Information Unlimited Magazin – Spezial AUTOMOTIVE by COPA-DATA

S P E ZI A L AU S G A B E

2020

DA S M AGA ZIN VON COPA-DATA

SPEZIAL AU TOMOT I V E

produc t s & serv ices

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S ERVI C E G R I D

FAQs

Was Sie schon immer über das zenon Service Grid wissen wollten Damit wird das Internet of Things für die Industrie zum Kinderspiel

Das zenon Service Grid vervollständigt die Softwareplattform vor allem für verteilte Anwendungen. Wo liegen die konkreten Vorteile dieser Softwareergänzung, wieso ist das zenon Service Grid ideal für landesoder weltweit verteilte Anlagen geeignet, wie realisiert es die Verbindung zwischen OT- und IT-Netzwerk im Unternehmen, auf welche Weise wird es installiert und welche Lizenzmodelle gibt es? Die Antworten auf diese und viele weitere Fragen finden Sie hier. Soll das zenon Service Grid die zenon Runtime, zenon Logic und den zenon Analyzer ablösen? Nein. Das zenon Service Grid erweitert die Plattform in Richtung Internet of Things (IoT). Es ist kein eigenständiges Produkt, sondern ein IoT-Upgrade der Softwareplattform zenon für ganz neue Anwendungsfälle. Das zenon Service Grid wurde nach aktuellen Best Practices und State-of-theArt-Ansätzen der Softwareentwicklung konzipiert. Hier kommen Architekturkonzepte wie Microservices zum Einsatz. Es gibt also mehrere einzelne Softwarekomponenten, die im Zusammenschluss eine große, skalierbare Anwendung ergeben. So erreichen Sie durch Verteilung der Komponenten eine effiziente Ressourcennutzung der vorhandenen Hardware. Was sind die Hauptvorteile im Vergleich zu anderen IoT-Lösungen? Mit dem zenon Service Grid können Sie in einer integrierten Lösung die Daten aus verteilten Standorten überwachen.

Damit erlaubt Ihnen die Softwareplattform zenon, innerhalb eines Systems Daten von der Feldbusebene bis hin zur Cloud durchgängig zu übertragen. Die zentrale Entwicklungsumgebung erleichtert das Projektieren und reduziert den Gesamtaufwand. Durch die Abwärtskompatibilität können auch Bestandsprojekte einfach in das Gesamtsystem eingebunden werden. Wie unterstützt das Service Grid die Absicherung des OT-Netzwerks? Das zenon Service Grid arbeitet ausschließlich mit unidirektionalem Verbindungsaufbau. Alle Nodes benutzen ausgehende Verbindungen, um mit dem Service Hub zu kommunizieren, also auch die zenon Runtime. Die Kommunikation ist per Transport Layer Security (TLS) verschlüsselt und die Identität der Teilnehmer wird durch digitale Zertifikate sichergestellt.

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Für welche Anwendungsfälle ist das Service Grid besonders geeignet? Im Vordergrund steht vor allem die einfache Verbindung von geografisch verteilten zenon Installationen – etwa bei internationalen Produktionsstandorten oder in der Stromerzeugung. Die gesammelten Produktionsdaten können Sie dabei an einer zentralen Stelle wie in einem Control Center mit Hilfe der zenon Runtime oder der HTML Web Engine visualisieren. Ein weiteres Szenario ist der Einsatz als Security Gateway zwischen OT- und IT-Netzwerken, um Daten von der Feldebene an Drittsysteme in der IT-Landschaft zu übergeben. Lesen Sie hierzu bitte auch den vorherigen Artikel, in dem weitere konkrete Beispiele genannt werden. Soll das Service Grid das zenon Netzwerk ersetzen? Nein, das zenon Service Grid und das zenon Netzwerk können und sollen parallel existieren und je nach Anwendungsfall verwendet werden. Wo ist das zenon Netzwerk weiterhin sinnvoll? Das zenon Netzwerk wird innerhalb eines Werks im Bereich der OT zur Synchronisierung von Runtimes untereinander verwendet. Das zenon Service Grid kommt dagegen üblicherweise für WAN-Verbindungen über große Distanzen zum Einsatz, um ausgewählte Daten der zenon Runtime oder des Analyzers in einer Cloudanwendung oder einem lokalen Data Center zu verarbeiten. Welche Systeme können für den Datenaustausch eingebunden werden? In erster Linie bietet Ihnen das zenon Service Grid den Datenaustausch zwischen Softwarekomponenten der Softwareplattform zenon. Also etwa zwischen zenon Runtime, zenon Analyzer, zenon Logic und der HTML Web Engine. Um die Sicherheit der Daten und des Datenaustausches zu garantieren, können in die interne Kommunikationsschicht des Service Grid keine Fremdsysteme eingebunden werden. Drittsysteme können Daten über die bereitgestellte REST-Schnittstelle des Service Grid API beziehen und diese weiterverarbeiten. Welche Daten können über das Service Grid ausgetauscht werden? Das Service Grid unterstützt unterschiedliche Arten von Daten. Prozessdaten wie Variablen, Alarme und Ereignisse können auch in großen Datenmengen ausgetauscht werden. Das System kann nicht nur Echtzeitwerte verteilen, sondern auch auf historische Archivwerte zugreifen. Für jeden Datenpunkt können Sie zusätzlich einstellen, ob dieser im Service Grid nicht, nur lesend oder lesend und schreibend verfügbar sein soll. Alarme können bestätigt und mit Kommentaren sowie Ursachen verknüpft werden. Das Service

Grid hat auch eine Schnittstelle zum zenon Analyzer. Hierüber können Sie Reports erzeugen und abholen. Mit dem zenon Analyzer können Sie zudem alle vorhandenen SQL Stored Procedures verwenden und somit Datenanalyse betreiben. Engineering-Daten lassen sich zwischen zenon Editor und zenon Analyzer synchronisieren. Somit sind die Metadaten des zenon Analyzers immer auf dem aktuellsten Stand. Ist das zenon Service Grid skalierbar? Gerade in großen verteilten Systemen mit vielen Werken ist ein performantes und stabiles System eine Notwendigkeit. Die zenon Runtime ist hier seit Jahren das stabile Fundament für Datenakquise und -auswertung sowie Prozesssteuerung. Das Service Grid reagiert auf hohe Lastspitzen dynamisch. Ein übergeordnetes Managementsystem erfasst die Auslastung der einzelnen Services und kann Skalierungsmaßnahmen durchführen. Durch einen generischen Ansatz mit containerbasierten Applikationen können Sie jeden Service innerhalb des zenon Service Grid eigenständig skalieren. Bei der Containerplattform und dem Managementsystem haben Sie freie Wahl. COPA-DATA empfiehlt Ihnen jedoch den Einsatz von Docker und Kubernetes. Sie finden Anleitungen zum Betrieb auf dieser Plattformbasis in den Hilfedokumenten. Warum wird im Service Grid die Schnittstelle REST angeboten? REST-Schnittstellen sind weit verbreitet und eine beliebte Möglichkeit, um Daten per HTTPS zwischen Softwaresystemen auszutauschen. Weitere Vorteile sind die Unabhängigkeit von Programmiersprachen und Plattformen, eine Optimierung für große Datenmengen sowie die Anbindung von mobilen Anwendungen. REST-Schnittstellen sind nicht standardisiert und immer applikationsspezifisch aufgebaut. Sie unterstützen diverse Datenaustauschformate, etwa JSON, XML oder beliebige Textformate. Was macht das Service Grid, wenn das Netzwerk ausfällt? Mit zenon können Sie historische Daten aus der zenon Runtime in das zenon Service Grid evakuieren. Bei Ausfall der Netzwerkverbindung werden die Einträge so lange gepuffert, bis die Kommunikation erneut aufgebaut worden ist. Nach erfolgreicher Synchronisation wird der lokale Speicher wieder freigegeben und Datenverlust somit vermieden. Wie werden Benutzerberechtigungen realisiert? Der Authentifizierungs- und Autorisierungsmechanismus basiert auf einem zweistufigen Konzept. Im ersten Schritt werden Benutzer mit Hilfe des Identity Services authentifiziert, es wird also die Frage „Wer bin ich?“ beantwortet.

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Danach wird mit Hilfe des Policy Services entschieden, welche Rechte der Benutzer hat, folglich wird die Frage „Was darf ich?“ gestellt. So können Sie auch komplexe Zugriffsrechte verwirklichen.

Komponenten aktualisiert. Die Konfiguration der Installation des Service Grid wird dabei nicht verändert. Somit können Sie das System nach der Aktualisierung sofort wieder einsetzen.

Ist spezielles IT-Wissen für Installation und Betrieb des Service Grid nötig? Ihr IT-Personal braucht erweitertes Know-how, etwa um die erforderlichen Parameter der einzelnen Services auf die Installationsplattform abzustimmen. Das geschieht bei der Installation direkt über Konfigurationsdateien. Sind erweiterte Funktionalitäten wie dynamische Skalierung und Ausfallsicherheit gefordert, werden Technologien wie Docker und Kubernetes vorausgesetzt. Hierfür ist spezielle Erfahrung notwendig. Denn das IT-Personal muss sich langfristig um den Betrieb und die Wartung der Installation kümmern, Fehler beheben und die Software aktualisieren.

Benötige ich ein SLA für das Service Grid? Für den Erwerb und den Betrieb von zenon Service Grid benötigen Sie ein gültiges Service Level Agreement (SLA). Damit haben Sie stets Zugriff auf die aktuellsten SecurityUpdates und Funktionserweiterungen. Verbesserungen werden kontinuierlich im zenon Service Grid implementiert und über die COPA-DATA Registry bereitgestellt.

