CWMC Insights 2020|11 - Technische Grundlagen zur Industrie 4.0 Umsetzung

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PRODUKTIVITÄT INTELLIGENT MAXIMIEREN.©
CWMC INSIGHTS 2020|11
TECHNISCHE GRUNDLAGEN ZUR INDUSTRIE 4.0 UMSETZUNG

23.07.20202CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 ©
EXECUTIVE SUMMARY
Sehr geehrte Damen und Herren,
Das Themenspektrum im Bereich Industrie 4.0 ist sehr umfassend und wurde über die letzten Jahre noch komplexer.
Alleine die Darstellung der unterschiedlichsten Normen, Richtlinien und Standards zeugt von einer eigenständigen
umfangreichen Landkarte.
Um den technischen Einstieg zu vereinfachen, stellen wir in den kommenden Folien die wichtigsten Konzepte dar:
das Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0), das Konzept der Manufacturing Execution Systeme (MES)
sowie OPC Unified Architecture (OPC UA). Diese Übersicht veranschaulicht ein erstes Big Picture, das gerne als
Startpunkt genutzt werden kann, um die eigenen Anforderungen und Architekturen zu konzipieren und definieren.
Für Fragen, Anmerkungen und sonstige Anregungen stehen wir Ihnen herzlich gerne zur Verfügung.
Mit den besten Wünschen
Christian Wild
Executive Senior Managing Partner

INHALT
1 Referenzarchitekturmodell RAMI 4.0
2 Manufacturing Execution Systeme (MES)
3 OPC Unified Architecture (OPC UA)

INHALT

EINFÜHRUNG RAMI 4.0
Mit dem Referenzarchitekturmodell Industrie
4.0 (RAMI 4.) werden alle Bereiche der
Produktion in einem Modell zusammengefasst
und integriert.
Quelle: CWMC Analyse

ÜBERSICHT REFERENZARCHITEKTURMODELL INDUSTRIE 4.0 (RAMI 4.0)
Quelle: CWMC Analyse, ZVEI
Business
Functional
Information
Communication
Integration
Asset
Development Maintenance
Usage
Type
Production Maintenance
Usage
Instance
Connected World
Enterprise
Work Centers
Station
Control Device
Field Device
Product
Life Cycle & Value Stream
IEC 62890
Hierarchy Levels
IEC 62264 / IEC 61512
Layers

ÜBERSICHT RAMI 4.0
Business
Functional
Information
Communication
Integration
Asset
Usage
Type
Usage
Instance
Connected World
Enterprise
Work Centers
Station
Control Device
Field Device
Product
Hierarchy Levels
IEC 62264 / IEC 61512
Layers
IEC 62890

ÜBERSICHT RAMI 4.0 | DIE SCHICHTEN
Abbildung Geschäftsmodell und Geschäftsprozesse, Sicherstellung Wertschöpfungskette, Rechtliche
Rahmenbedingungen
Geschäftsschicht
Beschreibung und Definition der Funktionen, Horizontale Integration der Funktionen, Definition Regeln und
Entscheidungslogiken
Funktionsschicht
Ausführung ereignisbezogener Regeln sowie Laufzeitumgebung für deren Verarbeitung, Daten persistieren und
konsistente Datenintegration, Gewinnung neuer höherwertigen Daten, Bereitstellung der Daten
Informationsschicht
Einheitliches Datenformat, Einheitliche Kommunikation, Bereitstellung von Diensten zur Steuerung der
Integrationsschicht
Kommunikations-
schicht
Bereitstellung Informationen für Hard- und Software sowie Dokumente, Integration IT Elemente wie RFID, Sensoren,
HMI etc.
Integrationsschicht
Darstellung der physischen Realität inklusive Mensch („anfassen“), Verbindung zur IntegrationsschichtGegenstands-
schicht

ÜBERSICHT RAMI 4.0
Business
Functional
Information
Communication
Integration
Asset
Usage
Type
Usage
Instance
Connected World
Enterprise
Work Centers
Station
Control Device
Field Device
Product
Hierarchy Levels
IEC 62264 / IEC 61512
Layers
IEC 62890

ÜBERSICHT RAMI 4.0 | LEBENSZYKLUS UND WERTSCHÖPFUNG
Lebenszyklus eines Produkts
Produktentwicklung Produktion des Produkts
„Typ“ „Instanz“
▪ Von der Idee zur Produktentwicklung
▪ Nach erfolgreichen Tests und Freigabe
wird dieser Typ zur Produktion
freigegeben
▪ Auf Basis eines Typs wird das Produkt in
der Produktion hergestellt
▪ Jedes hergestellte Produkt ist eine
Instanz dieses Typs
▪ Kontinuierliche Verbesserungen oder
Innovationen können zu
Instanzveränderungen und damit
wieder zu neuen Produkten führenQuelle: CWMC Analyse

ÜBERSICHT RAMI 4.0
Business
Functional
Information
Communication
Integration
Asset
Usage
Type
Usage
Instance
Connected World
Enterprise
Work Centers
Station
Control Device
Field Device
Product
IEC 62890
Hierarchy Levels
IEC 62264 / IEC 61512
Layers

ÜBERSICHT RAMI 4.0 | HIERARCHIEEBENEN
Work Center
Station
Control Device
Field Device
Product
Enterprise
Connected World
Work Center
Station
Control Device
Field Device
Product
Work Center
Station
Control Device
Field Device
Product
Work Center
Station
Control Device
Field Device
Product
Work Center
Station
Control Device
Field Device
Product

ÜBERSICHT RAMI 4.0 | DAS KONZEPT DER VERWALTUNGSSCHALE
Physisch real Digitales Abbild
Alle wesentlichen Eigenschaften sind in der Verwaltungsschale gespeichert (zum Beispiel
Gewicht, Größe, Konfigurationsparameter etc.). Die Verwaltungsschale ist auch in die
vernetzte Produktion eingebunden und somit ebenfalls als Kommunikationsschnittstelle zu
sehen.

