Anwendungsbeispiel: Maschinendaten aus mehreren Werken zentral einsehen

Stellen wir uns ein Fertigungsunternehmen mit Produktionsbereichen an verschiedenen Standorten vor. Vor der Besprechung zur Produktionsabstimmung muss die verantwortliche Person bei jedem Werk den Maschinenstatus und den Produktionsfortschritt erfragen: Manche schicken Fotos von Maschinenbildschirmen, andere manuell ausgefüllte Tabellen, wieder andere warten noch auf eine Rückmeldung aus der Fertigung. Bis alle Informationen vorliegen, kann sich der auf den Bildern gezeigte Status längst geändert haben.

Das Problem ist nicht nur die Entfernung zwischen den Werken, sondern auch der fehlende gemeinsame Zugang zu den Informationen. Industrielle intelligente Gateways in den einzelnen Werken können Maschinendaten erfassen und an eine gemeinsame Plattform übermitteln. So lassen sich zunächst Status und Zählerwerte der angebundenen Maschinen zentral einsehen, bevor konkrete Fragen mit dem jeweiligen Standort geklärt werden. Das Gateway stellt die Daten bereit; die Plattform bereitet die Informationen aus den verschiedenen Werken in nutzbaren Ansichten auf.

Zunächst die benötigten Daten in jedem Werk erschließen

Es müssen nicht gleich zu Beginn sämtliche Maschinenparameter in die Zentrale übertragen werden. Für die tägliche Abstimmung können zunächst Maschinenkennungen, Betriebszustände, vorhandene Alarmmeldungen und für die Produktionsauswertung geeignete Zählerwerte ausgewählt werden.

Die industriellen intelligenten Gateways von Woody unterstützen die Datenerfassung bei verschiedenen gängigen PLC/CNC-Systemen. Die zuständigen Fachkräfte prüfen in jedem Werk das konkrete Maschinenmodell, die Schnittstellen, Protokolle und Leseberechtigungen. In der Web-Verwaltungsoberfläche des Gateways konfigurieren sie passende Treiber, Kommunikationsparameter und Datenpunkte und gleichen die gelesenen Werte anschließend mit der Maschinenanzeige oder der Logik vor Ort ab.

Ein Bearbeitungszentrum kann beispielsweise die Anzahl der Bearbeitungszyklen bereitstellen, nicht aber die Anzahl der Gutteile. Ob dieser Wert für eine Auswertung der Produktionsmenge geeignet ist, muss anhand der Maschinensignale und der vor Ort geltenden Zählweise geklärt werden. Ein erfasster Zahlenwert darf nicht einfach in „Produktionsmenge“ umbenannt werden.

Das Gateway-Modell wird anhand der Schnittstellen und Netzwerkbedingungen vor Ort gewählt. Auch bei einem Einsatz in mehreren Werken ist nicht zwingend überall dasselbe Hardwaremodell erforderlich. Zunächst sollten die Schlüsseldaten korrekt erfasst werden; danach lässt sich der Umfang der Anbindung schrittweise erweitern.

Dasselbe Feld braucht dieselbe Bedeutung

Bei einer werksübergreifenden Ansicht fehlt häufig nicht einfach ein weiteres Diagramm. Vielmehr haben gleich benannte Felder unterschiedliche Bedeutungen. In einem Werk steht „In Betrieb“ für die automatische Bearbeitung, in einem anderen möglicherweise nur dafür, dass die Maschine eingeschaltet ist. Werden beide Werte in derselben Spalte angezeigt, kann das zu Fehlinterpretationen führen.

Vor der Anbindung sollten Werkskennungen, Maschinenkennungen, Statusdefinitionen, Zählweisen, Einheiten und Erfassungszeiten gemeinsam festgelegt werden. Maschinenkennungen müssen innerhalb des vereinbarten Geltungsbereichs eindeutig sein. Zustände, die sich nicht zuordnen lassen, sollten nicht in eine unpassende Kategorie gezwängt, sondern ausdrücklich als „Unbekannt“ oder „Zu klären“ angezeigt werden.

Für Schicht- oder Tagesauswertungen müssen zudem Zeitzonen, Schichtgrenzen und der Umgang mit zurückgesetzten Zählern festgelegt werden. Zählerwerte verschiedener Arbeitsschritte und Produkte dürfen nicht einfach addiert und als Gesamtproduktion des Konzerns ausgegeben werden. Diese Geschäftsregeln müssen in der zugehörigen Plattform konfiguriert oder durch Entwicklung umgesetzt werden.

Das Gateway veröffentlicht Daten, die Plattform strukturiert die Ansicht

Nach der Datenerfassung vor Ort können die Gateways der einzelnen Werke die Daten beispielsweise über MQTT oder HTTP/HTTPS nach den Vorgaben der empfangenden Plattform veröffentlichen. Dafür sind die Plattformadresse, Authentifizierungsdaten, Topics oder Schnittstellenpfade sowie die Feldzuordnung zu konfigurieren. Welches Protokoll konkret verwendet wird, richtet sich nach den von beiden Seiten unterstützten Schnittstellen.

Die Zuständigkeiten innerhalb dieser Datenkette müssen klar getrennt bleiben:

• Die Maschinen liefern Rohsignale: Sie stellen lesbare Daten wie Zustände, Zählerwerte und Alarmmeldungen bereit.
• Die Gateways der einzelnen Werke erfassen und veröffentlichen Daten: Sie lesen die konfigurierten Datenpunkte und übertragen sie im vereinbarten Format.
• Die gemeinsame Plattform stellt die fachlichen Ansichten bereit: Sie setzt Werksfilter, Maschinenlisten, historische Abfragen sowie die benötigten Auswertungsregeln und Berechtigungseinstellungen um.