Läuft das Service Grid nur in einer bestimmten Cloudumgebung? zenon Service Grid ist plattform- und cloudunabhängig. Sie können einen beliebigen Cloudanbieter auswählen oder sich für den Betrieb innerhalb eines privaten Rechenzentrums entscheiden. Warum werden neue Technologien wie Docker verwendet? Gerade bei Web-Anwendungen im Cloudumfeld ist es vorteilhaft, auf neue Technologien zu setzen. Anforderungen an Applikationen wie Skalierbarkeit, Plattformunabhängigkeit und einfache Installation sind damit einfacher und effizienter umzusetzen. Wo gibt es die Installationspakete und wie installiere ich das zenon Service Grid? Je nach Art der Installation unterscheidet sich das Vorgehen. Für die klassische Installation steht ein WindowsSet-up zur Verfügung. Sie sollte auf Server-Hardware und Server-Betriebssystem erfolgen. Für die Installation in einer Cloudumgebung oder einem lokalen Data Center stehen Docker-Images aus der COPA-DATA Registry zur Verfügung. Diese werden auf einem bestehenden KubernetesCluster installiert. Wie werden die einzelnen Komponenten des Service Grid aktualisiert? Im Fall der klassischen Installation werden die einzelnen Komponenten mit dem ISO-Installationspaket aktualisiert. Wird das Service Grid mit Kubernetes betrieben, können Sie die Komponenten auf einfache Art und Weise aktualisieren, indem Sie die neuesten Docker-Images verwenden. In beiden Fällen werden jeweils nur die Binärdateien der

Welche Lizenzmodelle gibt es? Das zenon Service Grid können Sie als monatliches Abonnement mit jährlicher Abrechnung beziehen. Die Komponenten Service Hub, Data Storage, Identity Service und Egress Connector sind inkludiert. Je nach Bedarf wird zusätzlich der Ingress Connector lizenziert, wobei hier die Zahl der Variablen der vorhandenen zenon Runtime den Preis beeinflusst. Die Anbindung der Web Engine an das Service Grid kann entweder als lesende oder als lesende und schreibende Verbindung erfolgen, wobei auf Basis der Zahl der Benutzer lizenziert wird. Auch eine etwaige Anbindung weiterer Komponenten über API Gateway kann entweder als nur lesend oder als lesend und schreibend erfolgen. Außerdem kann eine Verbindung vom zenon Analyzer zum Service Grid lizenziert werden, um Reports über die Web Engine oder das API Gateway ausgeben zu können. Wie sieht der Releasezyklus des Service Grid im Vergleich zum Supervisor und Analyzer aus? Wir haben die zenon Plattform in den letzten Jahren konsequent weiterentwickelt. Mit der nächsten Version zenon 10 werden erstmalig alle Komponenten der Softwareplattform zenon zeitgleich erscheinen. Das Service Grid ist natürlich auch dabei. Der jährliche Releasezyklus wird in der OT-Welt als passend angesehen, doch gerade für Cloud-szenarien ist das nicht schnell genug. Deshalb bietet zenon das Service Grid in zwei unterschiedlichen Versionen an. Die Variante mit Langzeitsupport wird jährlich mit den anderen Komponenten der zenon Plattform freigegeben. Für zeitnahe Updates und Erweiterungen gibt es zusätzlich drei weitere Releases jeweils am Ende eines Quartals. Somit können Sie je nach Bedarf auswählen.

Fertigungsoptimierung mit Zeitmaschine Wie der zenon Process Recorder Produktivität und Qualität weiter steigert

In der Automobilindustrie sind die Fertigungsprozesse hoch optimiert. Störungen, Stillstände oder die fehlerhafte Steuerung von Abläufen können schwerwiegende Folgen für die Produktion haben. Für eine Analyse dieser Einflussfaktoren müssen Daten aus verschiedenen Quellen interpretiert und Zusammenhänge erkannt werden. Da ist es nur sinnvoll, die Daten nicht nur mit zenon zu erfassen, sondern auch zu untersuchen. Hier kommt der Process Recorder von zenon ins Spiel. Erschienen in

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Mit dem zenon Process Recorder kommen die bekannten zenon Prozessbilder zum Einsatz, doch anstatt aktueller Werte können Daten von beliebigen Zeitpunkten angezeigt werden. Die Auswahl der Zeitpunkte erfolgt über zusätzliche Steuerelemente. Die erfassten Werte können auch kontinuierlich wiedergegeben werden – ähnlich einer Aufzeichnung. Die Runtime lässt sich jedoch weiterhin wie im Livebetrieb bedienen und der Anwender wechselt einfach zwischen den verschiedenen Bildern. Mit dieser zenon „Zeitmaschine“ kann der Anwender zurückliegende Prozessabläufe zu einem ausgewählten Zeitpunkt nachträglich einsehen und analysieren. Wiederholungen lassen sich beliebig oft anzeigen und eröffnen Einblicke in Einflussfaktoren, die sich auf den ersten Blick oft nicht erschließen. FA L SC H E WE G E : E I N P R A XI S B E I S P I E L AU S D E R FÖ R D E R TE C H N I K Im Fall eines COPA-DATA Kunden werden Karosserien unterschiedlicher Baureihen über einen Mischpunkt transportiert. Die Steuerung der Fördertechnik übernehmen mehrere Controller. Ein steuerungsübergreifender Datenaustausch zwischen den SPSen erfolgt über direkte Schnittstellen. Die Fahrzeuge werden über mitgeführte Datenträger identifiziert, die Fördertechnik-Ziele über Anfragen an das Leitsystem ermittelt. Mit zenon wird dieses System in einer Leitwarte überwacht, und die Anwender können hierbei auch steuernd eingreifen: Das heißt, Ziele können neu definiert, Transportwege gesperrt oder für einzelne Fahrzeuge gesetzt werden. In Einzelfällen wurden jedoch Fahrzeuge an falsche Ziele transportiert bzw. kamen Fahrzeuge nicht innerhalb der definierten Zeit am Ziel an. Für die Ursachenanalyse wurde der zenon Process Recorder eingesetzt. Das Modul wird hierfür in das existierende zenon Projekt integriert: Dabei werden die Variablen aus den angeschlossenen Steuerungen mit dem integrierten Modul aufgezeichnet. Die Konfiguration erfolgt per Mausklick. Durch die optimierte Aufzeichnung des Process Recorders gibt es keine nennenswerte CPU-Auslastung der Server, und auch der Speicherbedarf der Daten ist gering. Die zenon Server des Mischpunkts führen neben der bisherigen Datenverarbeitung nun auch die Werteaufzeichnung des Process Recorders durch. Für die Datenanalyse kommt in der Leitwarte ein eigener Arbeitsplatz zum Einsatz. So bleibt die Online-Kontrolle des Mischpunkts unbeeinflusst. P ROZ E S S E N AC H VO LL Z I E H E N M IT D E M S I M U L ATI O N S M O D U S Auf diesem Arbeitsplatz kann der zenon Client den Process Recorder in einem sogenannten Simulationsmodus starten. Dieser nutzt unabhängig von der Online-Verbindung zum Server die aufgezeichneten Daten für die Wertedarstellung in den Bildschirmen. Ein spezielles Steuerbild ermöglicht eine „Navigation“ in der Zeitleiste. Darin sind zum einen die Zeitstempel der aufgezeichneten Daten aufgelistet und zum anderen gibt es ähnlich einem Mediaplayer Schaltflächen für vorwärts, rückwärts, abspielen oder Pause. Die fragliche Situation steht über den Bildschirm wieder zur Analyse zur Verfügung. Durch die Bedienelemente kann er bestimmte Situationen beliebig wiederholen oder die Anzeige zur Untersuchung von Details stoppen. Im konkreten Fall konnte bereits mehrfach die Ursache von fehlgeleiteten Fahrzeugen ermittelt und die Gesamtsteuerung weiter optimiert werden. Q UA LITÄT S S TE I G E R U N G : E I N P R A XI S B E I S P I E L AU S D E R KO M P O N E NTE N F E R TI G U N G In einem anderen Fall wurde der Process Recorder bei der Komponentenfertigung eingesetzt. Dabei werden die Werkstücke von Maschinen unterschiedlicher Hersteller bearbeitet. Zusätzlich müssen Umwelteinflüsse wie die

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E I N FAC H E P ROJ E K TI E R U N G D E S P RO C E S S R E CO R D E R S I N VI E R SC H R IT TE N : –

Ak tivie re n d es Process Re cord e rs im Proje k t

–

Ak tivie re n d e r Va ria ble n , die vom Process Re cord e r a ufgezeichn et we rde n solle n

–

Er ze ug e n d e r Fun k tion f ür de n Simulationsm odus

–

Erstelle n d es B ild es un d d e r Fun k tion f ür die Ste u e rung d es Process Re cord e rs im Simulationsm odus

FA S T FAC T S –

Wie d e rga b e ve rga ng e n e r Eve nt s im Proje k t simulationsm odus dire k t im Prozessbild

–

N a chträglich e Fe hle ra nalyse f ür N a chvollzie h ba rkeit un d Q ualität sve rb esse rung e n

–

Einfa ch e Proje k tie rung in vie r S ch rit te n

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Ethernet

Server Process Recorder aktiviert: Der Server zeichnet Prozessdaten auf

Client

Projektierung

Replaymodus mit geladenem Zeitbereich

Umschalten des zenon Clients in den Replaymodus

Replay Startzeit

Jetzt

Zeitbereich

Zeit

Prozess De r P r oce s s Re cor de r ze ic h net Vor gä n ge lüc ke n los au f. D ie s e kön ne n z u je de m s päte r e n Ze it pu n k t pu n k t ge n au au f de m P r oze s sbi ld w ie de r gegeb e n we r de n – ä h n l ic h e i ne m Me d iaplaye r. Dab e i we r de n n ic ht d ie ge s a mte n Au f ze ic h nu n ge n au f de n ze non C l ie nt üb e r t ra ge n , sonde r n nu r de r r e leva nte Ze itb e r e ic h.

Umgebungstemperatur kontrolliert werden, da sie Einfluss auf die Produktionsqualität haben. Für die Fertigungskontrolle kommt ein Maschinen-Daten-Erfassungssystem (MDE) auf Basis von zenon zum Einsatz. Über die zenon Direkttreiber werden die Fertigungs- und Qualitätsdaten aus den einzelnen Maschinen zentral ausgelesen und verarbeitet. Zusätzlich sind Energiezähler und Daten aus den Klimaanlagen angebunden. Auf den so ermittelten Werten basiert die Berechnung von Produktionskennzahlen, Energieverbräuchen, Qualitätskennzahlen und Fertigungsberichten. Der Process Recorder wurde zur weiteren Optimierung der Fertigung eingerichtet. Erst durch die nachträgliche Analyse an den MDE-Screens mit den Daten des Process Recorders konnten bisher unbekannte Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen Einflussfaktoren ermittelt werden. Die Investition in den Process Recorder hatte sich durch eine Steigerung der Produktionsqualität und die Vermeidung von Ausschuss-Bauteilen schnell amortisiert. E I N FAC H E KO N F I G U R ATI O N Die Integration des Process Recorders in bestehende zenon Projekte ist einfach und schnell möglich. Als integriertes Modul muss er nur über die Lizenzierung aktiviert werden. Anschließend erfolgt die Konfiguration für die einzelnen Projekte einfach durch Aktivierung der zu überwachenden Variablen per Mausklick. Dabei ist es nicht notwendig, die Speicherzyklen einzustellen, da der Process Recorder die Daten ereignisgesteuert erfasst. Für Start und Ende des Simulationsmodus werden nur zwei Funktionen benötigt. Für die Steuerung der Wiedergabe im Simulationsmodus steht ein eigener Bildtyp zur Verfügung. Zur Anzeige und Analyse kommen die bestehenden zenon Bilder zum Einsatz, sie müssen dafür nicht angepasst werden.