INHALT

EINFÜHRUNG MES
Das Fertigungsmanagementsystem (MES) dient zur
steuernden Durchsetzung einer bestehenden
Produktionsplanung sowie der Rückmeldung aus
den Produktionsprozessen.

MES IN DER AUTOMATISIERUNGSPYRAMIDE
Planhorizont
Aggregationsniveau
ERP
ME
OPC
Horizontale Integration
SAP® PP, MM,
SCM, EWM, etc.
SAP® ME, MPDV®,
ProLeit® etc.
PLC (SPS),
MDC
Vertikale
Integration
Hoch
Mittel
Niedrig
Monate -
Jahr
Tage -
Woche
Sekunden -
Stunden

MES FUNKTIONALITÄTEN UND AUFGABEN GEMÄß VDI-RICHTLINIE 5600
MES
Feinplanung und
-steuerung
Betriebs-
management
Material-
management
Personal-
management
Qualitäts-
management
Datenerfassung und
-verteilung
Leistungsanalyse
Informations-
management

RELEVANTE STANDARDS UND NORMEN FÜR MES
Manufacturing
Execution Systeme
(MES)
IEC/EN 62264
Integration von Unternehmensführungs- und
Leitsystemen
VDI Richtlinie 5600
Fertigungsmanagementsysteme (MES)
VDMA Einheitsblatt 66412-10
Manufacturing Execution Systems – Daten für
Fertigungskennzahlen
Namur Arbeitsblatt 94
MES: Funktionen und Lösungsbeispiele der
Betriebsleitebene

3 GRUNDSÄTZLICHE MES FORMEN
Variante 1
ERP
MES
Shop Floor
„Ursprüngliche“ MES-
Lösung
Variante 2
ERP &
Integrierte
MES-
Funktionen
Shop Floor
MES-Lösung als ERP-
Bestandteil
Variante 3
ERP
MES &
Shop Floor
MES-Lösung inkl.
Prozessautomatisierung

EINORDNUNG MES INNERHALB VON RAMI 4.0
Functional
Information
Communication
Integration
Asset
Usage
Type
Usage
Instance
Enterprise
Work Centers
Station
Life Cycle Value Stream
IEC 62890
Hierarchy Levels
IEC 62264 / IEC 61512

INHALT

EINFÜHRUNG OPC UA
OPC UA steht für Open Platform Communications
Unified Architecture und definiert einen
plattformunabhängigen Standard zum
Datenaustausch in einer
Service-Orientierten Architektur
(SOA).

OPC UA SPEZIFIKATIONEN (IEC62541)
Quelle: CWMC Analyse, OPC UA
Core Specifications
Part 1 - Concepts
Part 2 – Security Model
Part 3 – Address Space Model
Part 4 – Services
Part 5 – Information Model
Part 6 – Service Mappings
Part 7 – Profiles
Access Type Specifications
Part 8 – Data Access
Part 9 – Alarms & Conditions
Part 10 - Programs
Part 11 – Historical Access
Utility Type Specifications
Part 12 – Discovery
Part 13 – Aggregates

OPC UA INFORMATION MODEL
Vendor Specific Extensions
Companion Information Models
(Robots, CNC Machines etc.)
Core Information Models
(Analog Data, Alarms, State Machines, File Transfer etc.)
Information Model Building Blocks
(Meta Model)
Information Model Access
Browse and Access Data and Semantics
Execute Methods, Configure
Data and Event Notifications
Client-Server Pub-Sub
Use Case specific Protocol Mappings

23.07.202025CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG © 2020
DER WEG MIT OPC UA FÜR DIE INDUSTRIE 4.0-KOMMUNIKATION
Transport Transport
Sicherheit
Transport
Sicherheit
Informationszugriff
Transport
Sicherheit
Informationszugriff
Companion
Spezifikationen
Transport
Sicherheit
Informationszugriff
Companion
Spezifikationen
Erweitertes Informations-
modell
IP-Kommunikation
Netzwerk aufbauen und
konfigurieren
Zertifikate und Zugriffsrechte
Certificate Authority Dienste: Browse, Read,
Write, Method, Call etc.
Basismodelle: Data Access,
Alarms & Conditions
Device Integration
Objekte & Typen:
Variablen, Methoden etc.
Kommunikation
konfigurieren
Informationen modellieren
EUROMAP 77,
PackML/ISA95, MTConnect..
AutomationML, PLCopen,
Field Device Integration
AutoID
Differenzierungsmerkmale

23.07.202026CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG © 2020
OPC UA KOMMUNIKATIONSARTEN
Device 1
OPC UA Client
Device 2
OPC UA Server
Device 3
OPC UA Server
Device 4
OPC UA Server
Request Subscription
Response Notify
Condition Monitoring Optimierung
Subscriber Subscriber
Publisher
Message Oriented
Infrastructure
DataSetWriter
DataSet
OPC UA Anwendung
Objekte der Anwendung
Informationsmodell

EINORDNUNG OPC UA IN RAMI 4.0
Business
Functional
Information
Communication
Integration
Asset
Usage
Type
Usage
Instance
Connected World
Enterprise
Work Centers
Station
Control Device
Field Device
Product
IEC 62890
Hierarchy Levels
IEC 62264 / IEC 61512
Layers

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