklung)
Manchmal werden die ERP-Ebene und die Betriebsleitebene zur Managementebene zusammengefasst. Zum Teil entfallen die Ebenen 0 und/oder 5, weil sie nicht benötigt werden.
Wie können Unternehmen von der Umsetzung der Automatisierungspyramide profitieren?
Die Pyramide ist ein wichtiges Element zur Planung und Visualisierung von Automatisierungsprojekten in der Industrie. Sie schlägt eine Brücke zwischen den technischen Prozessen eines Unternehmens und den darüber befindlichen Geschäftsprozessen und beschreibt den Weg der Daten von der Fertigung bis hin zum ERP. So ist es jederzeit möglich, die geplante mit der tatsächlich erbrachten Leistung zu vergleichen – ein wichtiger Schritt hin zur transparenten Fabrik. Ebenso können Produkte, Aufträge und Programme, unter Umständen auch Materialien, bestimmten Maschinen und Anlagen zugeordnet und an diese gesendet werden.
Welche Herausforderungen stellen sich bei der Umsetzung der Automatisierungspyramide und wie lassen sie sich bewältigen?
Viele an der Pyramide beteiligte Systeme im Unternehmen sind historisch gewachsen. Dadurch ist es nicht immer möglich, Daten störungs- und verlustfrei durchzureichen. Medienbrüche spielen dabei ebenso eine Rolle wie eine nicht durchgängige Architektur.
Hinzu kommt, dass die Systeme, welche die Automatisierungspyramide abbilden, relativ träge sind. Je mehr Daten sich in Richtung der Spitze bewegen, desto enger wird der Verkehr und entsprechend stärker werden Entscheidungsprozesse ausgebremst. Damit bleibt auch die Effizienz der Produktion auf der Strecke. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass es schon bei kleinen Störungen zu einem Datenstau kommt, der das gesamte System lahmlegt.
Ein Lösungsansatz hierfür ist, die klassische starre Automatisierungspyramide zugunsten eines wesentlich flexibleren Netzwerks aufzubrechen. Der Trend geht beispielsweise dahin, ERP- und MES-Systeme zusammenwachsen zu lassen und dadurch Medienbrüche zu vermeiden. Ein weiter Weg wäre die Vereinheitlichung von Kommunikationsschnittstellen zwischen Maschinen oder Maschinen und Softwaresystemen, um Informationen einfacher und ohne Konversion weiterreichen zu können.
Den Chargen können Warenbegleitkarten beigelegt werden, welche einen QR oder Barcode für die Initialisierung der einzelnen Fertigungsprozessschritte haben. Durch Einscannen eines neuen Fertigungsschrittes werden zum Beispiel direkt Verfahrensprogramme an die möglichen Wärmebehandlungsanlagen versendet.
Welche Technologien und Leistungen bietet Demig für die verschiedenen Ebenen der Automatisierungspyramide an?
- Demig bietet einen umfassenden Ansatz, um alle Ebenen miteinander zu verbinden. Obwohl wir keine direkten Sensoren oder Aktoren anbieten, ermöglichen unsere I/O-Systeme die Erfassung und Steuerung nahezu aller Elemente auf der Feldebene. Dadurch gewährleisten wir einen reibungslosen Ablauf und eine umfassende Dokumentation für die Prozessregler auf der Steuerungsebene (Ebene 2).
- Unser Prozessleitsystem auf der Prozessleitebene (Ebene 3) dient nicht nur der Verwaltung der einzelnen Anlagen, sondern bereitet auch die Daten für andere Systeme auf und leitet sie bei Bedarf weiter. Auf diese Weise kann unsere Automatisierungssoftware (Ebene 4) die einzelnen Anlagen zu einer komplexen Einheit zusammenführen.
- Darüber hinaus ermöglicht unsere Auftragsmanagementsoftware (Ebene 4) oder prosys/2 eine bidirektionale Kommunikation mit dem ERP-System.
- In vielen Fällen kann unser Auftragsmanagement sogar als eigenständiges ERP-System genutzt werden (Ebene 5).