So erlaubt der Process Recorder Anwendern einen tiefen Einblick in das Zusammenspiel zwischen den eingesetzten Maschinen und Anlagen. Die Anzeige von Daten und Bedienhandlungen aus verschiedenen Subsystemen oder Steuerungen macht ihn zur lohnenden Ergänzung für eine effektive Fertigungsoptimierung.

BERND WIMMER Industry Manager Automotive Bernd Wimmer ist seit 2002 Industry Manager Automotive bei COPADATA Deutschland. Zuvor war er als Spezialist für Zentrale Leittechnik für die TaurusMediaTechnik GmbH tätig. Er lebt mit seiner Frau, zwei Kindern und einer Katze im schönen Oberbayern.

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NEUE TECHNOLOGIEN FÜR DIE MOBILITÄT DER ZUKUNFT Dauerstaus, Feinstaubbelastung, Parkplatzmangel – der Individualverkehr in den Städten stößt an seine Grenzen. Für die urbane Mobilität braucht es neue Strategien – von den Städte- und Verkehrsplanern sowie von der Automobilindustrie. Und auch die Fahrzeugproduktion steht vor einem Wandel – innovative Technologien schaffen effizientere Abläufe. Wer heute als Autobauer wettbewerbsfähig bleiben will, muss somit an mehreren Fronten gleichzeitig kämpfen.

Bereits mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung lebt in Großstädten, bis 2050 soll der Anteil auf 70 Prozent ansteigen. Und fast überall wächst die Zahl der Autos schneller als die der Einwohner – an sich eine positive Entwicklung für Automobilisten. Doch Feinstaubbelastung und Dauerstaus führen zu einem allgemeinen Umdenken. Bis 2050 könnte sich der urbane Verkehr verdreifachen, warnen Experten. Angesichts dieser Herausforderungen werden dringend neue Mobilitätskonzepte gebraucht. S M A R TE TE C H N O LO G I E N U N D CARSHARING Vielversprechend sind beispielsweise „smarte“ Technologien, die Mobilitätsfunktionen wie die Verkehrsplanung oder den öffentlichen Nahverkehr vernetzen und auf Basis der von Sensoren gewonnenen Nutzungsdaten optimieren. Intelligente, echtzeitfähige Verkehrsleitsysteme etwa ermöglichen ein vorausschauendes, sicheres Fahren, reduzieren die Stauanfälligkeit bestimmter Routen und sorgen für eine optimierte Auslastung von Verkehrswegen und Parkplätzen. Richtig smart wird es dann, wenn alle Verkehrsdaten in einem persönlichen Programm zusammenlaufen, das über Algorithmen lernt, welche Strecken der Nutzer vorrangig zurücklegt, und ihm die jeweils optimalen Routen und Verkehrsmittel oder freie Parkplätze empfiehlt. Bevor solche Visionen Gestalt annehmen, sind jedoch noch einige Hindernisse zu überwinden. Vor allem datenschutzrechtliche Bedenken und das Fehlen einheitlicher Standards bremsen die Entwicklung. Zudem werden diese Lösungen nicht ausreichen, wenn der Verkehr im jetzigen Tempo weiterwächst. Es braucht auch funktionierende Alternativen zum privaten Pkw, die Erschienen in

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die Großstädter flexibel und schnell von A nach B bringen. Und das stellt nicht nur die Städte, sondern auch die Automobilhersteller vor völlig neue Herausforderungen. Unter jüngeren Menschen nimmt das Interesse am Auto ab. Vor allem in der Stadt wird es immer unwichtiger, ein eigenes Fahrzeug zu besitzen. Stattdessen erfreuen sich Carsharing und Ride-Hailing, also Mitfahrgelegenheiten für die Stadt, steigender Beliebtheit. BMW und Daimler haben schon vor einiger Zeit eigene Angebote – DriveNow beziehungsweise Car2Go – auf den Markt gebracht. Nun haben sie angekündigt, ihre Carsharing-Flotten zusammenzulegen und ihre Mobilitätsdienste in den Bereichen Ride-Hailing, Parken, Laden und Multimodalität enger zu verzahnen. AU TO N O M E S FA H R E N U N D A LTE R N ATIV E A NTR I E B E Als Hoffnungsträger für die Mobilität von Morgen gilt aber vor allem das autonome Fahren. In Singapur sind bereits seit 2016 selbststeuernde Testwagen unterwegs, 2022 sollen fahrerlose Busse, Lkws und Robotertaxis in den Regelbetrieb übergehen. Auch hierzulande setzen die Automobilhersteller auf selbstfahrende Robotertaxis, die bestehende Verkehrsnetze nutzen und damit keine neue Infrastruktur erfordern. Damit der Durchbruch gelingt, müssen jedoch noch einige Hürden genommen werden. Ein Auto ohne Fahrer wirft eine ganze Reihe von rechtlichen und moralischen Fragen auf – unter anderem zur Haftung bei Unfällen oder bei der Entscheidung über Leben und Tod in unausweichlichen Situationen. Und schließlich funktionieren Algorithmen für selbstfahrende Autos nur, wenn sie entsprechend trainiert werden – auf Basis von Videoaufzeichnungen aus

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AU G M E NTE D R E A LIT Y I N D E R AU TO P RO D U K TI O N B I E TE T H A N D F E S TE VO R TE I LE : –

WENIGER FEHLER: Das for tla ufe n d e Ein ble n d e n von Date n un d H a n dlungsa nweisung e n re duzie r t die Fe hle rquote in d e r Produk tio n . D ie M ita rb eite r wisse n g e na u , welch e r Arb eit ssch rit t als N ä chstes kommt .

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REIBUNGSLOSE AB L ÄU FE : Das A R-Syste m gibt nicht n ur die g e na u e Reih e nfolg e d e r Arb eit ssch rit te vor, son d e rn a uch die exa k te Platzie rung von Einsatz teile n .

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Z E I T E R S PA R N I S : Releva nte I nfo rmatio n e n we rd e n a uto matisch im Sicht feld eing e ble n d et, da d urch e nt f ällt das S uch e n na ch e nt spre ch e n d e n U nte rlag e n .

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Q U A L I TÄT: Reg elm ä ßig e S c a ns un d Kontrolle n se n ke n die Fe hle rquote un d sorg e n f ür we nig e r Aussch uss .

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KURZE ENTWICKLUNGSZEITEN: Protot yp e n müsse n nicht me h r mühsa m p e r H a n d g efe r tigt we rd e n , son d e rn lasse n sich in n e rhalb von S e kun d e n a uf ein e f reie Flä ch e projizie re n . Das spa r t M ate rialkoste n un d Zeit . D e r projizie r te Protot yp bietet zud e m ein e D etaila nsicht, die sich in Einzelteile ze rleg e n lässt .

dem realen Verkehr, die jedoch gegen die geltenden Datenschutzbestimmungen verstoßen. Eine weitere wesentliche Rolle beim Wandel der Mobilität spielen alternative Antriebe. Die wachsenden Verkehrsprobleme können E-Autos zwar auch nicht lösen, aber sie leisten einen Beitrag zu besserer Luft und weniger Lärm in der Stadt. Und auch wenn der Durchbruch noch auf sich warten lässt: Im Hinblick auf die Klimaschutzziele der EU steht fest, dass der klassische Verbrennungsmotor auf längere Sicht ausgedient hat. Eine Tatsache, die auch die deutschen Autohersteller nicht ignorieren können, wenn sie international wettbewerbsfähig bleiben wollen. N E U E TE C H N O LO G I E N F Ü R D I E E F F I Z I E NTE AU TO P RO D U K TI O N Gleichzeitig muss sich die Automobilindustrie für eine weitere Front wappnen: die Produktion. Im Zuge von Industrie 4.0 werden überall Abläufe automatisiert und neu strukturiert. Das eröffnet der Branche völlig neue Möglichkeiten. Ein Beispiel ist Augmented Reality (AR), also die Ergänzung realer Szenarien durch virtuelle Informationen bei der Konstruktion und Planung neuer Modelle. Hersteller wie Volkswagen erstellen bereits 3D-Modelle, mit deren Hilfe sich die gesamte Karosserie planen lässt. Änderungen und Korrekturen können sofort an der Projektion vorgenommen werden. Und in der Montage lassen sich Sonderanfertigungen oder Kundenwünsche schneller umsetzen. Zum Einsatz kommt dabei Automatisierungssoftware wie zenon. Sie übernimmt nicht nur das Energiedaten-Management und Automated Engineering. Mit der Lösung lassen sich auch sogenannte Digital Twins erstellen, um vor der eigentlichen Produktion wichtige Leistungsmerkmale definieren zu können.

Durch den Wandel der Mobilität und die Automatisierung in der Fahrzeugproduktion muss sich die Automobilindustrie für zwei Fronten rüsten: den Wandel der Mobilität in den Großstädten sowie die neuen Technologien in der Fertigung. Dabei macht den deutschen Herstellern der Wettbewerb, speziell aus Asien, zunehmend zu schaffen, getrieben unter anderem durch gesetzliche Vorgaben: In China gilt ab 2019 ein Mindestanteil von zehn Prozent Elektroautos in der Flotte. Frankreich und Großbritannien wollen Verbrennungsmotoren ab 2040 komplett verbieten. Weitere Regierungen werden folgen. Und Tesla-Chef Elon Musk will die gesamte Mobilität revolutionieren. Die deutschen Autobauer haben keine Zeit mehr zu verlieren.

