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20.04.2001 - 

IT im Anlagen- und Maschinenbau/Vom Selling Internet zum Working Web

Vitamin E für den Maschinenbau

Lohnt es sich, Maschinen mit Web-Servern auszustatten? Ist die Steuerung auf der Basis von Internet-Technik das Nonplusultra? Oder sollten Maschinenbauunternehmen ihr Angebot mit Web-basierenden Dienstleistungen veredeln? Der Autor hat vielfältige Ideen auf ihre Realisierbarkeit geprüft. Von Johannes Kelch*

Vom Mausklick, der ein Traumauto bestellt, bis zur Produktion der ersten Komponenten vergehen nur wenige Sekunden. Die Bestellung wird beim Hersteller automatisch in Bestandteile zerlegt, und dann laufen die Drähte heiß. Via Internet landen die Informationen zu jedem benötigten Teil direkt in den Maschinen der Zulieferer. Automatisch hergestellt, Just in Time verschickt und bei Systemzulieferern montiert, treffen die Bauteile exakt zum richtigen Zeitpunkt beim Automobilhersteller zur Endmontage ein. Schon nach wenigen Tagen verlässt das nagelneue Wunschauto die Fabrik.

Die Idee vom E-ManufacturingDiese Vision von der Anbindung von Fertigungsmaschinen an das Internet treibt heute die Maschinenbauer um. Die Protagonisten der Idee schwärmen von "E-Manufacturing".

So propagiert Edgar Schüber, Geschäftsführer der Karlsruher XCC Software AG und Vorstandsmitglied im Fachverband Software des Verbandes des Deutschen Maschinen- und Anlagenbaus VDMA, die Verschmelzung von Office und Produktion: "Vom schnellen Bestell-Mausklick der Kunden geht es nun digital vernetzt über die Logistik bis in die Produktion und Entwicklung vor Ort." Es sei an der Zeit, das reine "Selling Internet" um das "Working Web" zu ergänzen und die gesamte Wertschöpfungskette in der Industrie zu automatisieren, spornt Schüber die Branche an. Nur mit der Web-fähigen Produktion und deren Integration mit E-Markets, ERP-Systemen und Lieferketten könnten die Firmen noch dem steigenden Wettbewerbsdruck begegnen.

Durchlaufzeiten weiter reduzierbarDer Maschinenbauingenieur Tom-David Graupner wirbt gleichermaßen dafür, das E-Business mit dem E-Manufacturing und dem Supply- Chain-Management zu verbinden. Der Fachmann vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart ist überzeugt, dass sich lange Durchlaufzeiten und hohe Lagerbestände - heute unumgänglich aufgrund des Variantenreichtums bei den Fahrzeugen - durch den Einsatz der Internet-Technik wieder reduzieren lassen. Graupner glaubt, dass das mit dem Selling Internet verbundene Working Web zu einer schnelleren Produktion ("Drei-Tage-Auto") führt und erhebliche "Kostenreduktionspotenziale" erschließt.

So gewaltig die Internet-Euphorie in der Branche ist, genauso prekär sind beim E-Manufacturing die Schwierigkeiten im Detail. So reicht die Internet-Technik für sich genommen nicht aus, um Maschinen zuverlässig zu steuern, erklärt der Volkswirt Patrick Schwarzkopf vom Forum Fabrikautomation beim VDMA. Im Herstellungsbetrieb sind echtzeitfähige Systeme gefragt, die in der Lage sind, innerhalb von Sekundenbruchteilen zu reagieren können. Steuerungsbefehle, die per E-Mail an Maschinen verschickt werden, können jedoch im Stau stecken bleiben und ein paar Sekunden zu spät ankommen, wenn der größte anzunehmende Unfall - etwa eine Kollision zwischen Roboter und Mensch - bereits passiert ist.

