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

1. BERLIN FRANKFURT AM MAIN HAMBURG KÖLN LEIPZIG MÜNCHEN STUTTGART WIEN ZÜRICH PRODUKTIVITÄT INTELLIGENT MAXIMIEREN.© CWMC INSIGHTS 2020|11 TECHNISCHE GRUNDLAGEN ZUR INDUSTRIE 4.0 UMSETZUNG

2. 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

3. 23.07.20203CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © INHALT 1 Referenzarchitekturmodell RAMI 4.0 2 Manufacturing Execution Systeme (MES) 3 OPC Unified Architecture (OPC UA)

5. 23.07.20205CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © 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

6. 23.07.20206CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © 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

7. 23.07.20207CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © ÜBERSICHT RAMI 4.0 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 Hierarchy Levels IEC 62264 / IEC 61512 Layers Life Cycle & Value Stream IEC 62890 Quelle: CWMC Analyse, ZVEI

8. 23.07.20208CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © 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 Quelle: CWMC Analyse

9. 23.07.20209CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © ÜBERSICHT RAMI 4.0 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 Hierarchy Levels IEC 62264 / IEC 61512 Layers Life Cycle & Value Stream IEC 62890 Quelle: CWMC Analyse, ZVEI

10. 23.07.202010CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © 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

11. 23.07.202011CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © ÜBERSICHT RAMI 4.0 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 Quelle: CWMC Analyse, ZVEI

12. 23.07.202012CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © ÜBERSICHT RAMI 4.0 | HIERARCHIEEBENEN Quelle: CWMC Analyse 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

13. 23.07.202013CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © 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. Quelle: CWMC Analyse

15. 23.07.202015CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © EINFÜHRUNG MES Das Fertigungsmanagementsystem (MES) dient zur steuernden Durchsetzung einer bestehenden Produktionsplanung sowie der Rückmeldung aus den Produktionsprozessen. Quelle: CWMC Analyse

16. 23.07.202016CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © MES IN DER AUTOMATISIERUNGSPYRAMIDE Quelle: CWMC Analyse 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

17. 23.07.202017CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © MES FUNKTIONALITÄTEN UND AUFGABEN GEMÄß VDI-RICHTLINIE 5600 Quelle: CWMC Analyse MES Feinplanung und -steuerung Betriebs- management Material- management Personal- management Qualitäts- management Datenerfassung und -verteilung Leistungsanalyse Informations- management

18. 23.07.202018CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © RELEVANTE STANDARDS UND NORMEN FÜR MES Quelle: CWMC Analyse 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

19. 23.07.202019CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © 3 GRUNDSÄTZLICHE MES FORMEN Quelle: CWMC Analyse 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

20. 23.07.202020CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © EINORDNUNG MES INNERHALB VON RAMI 4.0 Functional Information Communication Integration Asset Development Maintenance Usage Type Production Maintenance Usage Instance Enterprise Work Centers Station Life Cycle Value Stream IEC 62890 Hierarchy Levels IEC 62264 / IEC 61512 Quelle: CWMC Analyse

22. 23.07.202022CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © 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). Quelle: CWMC Analyse

23. 23.07.202023CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © 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

24. 23.07.202024CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © OPC UA INFORMATION MODEL Quelle: CWMC Analyse, OPC UA 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

25. 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 Quelle: CWMC Analyse

26. 23.07.202026CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG © 2020 OPC UA KOMMUNIKATIONSARTEN Quelle: CWMC Analyse, OPC UA 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

27. 23.07.202027CWMC - CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG 2020 © EINORDNUNG OPC UA IN RAMI 4.0 Quelle: CWMC Analyse 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

28. CWMC – CHRISTIAN WILD MANAGEMENT CONSULTANTS UG RHEINSTRAßE 44 76467 BIETIGHEIM WWW.CWMC.BEST KONTAKT@CWMC.BEST +49 7245 9473443 PRODUKTIVITÄT INTELLIGENT MAXIMIEREN.© BERLIN FRANKFURT AM MAIN HAMBURG KÖLN LEIPZIG MÜNCHEN STUTTGART WIEN ZÜRICH

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