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ZE NON SUCCE SS STORY A DAC S E T Z T B EI D ER VI S UA LI S I ER U N G D E S G EBÄU D EM A N AG EM ENTS AU F CO PA- DATA

Flexibel und garantiert pannenfrei – Gebäudeautomation mit zenon

Mit dem Neubau der neuen ADAC-Zentrale in München wollte der ADAC eine übergreifende zentrale Leittechnik einführen. Das alte, starre System sollte durch eine flexible, moderne Lösung ersetzt werden, denn in dem Gebäude arbeiten rund 2.500 Mitarbeiter mit unterschiedlichen Nutzungsanforderungen. Die Umsetzung realisierte der ADAC mit der Software zenon von COPA-DATA, die zur Überwachung und Visualisierung der gesamten Gebäudetechnik eingesetzt wird. Erschienen in

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Der ADAC ist mit 20 Millionen Mitgliedern der größte Mobilitätsclub Europas und vor allem für seine Pannenhilfe und die Unfallrettung bekannt. Rund 10.000-mal täglich werden die Gelben Engel des ADAC um Hilfe gerufen. Hauptsitz des Mobilitätsdienstleisters ist München. 2.500 Mitarbeiter arbeiten dort in der Zentrale. 2011 wurde das neue Gebäude fertig gestellt und prägt seitdem mit seiner bunten und modernen Fassade das Münchner Stadtbild. Ziel im Zuge des Neubaus war die Einführung einer zentralen Leittechnik. Sie sollte die gesamte Belüftung, Heizung, Beleuchtung und Stromversorgung im Gebäude steuern. „Mit der bisherigen Technik hatten wir keine große Möglichkeit, uns auf neue Anforderungen einzustellen und etwas zu verändern. Das wollten wir nicht mehr“, erklärt Markus Lamers, Mitarbeiter der Haustechnik. G RÖS S E R E F LE XI B I LITÄT DA N K M O D E R N E R G E BÄU D E LE IT TE C H N I K In der Zentrale des ADAC verbergen sich unterschiedliche Abteilungen unter einem Dach. „Wir sind das Haus der 100 Berufe“, sagt Markus Lamers. Druckerei, Schulungsräume, Warenannahme, Fernsehstudio, Kantine oder klassische Büroräume haben völlig unterschiedliche Anforderungen an Raumtemperatur, Beleuchtung oder Belüftung. Hinzu kommen immer wieder Umzüge der Mitarbeiter oder ganzer

zentrale Wetterstation werden Helligkeitsstärke, Sonnenstand und Temperaturen ausgewertet und an die Controller der Sonnenschutzsteuerung weitergeleitet. Die Datenpunkte werden über 1.000 SPSen gesteuert, die im gesamten Gebäude verteilt sind. KO M P LE XE A N L AG E N U M FA S S E N D VI S UA LI S I E R E N , S TE U E R N U N D O P TI M I E R E N Bei der Wahl einer geeigneten Software spielte die hohe Zahl an Schnittstellen, die sich aus den vielen Datenpunkten ergeben, eine große Rolle. Außerdem wollten die Verantwortlichen ein offenes System einführen. Das erlaubt eine flexible Wahl der Hardware- und Steuerungssysteme. Wichtig war zudem eine gute Visualisierung des Störungsmanagements. Störungen können mit ihr schnell ausfindig gemacht und verwaltet werden. Das soll den Technikern die Arbeit erleichtern. S TA R K E PA R TN E R F Ü R E I N G E M E I N SA M E S Z I E L Bereits in der Planungsphase des neuen Gebäudes begann die Zusammenarbeit mit COPA-DATA. In einer Demo-Version wurde zenon getestet. Das SCADA-System konnte aufgrund der Plattformunabhängigkeit, der Schnittstellenviel-

„Die Software zenon ist für uns wie ein Schaufenster in die Technik. Das erleichtert uns die Arbeit enorm.“ MARKUS LAMERS, MITARBEITER DER HAUSTECHNIK, ADAC

Abteilungen. Die Gestaltung der Räume sollte darum individuell angepasst werden können. Um möglichst agil auf die unterschiedlichen Anforderungen innerhalb des Gebäudes einzugehen, hat der ADAC beim Neubau großen Wert auf maximale Flexibilität gelegt. Die komplette Gebäudetechnik mit über 55.000 HardwareDatenpunkten wird als dezentrales System gesteuert und kann somit immer wieder an neue Gegebenheiten angepasst werden. Beispielsweise stellt jede einzelne Leuchte einen solchen Datenpunkt dar. An den einzelnen Hardware-Datenpunkten werden insgesamt mehr als 400.000 virtuelle Datenpunkte generiert, die der Kontrolle und der Steuerung der gesamten Gebäudetechnik dienen. So wird zum Beispiel die gesamte Steuerung der Jalousien realisiert. Über eine

falt sowie der individuellen Darstellungsmöglichkeiten in der Visualisierung überzeugen. Alle Komponenten der Gebäudetechnik werden mittels eines Anlagen-KennzeichenSystems (AKS) zusammengefasst. Eine Hauptübersicht und eine Alarmliste geben Aufschluss über eventuell vorliegende Störungen und deren Status. Verletzen Variablen einen gesetzten Grenzwert, löst das einen Alarm oder eine Störmeldung aus. Einzelne Anlagenbilder dienen der Visualisierung der kompletten Gebäudetechnik und zeigen im Falle einer Störung exakt an, wo diese vorliegt. „Das kann man sich vorstellen wie ein Schaufenster in die Technik“, schildert Lamers. „Die Techniker können sofort sehen, wo genau die Störung vorliegt. Das bedeutet für uns eine enorme Zeitersparnis.“

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Abbildung 2: Da r s te l lu n g de s ge s a mte n K ä lteve r te i l net ze s. Au s de m Bi ld he rau s kön ne n a l le G ebäudete i le d i r e k t a n ge w ä h lt we r de n.

Abbildung 1: Zu s t a nd s d a r s te l lu n g a l le r G e we rke i n e i ne r Ü b e r s ic ht. Stör u n ge n u nd Me ldu n ge n we r de n fa rbl ic h he r vor ge hob e n.

F LE XI B LE R Z U G R I F F AU F D I E BEDIENUNG Über 25 Bedienstationen an den zentralen Stellen im Haus kann per Web-Client auf zenon zugegriffen werden. Anlagenpläne und Alarmliste sind damit an allen wesentlichen Stellen zugänglich. Die zuständigen Gebäudeverantwortlichen können auch von zu Hause aus auf die Gebäudeleittechnik zugreifen. Damit kann eine sichere Versorgung der hochsensiblen 24h-Bereiche, beispielsweise der Unfallrettung oder des Krankenrücktransports, auch außerhalb der Geschäftszeiten garantiert werden. R E D U N DA N Z E N F Ü R M E H R S I C H E R H E IT Beim ADAC läuft zenon auf zwei unabhängigen Servern. Diese Redundanz schafft maximale Sicherheit für das System. Ein Server ist stets im Regelbetrieb, ein zweiter Server läuft im Standby und dient als Backup. Er übernimmt in dem Fall, dass der erste Server ausfällt, automatisch alle Funktionen, ohne dass Daten verloren gehen. E RWE ITE R U N G AU F WE ITE R E G E BÄU D E Derzeit plant der ADAC die Integration weiterer Gebäude in die zentrale Leittechnik. Bisher liefen diese über ein eigenständiges System. „Dank der offenen Ausrichtung zenons können wir die zentrale Leittechnik sehr flexibel ergänzen und so einen einheitlichen Standard erzielen“, sagt Lamers. Der Vorteil: Die Gebäudeverantwortlichen müssen nur noch ein System kennen, um die Anlagen aller Liegenschaften bedienen zu können.

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H I G H LI G HT S : –

5 5 . 0 0 0 Date npunk te schaf fe n m axim ale Flexibilität im G e bä ude m a nage m e nt

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Plat t formuna bhä ngig es SC A DA-Syste m lässt sich einfa ch in h ete rog e n e Syste me integrie re n

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H oh e S chnit t stelle nvielfalt mit ze n on

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I n dividu ell konf igurie rba re Ala rmliste n

KO NTA K T: An d rea s Zerlet t S ales E xcelle n ce En e rgy & I nf rastruc ture / S ma r t Cit y CO PA- DATA D e ut schla n d a n dreas . ze rlet t@ copa data .d e

EFFIZI ENZ D U RC H ERG O N O M I SC H E G E S TA LT U N G D ER P RO D U K TI O N S P ROZE S S E

DIE AUTOMOBILPRODUK TION IM WANDEL „Sie können einen Ford in jeder Farbe haben. Hauptsache er ist schwarz.“ Henry Fords legendäre Aussage aus den Anfangszeiten der automobilen Massenproduktion ruft nur noch ein Schmunzeln hervor. Die heutigen Käufer verlangen eine große Modellvielfalt und individuelle Ausstattungen. Für die Organisation der Produktion und die dafür benötigten Softwarelösungen hat dies Folgen. Leistungsstarke Visualisierung hilft dabei, in Produktion und Logistik den Überblick zu bewahren.

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information unlimited das magazin von copa-data Nr. 33, November 2018 © Ing. Punzenberger COPA-DATA GmbH www.copadata.com/iu

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Mit herkömmlichen Herstellungsprozessen, in Kombination mit einer begrenzten Produktionsfläche, ist das wachsende Produktportfolio nicht mehr realisierbar. Die Automobilhersteller setzen deshalb auf ein flexibles Produktions- und Kapazitätsmanagement, das die Modellvielfalt bewältigen und die kundenindividuelle Fertigung gewährleisten kann. Eine weitere Herausforderung ist die möglichst geringe Bindung von Kapital durch den weitestmöglichen Verzicht auf Zwischenlager.

S IA M E S I SC H E Z WI LLI N G E : LE A N P RO D U C TI O N U N D TR A N S PA R E NTE S U P P LY C H AI N Im Jahr 2013 wurde der immer stärkere Wandel zur schlanken Produktion im Automobilbau in einer Fallstudie des Fraunhofer Instituts über das Thema Industrie 4.0 und Smart Factory prognostiziert. Die Aussagen der Studie lassen sich bestätigen, da weltweit die Automobilhersteller heute nach dem Konzept der Lean Production (engl. für schlanke Produktion) produzieren. Denn nur mit schlanken und flexiblen Prozessen können die Automobilhersteller ihre Wettbewerbsfähigkeit erhalten. Als Ziel der Lean Production gilt die Eliminierung von jeglicher Art an Verschwendung aus den Produktionsprozessen und zeitgleich die Steigerung der Effizienz und Effektivität in der Fertigung. Grundsätzlich fordert das LeanProduction-Prinzip dazu auf, die Produktion stark an die Nachfrage des Kunden auszurichten. Produziert wird nur, was der Kunde verlangt und wann dieser das Produkt benötigt. Um eine Effizienzsteigerung in der Fertigung zu ermöglichen, werden die Materialbestände auf das absolute Minimum reduziert und Zwischenlager in der Produktion so klein wie möglich gehalten. Für eine Erhöhung der Produktionseffektivität müssen sämtliche Ressourcen kürzeste Durchlaufzeiten ermöglichen. Durch diese Art der Produktion kann der Hersteller schnell und flexibel auf die Kundenanforderungen reagieren und zusätzlich eine hohe Variantenzahl bei niedrigen Losgrößen realisieren. Dabei stützt sich die Lean Production auf die Fertigungsweise des „Just-in-Time“-Prinzips. Die wichtigste Voraussetzung ist dafür eine transparente Lieferkette, auch Supply Chain genannt. Einkauf, Logistik und Fertigung müssen eng miteinander verzahnt sein, damit die benötigten Rohteile zum gewünschten Zeitpunkt in der Produktion zur Verfügung stehen.