Keine Browser, sondern MenschenSehr skeptisch beurteilt Rainer Stetter von der auf Software für den Maschinenbau spezialisierten ITQ GmbH in München die Internet-Aktivitäten der Branche. Der Ingenieur, ebenfalls Vorstandsmitglied im VDMA-Fachverband Software, prophezeit dem E-Manufacturing das gleiche Schicksal wie dem vor Jahr und Tag hochgejubelten E-Business. Als zentrales Problem benennt der Ingenieur die Sicherheit: "Von außen ist aus rechtlichen und sicherheitstechnischen Gründen keine Steuerung von Maschinen möglich." Hinzu kommt, dass viele konservative Anwender eine Übertragung von Daten aus einer Maschine via Internet - etwa zum Hersteller - ablehnen. Stetter wörtlich: "Viele Firmen wollen sich nicht in die Karten schauen lassen. Und wenn Probleme auftreten, dann wollen sie keinen Browser, sondern einen Menschen."

Mit einer ordentlichen Portion Skepsis argumentiert auch Peter Früauf, Informatiker beim VDMA. Es sei ein "faszinierender Gedanke, jede Maschine und jeden Antrieb einzeln anzusprechen". Die Technologie, jede Maschine ans Internet anzuschließen, sei verfügbar. Viel Nutzen, so Früauf, könne in der Fernüberwachung und Fernwartung liegen, da der Ausfall von Maschinen hohe Kosten verursache. Abgesehen von Sicherheitsfragen müsse aber im Einzelnen geklärt werden, wer wann via Internet auf eine Maschine zugreifen dürfe. Eine schnelle und unüberlegte Übernahme von Technik aus der Bürokommunikation in die Fabrik lehnt Peter Früauf ab: "Man kann die Internet-Technik nicht blind und sofort in hochkomplexe Fertigungsanlagen einbauen."

Trotz solcher Einwände und Einschränkungen arbeiten Softwarefirmen und Forschungsinstitute fieberhaft am Web-Enabling von Maschinen und Anlagen. Größte Herausforderung ist dabei die Steuerung von Maschinen unter Verwendung von Internet-Technik (innerhalb der Fabrik, nicht übers Netz).

Als eines der ersten Unternehmen der Branche hat die Willi Stürtz Maschinenbau GmbH mit Sitz im rheinland-pfälzischen Neustadt/Wied eine Fertigungslinie mit einer Steuerung ausgestattet, die auf der Browser-Technologie und dem Internet-Protokoll TCP/IP beruht. Bei der Produktion von Kunststofffenstern folgen auf die Bearbeitung der angelieferten Kunststoffprofile das Schweißen zu Fensterelementen, dann die maschinelle Entfernung von Schweißraupen und am Ende die Montage der Beschläge. Eine besondere Schwierigkeit bei der Fensterproduktion sind die zahlreichen Größen und Kategorien. Bislang wurden die verschiedenen Maschinen getrennt voneinander gesteuert. Stürtz setzt nun als Pilotanwender zur Steuerung einer Fensterstraße die Software Jetweb der Spezialfirma Jetter in Ludwigsburg ein.

Die neue Steuerung leitet die CAD-Daten der bestellten Fenster in die Maschinen, sorgt für den Durchfluss der Daten durch die Fertigungslinie während der laufenden Produktion und sendet Statusmeldungen sowie Produktionszahlen und Qualitätsdaten zurück. Sie dient damit auch der Anlagenüberwachung.

Doch wie wurden mit der neuen Steuerung die Kollision von Mails im Ethernet ausgeschaltet und der Zugriff auf die Maschinen in Echtzeit verwirklicht? Für den Ausschluss von Kollisionen sorgt ein "geswitchtes Ethernet". Die Switches im Netz empfangen die Daten, prüfen, ob der angesteuerte Port frei ist, und senden nur dann, wenn er gerade nicht belegt ist. Die Verzögerung, mit der ein Steuerungsbefehl in der Maschine ankommt, ist damit berechenbar.