Als Plattform kann ein vorhandenes System oder eine separat aufgebaute Anwendung dienen. Dass das Gateway Daten veröffentlichen kann, bedeutet nicht, dass bereits ein Dashboard für mehrere Werke mitgeliefert wird. Die Empfangsschnittstellen und Anzeigefunktionen der Plattform müssen weiterhin eingerichtet beziehungsweise umgesetzt werden.

Erst die Aktualisierungszeit prüfen, dann den Maschinenstatus

Zurück zur Besprechung zur Produktionsabstimmung: Nach der Anbindung und Einrichtung der Ansichten kann die verantwortliche Person zunächst die Maschinenlisten nach Werk aufrufen. Sie erkennt, welche Maschinen in Betrieb sind und bei welchen vorhandene Alarmmeldungen vorliegen, und klärt die Situation anschließend mit dem jeweiligen Standort. Um einen einzelnen Status zu erfahren, müssen nicht mehr erst Bildschirmfotos aus jedem Werk zusammengetragen werden.

Die Anzeige „In Betrieb“ bedeutet allerdings nicht automatisch, dass die Daten aktuell sind. Die Plattform sollte auch die Aktualisierungszeit anzeigen und anhand vereinbarter Schwellenwerte veraltete Daten oder Kommunikationsstörungen kennzeichnen. So wird der zuletzt empfangene Status nicht mit dem aktuellen Zustand vor Ort verwechselt. Diese Hinweise müssen auf der Plattform konfiguriert oder durch Entwicklung umgesetzt werden.

Das Gateway unterstützt die Offline-Zwischenspeicherung und die Wiederaufnahme unterbrochener Übertragungen. Damit lassen sich Daten nach Wiederherstellung der Netzwerkverbindung nachliefern. Im konkreten Einsatz müssen jedoch die Konfiguration, der verfügbare Speicher und das Verhalten der Veröffentlichungskette geprüft werden; eine verlustfreie Datensicherung bei jeder Art von Unterbrechung wird nicht zugesichert. Wenn historische Aufzeichnungen benötigt werden, sollten bereits bei der Anbindung die Zeitstempel der Erfassung und deren Verarbeitung auf der Plattform festgelegt werden, damit nachgelieferte Datensätze von aktuellen Daten unterschieden werden können. Das Nachliefern schließt die Lücke in der einsehbaren Information während des Netzwerkausfalls nicht.

Auch wenn eine Maschine stillsteht, lässt sich allein aus diesem Status nicht auf eine Störung oder Materialmangel schließen. Die zentrale Ansicht liefert Anhaltspunkte für die Rücksprache mit dem Standort. Die Ursache des Stillstands muss weiterhin anhand von Alarmmeldungen, Rückmeldungen vor Ort oder einer zusätzlich eingerichteten Ursachenerfassung geklärt werden.

Vor der Anbindung klären

• In jedem Werk Maschinenmodelle, Protokolle, Schnittstellen, Leseberechtigungen und verfügbare Daten prüfen. Die Unterstützung einer Marke bedeutet nicht, dass alle ihre Modelle unterstützt werden.
• Werks- und Maschinenkennungen, Statusdefinitionen, Zählerbedeutungen, Einheiten, Zeitstempel und Auswertungsregeln aufeinander abstimmen und den Umgang mit fehlerhaften oder auffälligen Daten festlegen.
• Netzwerkzugang der einzelnen Werke, Empfangsschnittstellen der Plattform und Authentifizierungsverfahren prüfen. Nach den Vorgaben der empfangenden Seite unterstützte verschlüsselte Verbindungen nutzen und Zugangsdaten sowie Zugriffsrechte konfigurieren.
• Erfassungsintervalle und Kommunikationslast mit den Wartungsverantwortlichen vor Ort abstimmen. Plattformansichten, Berechtigungen, historische Aufzeichnungen und Hinweise auf veraltete Daten umsetzen sowie Zwischenspeicherung und Aufbewahrung historischer Daten anhand der tatsächlich verfügbaren Speicherressourcen planen.

Die hier beschriebene Lösung liest und veröffentlicht ausschließlich Maschinendaten. Sie umfasst weder das ferngesteuerte Starten oder Stoppen noch das Schreiben von Parametern oder das Herunterladen von Programmen auf Maschinen. Auch eine Grid-Vernetzung mehrerer Gateways ist keine Voraussetzung für die werksübergreifende zentrale Ansicht.

Mit den Informationen beginnen, die in einer Abstimmung wirklich gebraucht werden

Für den Einstieg eignen sich Informationen, die in den Werken täglich wiederholt erfragt werden und tatsächlich aus den Maschinen gelesen werden können. Wählen Sie eine Gruppe wichtiger Daten aus, vereinheitlichen Sie deren Bedeutung und zeitliche Bezugsgrößen und lassen Sie die Plattformansichten von den Menschen prüfen, die sie im Alltag nutzen.

So bedeutet eine zentrale Ansicht mehr, als Zahlen aus verschiedenen Werken auf einem Bildschirm zusammenzustellen. Sie liefert zunächst nachvollziehbare Informationen, deren Aktualität sich beurteilen lässt. Damit kann die verantwortliche Person konkrete Fragen an den jeweiligen Standort richten. Der Austausch mit den Teams vor Ort bleibt wichtig, muss aber nicht jedes Mal mit dem erneuten Sammeln von Bildschirmfotos beginnen.