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J U S T- I N -TI M E : B E DA R F SG E R E C HTE M O NTAG E U N D F E R TI G U N G Mit dem Just-in-Time-Prinzip (JIT) sollte das Produkt ohne Verschwendung von Zeit, Material und Arbeitskraft entsprechend den Anforderungen des Kunden bereitgestellt werden. Lagerbestände und Kapitalkosten sollen gesenkt werden, sodass Materialien und Produkte nicht mehr in großen Mengen vorproduziert werden, sondern Montage und Fertigung erst bei Bedarf flexibel ausgeführt wird. Dies verkürzt die Durchlaufzeit, spart Lagerflächen ein und senkt mittelfristig die Lagerkosten. Um stets zuverlässig, kostengünstig und schnell in letzter Minute zu produzieren, wird auf eine zentrale Optimierung verzichtet und dafür die dezentrale Koordinierung verstärkt. VA R IA NTE N R E I C H E P RO D U K TE B E D I N G E N E I N E N WA N D E L I N D E R P RO D U K TI O N S P H I LOSO P H I E Kurze Produktionszyklen, maximale Variantenvielfalt, höchste Produktivität und die gewünschte hohe Auslastung fordern die Automobilhersteller heraus. Die Stärken der Just-in-Time-Produktion können jedoch mit der rasanten und stetig wachsenden Vielfalt an Modellen nicht mehr vollends genutzt werden. Behielte man das Prinzip der JIT-Produktion weiterhin bei, wären noch komplexere Fertigungsanlagen notwendig. Zudem müssten in der Produktionslinie für jedes Modell eigene Zwischenlager und Teilespeicher integriert werden, was bei einer sehr hohen Modellvielfalt eine immense Produktionsfläche beansprucht. Dies bildet einen Widerspruch zu den Vorteilen und Stärken des JIT-Konzepts. Um dieses Dilemma zu lösen, haben die Hersteller das Just-in-Time-Konzept weiterentwickelt – zum Just-in-Sequence-Prinzip (JIS), das auch als „Perlenkette“ bekannt ist. J U S T- I N -S EQ U E N C E : FO K U S AU F P RO D U K TI O N S SY N C H RO N E V E R F Ü G BA R K E IT A LLE R TE I LE Der Karosseriebau entfernt sich durch die Vielfalt der Modelle und Varianten von der sortenreinen Fertigung und geht zur sequenziellen Produktion über. JIS stellt als produktionssynchrones Verfahren ein verfeinertes Just-inTime-Konzept dar. Im Karosseriebau ist es üblich, dass eine Produktionsanlage (Senke) ihre Ressourcen von mehreren anderen Fertigungssträngen (Quellen) benötigt. Folglich müssen die Quellen ihre sequenzielle Produktion untereinander abstimmen, sodass der Senke zur richtigen Zeit die passenden Materialien zur Verfügung stehen, da nach dem First-InFirst-Out-Prinzip (FIFO) gefertigt wird.

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Abbildung: De r Unte r s c h ie d z w i s c he n de m J I T u nd de m J I S Ve r fa h r e n l ieg t i m We s e nt l ic he n d a r i n , d a s s d ie Fe s t leg u n g de r P r o du k t ion s s e que n z vom E nde de r P r o du k t ion sket te a n de n A n fa n g de r P r o du k t ion sket te w a nde r t.

Auch die Mitarbeiter in der Produktion profitieren von den Vorteilen des JIS-Prinzips. Sämtliche Teile, die für den jeweiligen Arbeitsschritt benötigt werden, liegen in der richtigen Reihenfolge bereit. Fehlerträchtige Zuordnungen entfallen.

KO M M U N I K ATI O N A L S E R FO LG S FA K TO R Allen voran muss hier die Kommunikation zwischen den unterschiedlichen Partnern der Versorgungskette und vor allem die Gültigkeit und Zugänglichkeit der bereitgestellten Informationen gewährleistet sein. Ist dies nicht der Fall, kann es zu einem instabilen Materialfluss kommen, der eine erfolgreiche Fertigung behindert und im schlimmsten Fall zu einem Produktionsstopp führt. Um dies zu vermeiden, gilt der Faktor Mensch bei solch einem automatisierten System stets als letzte Instanz. Fachleute in Produktion und Fertigungslogistik müssen letztendlich die dezentrale Entscheidungsgewalt besitzen. Dazu benötigen sie die richtigen Informationen zum rechten Zeitpunkt.

Wie also schafft man es, dem Anwender die Komplexität des Prozesses nahe zu bringen und ihm eine einfache Nutzung zu ermöglichen? Diese Frage besteht bereits seit Anbeginn der ersten Rechner und ist ein Bestandteil der Mensch-Maschine-Kommunikation, sowie anderen interdisziplinären Wissenschaften. Aus ihr entwickelte sich durch die Modernisierung der Maschinen und deren alltäglichen Gebrauch eine eigene Wissenschaftsdisziplin, die Ergonomie. E RG O N O M I SC H E DATE N V E R A R B E IT U N G Aus ergonomischer Sicht ist es wichtig, eine nutzerorientierte Kommunikationsschnittstelle hinsichtlich der Datenaufbereitung und der Informationsvisualisierung bereitzustellen. Die Daten werden durch das Produktionssystem gefiltert und aufbereitet, wodurch dem Nutzer nur essentielle und relevante Informationen vorliegen. Dies hat den Vorteil, dass keine unnötigen Informationen einen Einfluss auf eine Entscheidung seitens des Nutzers ausüben können und jener den Prozess besser überblicken kann. Die

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Visualisierung der gefilterten Informationen muss auf eine Art und Weise erfolgen, die den Nutzer mühelos die Informationen eindeutig interpretieren und analysieren lässt. So geben Visualisierungen viel schneller einen Überblick über komplexe Zusammenhänge, als es textliche Beschreibungen vermögen.

Z E N O N V E R SC H A F F T D E N Ü B E R B LI C K Ü B E R D I E P RO D U K TI O N Ein weiterer wichtiger Punkt für den Prozess der sequentiellen Produktion ist die Verfügbarkeit von Daten und Informationen. Diese müssen jederzeit und überall zugänglich sein, um beispielsweise die Reaktionszeiten der Nutzer auf unerwartete Ereignisse innerhalb der Produktion zu verkürzen. Vor allem Webtechnologien und mobile Geräte, wie Smartphones oder Tablets, erlauben einen flexiblen Zugang zu der Kommunikation mit Maschinen und erleichtern dadurch das Verständnis für komplexe Sachverhalte. Eine weitere Herausforderung stellt im Rahmen von Industrie 4.0 die Vernetzung von Objekten, Steuerungen und Sensoren mit Anwendern zu einem Internet der Dinge, Daten und Dienste dar. Sie sorgt für eine neue Qualität der Verfügbarkeit von Informationen über die Produktionsabläufe in Echtzeit. Die Aktualität der Datenmodelle und die Transparenz des Produktionsgeschehen nehmen somit insgesamt zu. Die Rolle als System für ergonomische und moderne Visualisierung, abstrakte Datenaufbereitung und Übermittlung sowie eine stetige Verfügbarkeit und Zugänglichkeit auf verschiedenen Medien übernimmt zenon. FA Z IT In der Vergangenheit wurde die ergonomische Sicht auf die Visualisierung und Aufbereitung von Daten eher vernachlässigt. Grafische Oberflächen wurden in der industriellen Produktion meist schnell und ohne Bedacht gestaltet, da sich die Komplexität der Prozesse noch in Grenzen hielt und der Fokus auf die Lauffähigkeit des Systems gesetzt wurde. Für die Zukunft jedoch ist diese Thematik aufgrund der sich verändernden Produktionsumgebung als weiterer Schritt in Richtung Industrie 4.0 unumgänglich. Die stärkere Orientierung des Produkts an den Kunden und die somit erstandene Produktindividualität ist ausschlaggebend für die Wettbewerbsfähigkeit und führt dazu, dass vorerst kein Ende der steigenden Komplexität im Produktionsumfeld in Sicht ist.

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Wie Künstliche Intelligenz, disruptive Innovationen und der Wandel unserer Mobilität die Automobilindustrie verändern

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Automobilindustrie 4.0 – Zukunft jetzt gestalten

Autonomes Fahren, Elektromobilität und Carsharing – die Automobilindustrie steht derzeit vor der wohl größten Veränderung seit Beginn ihrer Geschichte. Gleichzeitig revolutioniert die Digitalisierung die Produktion in rasanter Geschwindigkeit. In dieser Umbruchphase betreten zum ersten Mal neue Player den Markt und bedrängen die großen Hersteller mit disruptiven Ideen und hoher Innovationsbereitschaft. Wie können Automobilisten den Weg zur Industrie 4.0 beschreiten? Wie bleiben sie wettbewerbsfähig? Und wie sieht sie überhaupt aus, die Mobilität der Zukunft? Wir haben mit Zukunftsforscher Lars Thomson über Produktion 4.0, Künstliche Intelligenz und die Mega-Trends in der Automobilindustrie gesprochen.

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Nr. 32, Oktober 2017 © Ing. Punzenberger COPA-DATA GmbH www.copadata.com/iu

UNSER G E S P R ÄC H S PA R TN E R :

LARS THOMSON Seine Thesen und Zukunftsszenarien sind ebenso provokant wie faktisch nachvollziehbar. Lars Thomsen gehört zu den weltweit führenden Zukunftsforschern und ist einer der einflussreichsten Experten für die Zukunft der Energie, Mobilität und Smart Networks. Seit mehr als 20 Jahren berät er als selbstständiger Unternehmer Firmen, Konzerne, Institutionen und regierungsnahe Stellen in Europa bei der Entwicklung von Zukunftsstrategien und Geschäftsmodellen der Zukunft. Er ist Gründer und Chief Futurist des Think Tanks future matters. Mittlerweile vertrauen mehr als 800 Unternehmen auf sein Gespür für Trends und seine Expertise. In so genannten Roadmaps sagt er die Entwicklung für einen Zeitraum von 520 Wochen voraus. Schwerpunkt seiner Forschung liegt auf der Berechnung von Tipping Points – disruptiven Entwicklungen in Technologien, Märkten und Geschäftsmodellen – mit jeweils starken ökonomischen Auswirkungen für Industrien und Player. Mit seinen bewährten Methoden gelingt es ihm, diese Punkte mit einer Genauigkeit von rund 18 Monaten zu bestimmen. Lars Thomsen ist gefragter Keynote-Speaker auf nationalen und internationalen Kongressen und Tagungen. Seine Vorträge begeistern unterschiedlichste Auditorien.