Jetweb verwendet das Protokoll UDP, um Schnelligkeit im Datentransfer zu erzielen. UDP gehört zur TCP/IP-Familie, ist deutlich schneller als das gebräuchliche Internet-Protokoll, aber ungesichert. Es kann eingesetzt werden, wenn - wie im Fall der Jetweb-Steuerung - Sicherheit durch andere Mechanismen, beispielsweise das zyklische Senden von Daten, erreicht wird.

Infos können abonniert werdenSchießlich sorgt auch die Systemarchitektur für Echtzeitfähigkeit der Steuerung. Anstelle eines hierarchischen Master-Slave-Konzepts, bei dem sämtliche Daten über den Master laufen, ist bei Jetweb ein Publisher-Suscriber-Modell realisiert. Informationen können "abonniert" werden, so kann etwa der Meister an einem PC regelmäßig alle wichtigen Informationen aus den Maschinen abrufen.

Mit diesen technischen Finessen wird bei der Fensterstraße von Stürtz eine "garantierte Reaktionszeit" von höchstens 20 Millisekunden erreicht. Ob Stürtz die neuartige Steuerung standardmäßig in die Produkte einbauen wird, ist jedoch noch offen. Sowohl der Firmenchef als auch der DV-Leiter ließen Anfragen der COMPUTERWOCHE unbeantwortet.

Wesentlich einfacher als die Steuerung von Maschinen mit Hilfe der Internet-Technik sind Dienstleistungen übers Web zu realisieren. In einem Verbundprojekt lotet die Fraunhofer-Gesellschaft aus, wie Maschinenbauunternehmen und ihre Kunden zu einer neuen produktiven Zusammenarbeit finden könnten. An der Entwicklung von "E-Industrial-Services" sind mehrere produktionstechnische Institute beteiligt.

Die harte Konkurrenz auf dem Weltmarkt führt mehr und mehr zu der ungünstigen Situation, dass mit Maschinen allein kein Geld mehr zu verdienen ist. Folgerichtig sucht die Fraunhofer-Gesellschaft nach "produkt- und produktionsbegleitenden Mehrwertdiensten", die nicht nur den Betreiberfirmen nutzen, sondern auch die Maschinenbauer aus der Verlustzone heraushalten.

Die Chance, Gewinne zu erzielen, liegt heute im "After-Sales-Geschäft", so der Ingenieur Tom-David Graupner IPA in Stuttgart. Er glaubt, dass sich künftig die Produktion nach dem "Betreibermodell" immer stärker durchsetzen wird. Hier mietet der Anwender eine Maschine, anstatt Investitionen in Millionenhöhe zu tätigen. Er bezahlt auch nur für die gut produzierten Teile - ähnlich wie heute der Bürger im Copy-Shop lediglich für die gelungenen Kopien aufkommt. Das Betreibermodell lässt sich allerdings nur realisieren, wenn der Hersteller in der Lage ist, seine vermieteten Maschinen beim Anwender vor Ort intensiv zu überwachen. Sind die Maschinen über den Globus verstreut, zahlt sich eine gute Verbindung via Internet aus.

Wie viele Teile wurden produziert? Wie hoch ist der Ausschußanteil? Ist die Maschine noch in Ordnung? Wann ist die nächste Wartung fällig? Welche Ersatzteile werden benötigt? All diese Fragen kann die Maschine selbst beantworten, wenn sie einen oder mehrere Anschlüsse ans Internet hat und von Zeit zu Zeit, bei ersten Fehleranzeichen oder im akuten Katastrophenfall Meldungen absetzt.

Mit speziellen Diensten zur "zustandsorientierten Instandhaltung" will die Fraunhofer-Gesellschaft aufzeigen, wie Maschinenbauunternehmen die Verfügbarkeit und Prozessfähigkeit ihrer Produktionssysteme sichern und "auf ein bisher unerreichtes Niveau" heben können. Zu diesem Zweck überwachen Sensoren direkt in den Maschinen oder Anlagen verschleißintensive Maschinenteile und senden die Messdaten kontinuierlich an den Betrieb. Auf diese Weise wird das breite Erfahrungswissen für die Früherkennung von möglichen Problemen oder die Behebung schon eingetretener Fehler genutzt. Teuere Stillstandzeiten lassen sich dadurch vermeiden.