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Die Digitalisierung hat die produzierende Industrie in den letzten Jahren sehr verändert. Worin sehen Sie den größten Wandel? Die Digitalisierung läuft in mehreren Phasen ab. In der ersten Phase haben wir alle analogen Prozesse abgeschafft. Jetzt geht es darum, alle beteiligten Elemente in einem Prozess an die digitale Welt anzuschließen. Wenn wir jedoch von der Digitalisierung als dem Mega-Trend sprechen, ist das meiner Meinung nach etwas irreführend. Denn wir digitalisieren unsere Kommunikation, unsere Arbeitsweise und vieles mehr seit ca. 30 Jahren. Aus meiner Sicht als Zukunftsforscher würde ich sagen, dass die wirkliche Veränderung in der Produktion gerade erst begonnen hat. Und zwar durch das Thema Künstliche Intelligenz und die nächste Ausbaustufe des Internets (Internet of Things), das eine völlig neue und eigene Intelligenz in die Produktion hineinbringt. Welche Vorteile bringt das für die produzierende Industrie? In den letzten Jahren ist ein digitales Nervensystem entstanden, das Maschinen und ganze Produktionsanlagen intelligent gemacht hat. Die Systeme lernen mittels Mustererkennung, Fehler zu vermeiden und Prozesse zu verbessern. Ich bezeichne diese Entwicklung gerne als das „Ende der Dummheit“. Bisher hatten wir es mit Maschinen zu tun, die so „dumm“ waren, dass es immer Menschen brauchte, die wussten, wie man die Maschinen einstellt oder wie man sie repariert. Dank Künstlicher Intelligenz können Maschinen und ganze Produktionsanlagen plötzlich selbst denken. Laut Monitoring Report Digital 2016 des Bundeswirtschaftsministeriums für Wirtschaft und Energie haben wir es in der Automobilindustrie lediglich mit „durchschnittlich digitalisierten Unternehmen“ zu tun. Warum ist das Ihrer Meinung nach so? Weil die Digitalisierung lange Zeit einfach nicht notwendig war, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Die Automobilindustrie war bislang eine sehr geschützte Industrie, die hauptsächlich Wettbewerber innerhalb der eigenen Branche hatte. Ziel der Automobilhersteller war es, ihre nächsten Modelle etwas sparsamer, schneller und effizienter zu produzieren. Sie wurden aber nicht von einer anderen Industrie herausgefordert. Ein weiterer Punkt: Das Auto war vorher recht autonom. Bis auf die Tatsache, dass es ab und zu mal getankt werden musste, funktionierte es für sich selbst. Und das hat sich verändert? Ja, beides hat sich geändert. Auf einmal kamen Neueinsteiger aus dem Bereich Consumer Electronics oder aus der IT, die der Branche Konkurrenz machen. Diese Unternehmen haben eine viel höhere Innovationsgeschwindigkeit und eine andere Risikokultur. Jetzt wird die Automobilbranche also zum ersten Mal richtig herausgefordert – nicht aus sich selbst heraus, sondern von außen. Und durch die Digitalisierung sind Autos auch nicht mehr so autonom: zukünftig ist das Auto Teil eines vernetzten Systems wie einer Stadt, einem Energiesystem oder einer Kommunikationsstruktur. Das verändert den Innovationsdruck und erfordert eine Digitalisierungsstrategie. Welche Innovationen sind für Automobilisten notwendig, um wettbewerbsfähig zu bleiben? Es gibt zwei verschiedene Arten von Innovation: die inkrementelle Innovation und die disruptive Innovation. Während bei der inkrementellen Innovation ein bestehendes System verbessert wird, beispielsweise ein Automodell etwas

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leichter, schneller und sparsamer wird, geht es bei disruptiven Innovationen um viel grundlegendere Fragen: Muss ein Auto einen Verbrennungsmotor haben? Oder müssen wir ein Auto selbst steuern? Bislang sind die Innovationszyklen von Autos mit 7–8 Jahren sehr lang. Gleichzeitig geht es hauptsächlich um kleinteilige, also inkrementelle Innovationen. Mit den neuen Wettbewerbern aus IT und Consumer Electronics verkürzt sich der Innovationszyklus und die Innovationsbereitschaft erhöht sich. Die Automobilindustrie braucht also dringend agile Strategien und die Bereitschaft für disruptive Innovationen. Warum denken Sie, dass sich die Automobilindustrie damit so schwer tut? Das hat zum einen mit der Management- und der Innovationskultur zu tun. Wenn es keinen Wettbewerbsdruck von außen gibt und man sein Umfeld sehr genau kennt, hat man nicht diese im positiven Sinne Paranoia, die man vielleicht braucht, um in hochaggressiven Märkten zu agieren. Zum anderen steht die Automobilindustrie vor der riesigen Herausforderung, dass sie derzeit mit drei Megatrends gleichzeitig konfrontiert ist. 1. Wie sieht der zukünftige Antrieb aus? Also Verbrennungsmotoren versus elektrische Motoren. 2. Müssen wir ein Auto zukünftig noch steuern oder wird es autonom fahren? 3. Ist Mobilität für das Individuum zukünftig mit dem Besitz des Fahrzeugs verbunden oder nur mit dem Zugang? Und wenn wir uns vergegenwärtigen, dass diese drei Megatrends die Industrie in den nächsten zehn Jahren komplett verändern werden, sehen wir, unter welch enormen Druck jede Entscheidung in der Produktion und bei der Entwicklung von Automobilen in Zukunft getroffen werden muss. Was bedeutet das konkret für die Produktion? In der Produktion müssen wir „out of the box“ denken. Wie können wir flexiblere Maschinen einsetzen, um Automobile zu produzieren? Wie können wir die Wertschöpfungstiefe der Produktion auf einfache Weise erhöhen? Und wie agil können wir Veränderungen oder Verbesserungen in den Produktionsprozess einbinden. Dafür muss sich die Automobilproduktion einiges von anderen Branchen abschauen. Sicherlich sind auch Fachleute aus anderen Industrien notwendig, die eine neue Agilität und Innovationskultur in die Automobilbranche hineinbringen. Tesla macht das vor: Die

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Minderheit der Entwickler dort war vorher in der Automobilbranche tätig. Welche Rolle spielt dabei die IT? Mit moderner IT entsteht eine eigene Intelligenz innerhalb der Produktionssysteme. Früher brauchte der Produktionsleiter viel Erfahrung, um sich über Jahre wertvolles Wissen aufzubauen. Dank Künstlicher Intelligenz haben wir es mit so smarten Systemen zu tun, die auf dieses Wissen nicht mehr zwangsläufig angewiesen sind. Intelligente Systeme machen selbst Vorschläge, wie Prozesse umgestellt werden müssen, um schneller zu produzieren. Oder sie wissen von selbst, wann sie gewartet werden müssen – Stichwort Produktion 4.0. Wie wird IT die Produktionsprozesse in der Automobilindustrie weiter verändern? Im Idealfall wird der Prozess vom ersten Design bis hin zum Fahrzeug, das aus der Fabrikhalle rollt, viel stärker von intelligenten Systemen und moderner Software unterstützt. Das heißt, dass ein Designer, der auf dem Bildschirm ein neues Auto designt, bereits im Hintergrund von einer Konstruktionssoftware und Produktionstools unterstützt wird. Am Ende reicht dann ein Knopfdruck aus, um das Auto vollautomatisiert zu produzieren. Das klingt im Moment natürlich noch nach einer Science-Fiction-Geschichte, aber da geht es hin! Über welchen Zeitraum sprechen wir da? Die Geschwindigkeit, mit der die Veränderungen kommen, ist enorm. Viel schneller als die meisten denken. Künstlichen Intelligenz, Big Data und Mustererkennung entwickeln sich wesentlich schneller als das Internet. Wenn wir uns überlegen, wie schnell die Entwicklung des Internets ging und wir dann nochmal den Faktor 3 für das Thema Künstliche Intelligenz anlegen, wird deutlich, wie rasant die Veränderungen vonstatten geht. Wie beeinflusst Produktion 4.0 die Arbeitswelt in der Automobilbranche? Arbeitskräfte, die viele Routine-Tätigkeiten machen, werden in den nächsten Jahren durch Roboter oder Künstliche Intelligenz ersetzt. Das betrifft nicht nur die Produktion, sondern auch die Administration oder den EngineeringBereich. Klar wird es immer noch Bedarf für Menschen geben. Die neuen Anforderungen werden aber eine andere Generation an Produktions-Spezialisten hervorbringen und neue Qualifikationen einfordern. Wer sich heute nicht mit Künstlicher Intelligenz beschäftigt, läuft Gefahr, in den nächsten Jahren nicht mehr gebraucht zu werden.

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Für die Arbeitnehmer sind das ja nicht so tolle Aussichten. Na ja, das kann man auch nicht wirklich schön reden. Der richtige Knick wird vermutlich in zwei bis drei Jahren sichtbar sein – wenn erste Hersteller, die vorher Tablets oder Smartphones produziert haben, plötzlich Autos bauen. Tablets werden heute komplett robotisiert hergestellt. Die Unternehmen werden auch das Produkt Auto von vorne herein so designen, dass es eine ähnlich hohe Automatisierungsstufe gibt wie bei der Fertigung von Consumer Electronics. Sie haben die drei Megatrends in der Automobilbranche angesprochen. Laufen die Entwicklungen parallel oder gibt es einen Trend, der sich schneller durchsetzen wird als die anderen? Alle drei Trends laufen parallel. Das ist das Interessante, aber auch das Gefährliche an der Entwicklung. Der Batteriepreis fällt schneller als alle gemachten Prognosen, nämlich 50 Prozent alle drei Jahre. Das führt zu einem Paritätspunkt, an dem ein elektrisches Fahrzeug günstiger ist als ein Verbrennungsfahrzeug – und das in ca. vier bis fünf Jahren. Beim autonomen Fahren sprechen wir über einen ähnlichen Zeitraum, bis selbstfahrende Fahrzeuge nur noch ein Zehntel der Unfälle verursachen im Vergleich zu von Menschen gesteuerten Autos. Und dann werden wir uns die Frage stellen: Wollen wir uns das als Gesellschaft wirklich leisten, zehn Mal so viele Unfälle und Verkehrsopfer in Kauf zu nehmen? Und das Thema Ownership? Auch das verändert sich parallel zu den anderen Trends. Ein Vergleich: Früher mussten wir uns eine teure Enzyklopädie kaufen, um Zugang zu Wissen zu haben. Heute greifen wir über das Internet auf das Wissen der Welt zu, das viel aktueller ist. Ähnlich wird es beim Thema Mobilität sein. Warum sollten wir uns für viel Geld ein eigenes Auto kaufen, wenn mit nur einem Knopfdruck ein Fahrzeug zu uns kommt und wir nicht einmal einen Parkplatz suchen müssen, weil das Auto einfach weiterfährt? Sie haben die neuen Wettbewerber aus anderen Industrien genannt. Wie groß ist der Druck, der von ihnen ausgeht? Ein beruhigender Trend ist sicherlich, dass es weiterhin eine Kunst sein wird, ein so komplexes Gerät wie ein Automobil zu bauen. Ich gehe aber davon aus, dass wir im Bereich der Mobilität in den nächsten fünf Jahren etwa zehn neue Mobilitätsanbieter auf dem Markt sehen werden, die zum Teil aus der IT und aus der Consumer Electronics kommen. In der neuen Wettbewerbssituation steckt viel Innovationskraft.

Beispiel Tesla: Mit der Elektrifizierung des Antriebs nimmt die Komplexität des Autos ab. Tesla plant die Anzahl der verbauten Teile so weit zu reduzieren, dass die Geschwindigkeit, mit der ein Auto produziert wird, um den Faktor 10 erhöht wird – das bedeutet 1000 Prozent schneller als bisher. Mit herkömmlichem inkrementellen Denken ist das nicht möglich. Das geht nur mit disruptiven Innovationen, dem Einsatz von Künstlicher Intelligenz und der nächsten Stufe intelligenter Robotik. Dass aggressive Player am Markt mit agiler Software und Künstlicher Intelligenz die Produktion der Zukunft gestalten werden, ist eine große Herausforderung für die Branche. Werden die bekannten Hersteller diese Herausforderung bestehen? Ob alle etablierten Marken in diesem Kampf bestehen können, wird man sehen. Auch Nokia war einst Marktführer von Handys, bis das Smartphone kam und neue Player auf den Markt brachte. Die Entwicklung bleibt spannend. Und nur weil einige Trends nicht so schnell kamen, wie manche gedacht haben, bedeutet das auf keinen Fall, dass wir auch in den nächsten Jahren keine Veränderungen haben werden. Das wäre für die Automobilindustrie eine der gefährlichsten Prognosen.

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SmartDigitalisierung in der Smart ory Automotive Factory

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Damit eine Automobilfertigung den Anforderungen der Smart Factory gerecht werden kann, braucht es den reibungslosen Austausch von Daten zwischen verschiedensten Bereichen und auf allen Ebenen. Offene Engineering-Tools bilden hierzu eine flexible und skalierbare Basis, die sich nahtlos in Systemerweiterungen einfügt. Bernd Wimmer, Industriemanager Automotive bei COPA-DATA, erläutert, wie zenon die Smart Automotive Factory unterstützen kann.

F LU S S V E R TI E F TSeit vielen Jahren ist die Automobilfertigung ein InD I E P RO D U K TInovationstreiber ON in der Produktionstechnologie. Durch e bestehender Anlagen weiter die vielfältigen Konfigurationsmöglichkeiten bei der Behst tiefergreifende stellung Informatinähert sich die Branche dem Ziel „Losgröße 1“ wonnen werden. In immer der Smart mehr an. Doch die kontinuierliche Optimierung der stemen zusammengeführt, die stellt neue Anforderungen an die eingesetzten Produktion htungen organisiertSysteme: wurden. von der Kommunikation zwischen unterschiedg an das eingesetzte System lichen Fertigungs-Komponenten über die Erfüllung von nabhängig mit anderen SysteSicherheitsstandards bis hin zur optimalen ergonomischen e Stärke von zenon. Benutzeroberfläche. Neben den Der interdisziplinäre Einsatz von Sysssen in vielen Fällentemen auch herund Daten ist der wesentliche Schlüssel zur „smarz. B. für die Anbindung von ten“ Automobilfertigung.

N A HTLOS E R DATE N F LU S S V E R TI E F T DA S WI S S E N Ü B E R D I E P RO D U K TI O N Um die Wertschöpfungsquote bestehender Anlagen weiter zu erhöhen, müssen zunächst tiefergreifende Informationen über die Fertigung gewonnen werden. In der Smart Factory werden Daten aus Systemen zusammengeführt, die bisher von getrennten Einrichtungen organisiert wurden. Wesentliche Anforderung an das eingesetzte System ist die Fähigkeit, offen und unabhängig mit anderen Systemen zu kommunizieren – eine Stärke von zenon. Neben den „Standards“ wie OPC UA müssen in vielen Fällen auch herstellerspezifische Protokolle, z. B. für die Anbindung von

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Dashboards

azure / cloud

Webclients

Security Authentifizierung HTML5 Smart Checklist

(Metadaten)

Smartphone

Tablet

App / SMS Management Reports

Big Data Predictive Analytics

SAP

SCADA Server

SCADA Client

Webserver

SCADA Standby Server

Abbildung: I nte r d i sz ipl i n ä r e r Date n f lu s s i n de r Sm a r t Fac tor y.

Bestandsanlagen, unterstützt werden. Die Vernetzung der verschiedenen Fertigungs-Einheiten schafft ein digitales Modell der Informationen, das dem Anwender eine exakte Kontrolle der Produktion ermöglicht. Einmal erfasste Daten aus dem Prozess muss das System konsistent über den gesamten Datenfluss verwalten – „vom Sensor bis zur Cloud“. Diese Daten werden von zenon ohne Verfälschung verarbeitet, weitergeleitet, gespeichert und angezeigt. Der durchgängige Datenfluss erlaubt die Verwendung der Informationen an den Stellen, wo sie benötigt werden und wo sie weitere Flexibilität für die Fertigung bedeuten. E F F I Z I E NTE S E N G I N E E R I N G M IT D E M Z E N O N WE R K Z E U G K A S TE N Um aus Daten Informationen zu gewinnen benötigt der User ein leistungsfähiges Tool mit guter Engineering Oberfläche. Mit zenon können selbst komplexe Projektierungsaufgaben

schnell und einfach umgesetzt werden. Im wiederkehrenden Einsatz und bei durchgängiger Verwendung hilft zenon bei der Standardisierung von Objekten und Projektteilen. Die graphische zenon Entwicklungsumgebung bietet ein umfassendes Portfolio an Möglichkeiten zur Projektbearbeitung. Das seit vielen Versionen konsequent weitergeführte Motto „parametrieren statt programmieren“ unterstützt den Anwender bei seinen Aufgaben. Auch weniger geübte Mitarbeiter können Erweiterungen und Änderungen schnell und fehlerfrei einpflegen. Der Einsatz von Bibliotheken und Vorlagen bringt eine große Auswahl an Einsatz-Szenarien, die aufgabenspezifisch angepasst und erweitert werden. Verteilte Systeme mit unterschiedlichen Stationen und jeweils spezifischen Aufgaben sind eine weitere Stärke von zenon, die Projektanten bei der Erstellung von kaskadierten Strukturen unterstützt. Die Entwicklung der zenon Projekte wird dabei bedarfsgerecht von zentralen Editoren oder

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von verteilten Stationen durchgeführt. Die zugehörigen Datenbanken übernehmen die Verwaltung der Projektdaten, die wiederum einem Änderungsmanagementsystem angeschlossen sind. I N FO R M ATI O N S F LU S S A L S E NT SC H E I D E N D E R E R FO LG S FA K TO R Eine Smart Factory wird nicht neu aufgebaut, sondern ist die Erweiterung bestehender Fertigungsstrukturen. Das System muss sich deshalb problemlos in eine bestehende Infrastruktur einbetten lassen. Skalierbare Systeme wie zenon leisten hier wertvolle Unterstützung. Sie ergänzen einzelne Anlagenbereiche oder Fertigungsabschnitte um die neuen Funktionen und vernetzt sie anschließend miteinander. Bestehende Hardware wird wiederverwendet. Die integrierte Redundanz von zenon erhöht überdies die Verfügbarkeit des Gesamtsystems. Die aus den Subsystemen aufgezeichneten Daten werden durch überlagerte Routinen weiterverarbeitet und ermöglichen dadurch „Machine Learning“, „Predictive Analytics“ und „Big Data“. Die Kommunikationsstärke von zenon erlaubt die Weitergabe der Informationen vom Sensor bis in die Cloud. Der Einsatz unterschiedlicher Zielsysteme erhöht die Flexibilität für den jeweiligen Anwender. Informationsaufbereitung gleicher Daten sowohl für Großbildanzeigen als auch mobile Clients schafft Durchgängigkeit bei der Datenverteilung. Zusätzlich sorgt zenon für einen manipulationssicheren Datenaustausch zwischen autorisierten Benutzern. TR A N S PA R E N Z F Ü R B E S S E R E E NT SC H E I D U N G E N Die zenon Mehrprojektstruktur mit Multiservern erlaubt die Schaffung verteilter Systeme. Hierbei werden die Aufgaben des Smart Factory Systems auf unterschiedliche Maschinen verteilt. Die „Datenserver“ innerhalb des zenon Netzwerks führen autonom deren spezifische Informationsverarbeitung aus. Durch die Clusterung der Gesamtdatenmenge auf die einzelnen Maschinen wird zudem die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöht. Gleichzeitig werden die vorverarbeiteten Daten an zentrale Datenbanken weitergeleitet, was die Transparenz für den Anwender erhöht und zu besseren Entscheidungen führt. N I E D R I G E R E LI F E - C YC LE COS T S D U RC H U SA B I LIT Y Gerade bei Systemen, die den Bediener mit vielen Informationen versorgen, spielen Ergonomie und Usability eine große Rolle. Eine moderne, aufgabenbezogene Bedienung zeigt dem User die richtige Auskunft zum richtigen Zeitpunkt, während integrierte Assistenzsysteme die Gefahr von Fehlbedienungen minimieren.

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Bei der Bearbeitung von Alarmmeldungen optimieren eingebettete Dokumente wie z. B. Anleitungen oder Verknüpfungen zu Schaltplänen die Suche nach dem Alarmgrund. Fertigungsinformationen werden in standardisierten Übersichtsbildern dargestellt, die dem Management eine gute Entscheidungsgrundlage geben. Integrierte Berichte des zenon Analyzers geben überdies Auskunft über die erfassten Daten. Vordefinierte Reports erzeugt das System automatisch und verteilt diese per Mail oder publiziert sie im Intranet. Der Anwender kann außerdem Berichte anpassen und mit individuellen Filtereinstellungen anzeigen und so spezifische Auswertungen erstellen. S M A R T AU TO M OTIV E FAC TO RY M IT ZENON Die Anforderungen an eine Smart Factory werden mit zenon optimal erfüllt: Der interdisziplinäre Einsatz wird durch die Kommunikations-Möglichkeiten optimal ergänzt. Mit zenon als ergonomischem Engineeringtool erstellen Projektierer Anzeigen, Berichte und Bedienoberflächen mit optimaler Usability. Die nahtlose Integration in die bestehende Infrastruktur erlaubt die effiziente und sichere Datenverarbeitung und Verteilung in der smarten Produktion.