Papier kommt nicht mehr vorIm Schwerpunkt E-Logistik sondieren Forscher des IPA Möglichkeiten zur Gestaltung, Planung, Steuerung und Abwicklung sämtlicher Material-, Waren- und Informationsflüsse via Internet. Ziel ist die medienbruchfreie Auftragsabwicklung - bedrucktes Papier kommt nicht mehr vor, die beteiligten Firmen tauschen sich nur noch übers Internet aus.

Experimentiert wird mit E-Optimization. Hier wird geprüft, ob sich "produktionslogistische Rationalisierungs- und Verbesserungsmaßnahmen" via Internet erzielen lassen. So sollen Berater zeigen, wie sich ein ausgeklügelter Materialfluss und veränderte Produktionsmethoden zu einem deutlich verbesserten Gesamtergebnis aufsummieren. In einer Projektbeschreibung ist von einer "völlig neuen Form des kooperativen Planens und Steuerns aller Informations- und Warenflüsse" die Rede.

Fabrikplanung beschleunigenDie Ideen der Fraunhofer-Spezialisten kreisen nicht nur um das After-Sales-Geschäft. Mit "E-Simulation" will das Verbundprojekt den bislang äußerst langwierigen Prozess der Fabrikplanung beschleunigen. In aller Regel sind an der Planung einer Produktionsstätte neben dem Generalunternehmer mehrere Fachleute für Detailfragen beteiligt. Bis heute kosten der Ausdruck und Versand der Pläne sehr viel Zeit, so dass sich allein die Planungsphase über einen Zeitraum von 24 Monaten hinziehen kann. Das größte Problem besteht darin, dass niemand exakt den gerade aktuellen Planungsstand kennt. E-Simulation soll hier Abhilfe schaffen. Vorausgesetzt, alle Beteiligten arbeiten mit den gerade aktuellen Planungsdaten und 3D-Modellen, die via Internet einsehbar sind, und stellen ihre eigenen Arbeitsergebnisse umgehend zur Verfügung, wird insgesamt sehr viel Zeit eingespart.

Technische Basis sämtlicher E-Industrial Services ist die Serviceplattform "Platin", die vom Institut Focus der Gesellschaft für Mathematik und Datenverarbeitung GMD entwickelt und im Fraunhofer-Verbundprojekt um ein Content-Management-System ergänzt wurde. Platin ist Corba-basierend und hält sich an einschlägige Telekommunikationsstandards sowie an den Tina-Standard für Serviceplattformen. Eine objektorientierte Datenbank dient unter anderem der Rechteverwaltung. Die Serviceplattform sorgt für die Authentifizierung und Autorisierung der User. Außerdem soll sie durch Verschlüsselung der Daten Sicherheit bei Transaktionen zwischen Nutzern und Dienstleistern gewährleisten. Mit einer Firewall weist sie zudem unerwünschte Eindringlinge ab.

Nach Auskunft von Ralf Berger, Informatiker beim Berliner Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK, wird die Serviceplattform bislang lediglich in dem Fraunhofer-Verbundprojekt eingesetzt. Es gibt noch keine Pilotkunden, welche die Plattform nutzen. Die Serviceplattform soll jedoch künftig Maschinenbauer in die Lage versetzen, "sehr schnell eigene Dienste zu entwickeln".

*Johannes Kelch ist freier Journalist in München.

Abb: Plattform für E-Industrial-Services

Die Service-Plattform "Platin" ist bisher nur in einem Fhg-Verbundprojekt eingesetzt. Sie ist Corba-basierend und nutzt den Tina-Standard. Quelle: Fhg-IPK