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zag – der Wizard für die Automobilindustrie

rd zur automatisierten Mit dem zenon automotive generator (zag) bietet COPA-DATA einen Wizard zur automatisierten großer Gewinn fürAnalyse die von SPS-Daten und Umsetzung von Visualisierungsprojekten. Ein großer Gewinn für die und Wiederverwendung Automobilindustrie, die traditionell stark auf standardisierte Komponenten und Wiederverwendung setzt. Auch die AUDI AG setzt auf unseren „zag“.

hen Produktionsebene Die instalAutomatisierung von Engineering-Prozessen ermögmannschaft kümmert sich umdeutliche Zeit- und Kostenersparnis in der Prolicht eine trieb. jektumsetzung. Die oft knappen Zeitvorgaben lassen sich bschnitte werden von zentradamit einfacher einhalten. Simple und wiederkehrende Die Überwachung Aufgaben und Pflegekönnen vom Projektanten an den Wizard ausr Transportsteckengelagert findet im werden – so bleibt mehr Zeit für anspruchsvolle Ein manueller Eingriff in die und das Risiko von Fehlprojektierungen ist Tätigkeiten te ist von zentralerminimal. Stelle aus sehbare Abschnitte dürfen im en. Grund dafür ist„vor allem Z AG “ I N D E R P R A XI S : r. Da für den Handbetrieb B E I S Pnur I E L AU D I AG s dem Leitstand nötig Inist, derkomAutomobilproduktion werden Fahrzeugbauteile und ws CE-basierende Geräte zumüber weite Strecken transportiert. Die entspreKarossen chenden Fördertechniksysteme sind bei der AUDI AG eine

Etage oberhalb der eigentlichen Produktionsebene installiert, eine Instandhaltungsmannschaft kümmert sich um den unterbrechungsfreien Betrieb. Die einzelnen Transportabschnitte werden von zentralen STEP 7 SPSen gesteuert. Die Überwachung und Pflege der Steuerungsparameter der Transportstecken findet im zugehörigen Leitstand statt. Ein manueller Eingriff in die einzelnen Transportabschnitte ist von zentraler Stelle aus jedoch nicht erlaubt. Nur einsehbare Abschnitte dürfen im Handbetrieb gesteuert werden. Grund dafür ist vor allem die Sicherheit der Mitarbeiter. Da für den Handbetrieb nur ein Teil der Informationen aus dem Leitstand nötig ist, kommen dabei schmale, Windows CE-basierende Geräte zum Einsatz.

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S TA N DA R D I S I E R TE Z U O R D N U N G D E R BAU S TE I N E Für die Steuerung der den Pulten zugehörigen Handbereiche sind in der SPS passende Programmabschnitte eingerichtet. Jedes bedienbare Fördertechnikelement entspricht dabei einem standardisierten Funktionsbaustein in der Steuerung. Die Zuordnung der Bausteine zu den einzelnen Fördertechnikelementen folgt einem einheitlichen, standardisierten System von Aufrufparametern. Auch die Zuordnung von Fördertechnikelementen zu mehreren Handbereichen bzw. deren Überlappung ist möglich. Bereits bei der Planung des Transportlayouts definieren die verantwortlichen Mitarbeiter die einzelnen Handbereiche und legen so die Standorte der Bedienpulte fest. Bei der Erstellung des Programms für die zentrale Steuerung werden die Funktionsbausteinaufrufe schließlich mit den passenden Parametern verknüpft. Das vom SPS-Programmierer festgelegte Layout für die Bedienpulte wird dann bei der Erstellung der zugehörigen Projekte berücksichtigt. S P S U N D VI S UA LI S I E R U N G I M Z U SA M M E N S P I E L Der zenon automotive generator liest die benötigten Informationen automatisch aus dem Anlagen-Steuerungsprogramm aus und kann auf diese Weise viele Projekteigenschaften selbstständig festlegen. So ermittelt der Wizard beispielsweise die Anzahl und Art der Projekte für die Pulte, liest die zugehörigen Fördertechnikelemente aus und fügt sie in die dazugehörigen Anlagenbilder ein. Der „zag“ identifiziert auch globale Einstellungen für alle Projekte und konfiguriert sie in den einzelnen Projekten. Dazu gehören z. B.: – –

Anzeige der Namen und Statuszustände der verschiedenen Lastspannungskreise Übersicht und Zustände der jeweiligen Betriebsarten der Pulte

–

Einstellen der Netzwerkadressen (SPS und Pult-Adressen) – Konfiguration der Meldekanalanzeige Der Meldekanal kann für die Detailanzeige bestimmter Prozessgeräte oder Motormodule verwendet werden. Der Bediener fordert Detaildaten bei der Steuerung an und diese meldet die Daten für die Visualisierung zurück. Art und Inhalte der Meldekanäle bereitet der SPS-Programmierer vor – der „zag“ sammelt die notwendigen Daten aus dem Steuerungsprogramm und erzeugt die benötigten Bedienelemente für den Anwender. B E N U T Z E R F R E U N D LI C H E B E D I E N O B E R F L ÄC H E Mithilfe von Reitern stellt die Benutzeroberfläche des Wizards die jeweils aktuellen Aktionen des „zag“ übersichtlich dar. Mit jedem weiteren Verarbeitungsschritt wird automatisch auf den nächsten Reiter gewechselt. Der Bediener erhält so gleichzeitig eine Anleitung sowie umfassenden Überblick. Für die spätere Nachverfolgung bzw. Analyse werden alle Aktionen des Wizards in eine Protokolldatei geschrieben. Z E NTR A LE DATE N S P E I C H E R U N G Der zenon automotive generator legt die Informationen aus dem SPS-Programm in einer zentralen Datei ab. Die eigentlichen Pult-Projekte werden aus den darin gespeicherten Daten generiert. Soll das SPS-Programm zu einem späteren Zeitpunkt geändert werden, wird diese Datei für einen Vergleich verwendet. Bestehende Projekte werden lediglich ergänzt. In der aktuellen Version des Wizards werden die Informationen aus einem STEP 7-Programm ausgelesen. Die zentrale Datei ermöglicht eine Erweiterung des Wizards für andere Steuerungstypen. In diesem Fall müsste lediglich der Programmteil für die Datenerfassung und -speicherung entsprechend angepasst werden. Das Auslesen der zentralen Datei und die eigentliche Projekterzeugung lassen sich wiederverwenden.

„Ein konkretes Beispiel für den Einsatz des zag: Für die neue Produktfamilie A4 und A5 haben wir zusammen mit fünf Lieferanten für die Förderlagen im Karosseriebau 300 Projekte umgesetzt. An jedem Bedienpult läuft ein Projekt. Für die Projektierung ohne automatisiertes Engineering würde ein Mitarbeiter fünf Stunden pro Projekt benötigen. Das sind insgesamt 1.500 Stunden. Mit dem zag waren hierfür lediglich rund fünf Stunden plus eine visuelle Nachbearbeitung von ebenfalls circa fünf Stunden erforderlich.“ ERWIN-SEBASTIAN MEILINGER, PLANER FÜR DIE AUTOMATISIERUNGSTECHNIK IN DEN BEREICHEN LACKIEREREI UND FÖRDERTECHNIK BEI DER AUDI AG

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„Der zenon automotive generator von COPA-DATA bringt entscheidende Vorteile mit sich. Zum einen sparen wir erheblichen Zeitaufwand und damit natürlich auch Kosten bei der Projektierung neuer Anlagen. Zum anderen können wir mit dem zag gewährleisten, dass alle Projekte einheitlich und fehlerfrei sind. So werden beispielsweise keine unnötigen Variablen angelegt, die Projekte sind schlank und korrekt. Insgesamt konnten wir mit dem zag die Qualität in der Anlagenprojektierung steigern und die Produktivität erhöhen.“ ERWIN-SEBASTIAN MEILINGER, PLANER FÜR DIE AUTOMATISIERUNGSTECHNIK IN DEN BEREICHEN LACKIEREREI UND FÖRDERTECHNIK BEI DER AUDI AG

E I N FAC H E S A R B E ITE N M IT D E M „ Z AG “ Nach dem Start des „zag“ konfiguriert der Bediener den Wizard. Dabei legt er den Namen der zentralen Datei fest und wählt über eine Combobox das dazugehörige STEP 7-Programm aus. Nach dem Auslesen aller benötigten Daten aus dem SPS-Programm werden diese in der Datei gespeichert und über den „zag“ übersichtlich gruppiert angezeigt. In dieser Zusammenfassung sind auch alle im SPS-Code hinterlegten Pult-Konfigurationen ersichtlich und stehen für die Projektierung bereit. Der Wizard-Bediener kann nun auswählen, welche Pult-Projekte er erzeugen möchte. Der Wizard übernimmt bei der Projekterstellung folgende Schritte: 1. Einpflegen der globalen Daten in das Vorlageprojekt, darunter z. B. IP-Adresse der Steuerung, Konfiguration der Lastspannungen und Betriebsarten 2. Vorlageprojekt kopieren und automatisch für alle PultProjekte übernehmen 3. Pult-spezifische Kommunikationsvariablen aktivieren und korrekt adressieren 4. Dem jeweiligen Pult zugeordnete Fördertechnikelemente aus der Symbolbibliothek in die Bedienbilder einfügen und mit den entsprechenden Variablen verknüpfen 5. Für den manuellen Betrieb notwendige Symbole der Lastspannungskreise und Betriebsarten einfügen und konfigurieren 6. Meldekanal-Diagnosebild konfigurieren 7. Pult-Adresse für den Remote Transport einstellen und zenon Runtime-Dateien erstellen 8. Fertig! Das Pult-Projekt ist nun bereit für die Datenübertragung auf das Panel. Der „zag“ erzeugt nun automatisch, auf Basis der ausgelesenen Informationen aus dem SPS-Programm, die Handbedienbilder und fügt die zugehörigen Fördertechnikelemente direkt in die Bedienbilder der Pult-Projekte ein. Der

Projektant kann diese Elemente anschließend an die korrekte Position verschieben und auch drehen. So entsteht auf Wunsch ein maßgeschneidertes Fördertechniklayout. Über eine Update-Funktion im Wizard ist natürlich auch die nachträgliche Anpassung bzw. Ergänzung der Projekte mit weiteren Fördertechnik-Komponenten möglich. Einige unserer namhaften Kunden aus der Automobilbranche setzen bereits auf den zenon automotive generator. Bei der AUDI AG ist er nun seit drei Jahren erfolgreich im Einsatz.

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Vid eo: M it d em „ zag “ bis zu 9 8% Zeit in d er Projek t ieru ng s pa ren S c a n & Play!

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