Optimierung der Produktion mit Smart Devices

Mitarbeiter in einer Produktion sind oft mit zeitaufwendigen Abläufen konfrontiert, für die sie nicht ausreichend effizient durch das Produktionssystem unterstützt werden. So muss sich ein Maschinenbediener Informationen auf Papierlisten oder von stationären Bedienpanels besorgen, um beispielsweise Auftragsvorbereitungen oder Wartungsarbeiten durchführen zu können. Fehler und zu erledigende Aufgaben werden durch Statuslampen an den Maschinen angezeigt. Der Maschinenbediener überblickt diese nur in einem begrenzten Bereich der Anlage und kann nur auf Fehler reagieren, die er erkennt; auch die Priorisierung von parallelen Aufgaben erfolgt auf Basis persönlicher Erfahrung. Beides führt häufig zu unnötigen Stillstandzeiten.

Mittels moderner Mobil-Technik lassen sich diese Problemfelder gezielt angehen – etwa in folgender Art und Weise:

Der Schlüssel zur Effizienzsteigerung: Nicht der Maschinenbediener muss sich erforderliche Informationen aus verschiedenen Quellen besorgen, sondern Apps liefern die notwendigen, kontextspezifischen Informationen zum richtigen Zeitpunkt. Dadurch weiß er jederzeit, welche Aufgabe als nächstes zu erledigen ist, um die Produktion am Laufen zu halten. Auf dem Smartphone werden zusätzlich detaillierte Beschreibungen und Handlungsanweisungen angezeigt. Die Smart Watch hingegen hat den großen Vorteil, dass der Maschinenbediener beide Hände für seine Aufgaben frei hat und durch Vibrationsalarm trotzdem unmittelbar benachrichtigt wird. Eingesetzte Apps sind idealerweise für beide Gerätetypen optimiert.

Bei Schichtbeginn erhält der Maschinenbediener sein präferiertes Endgerät, an dem er sich über einen Log-In oder mithilfe des Fingerabdrucks identifiziert. Dadurch kann die persönliche Konfiguration des Benutzers, wie Zuständigkeitsbereich und anstehende Aufgaben, geladen werden. Außerdem können beispielsweise Sprache oder Signalisierungsart der Alarme als Präferenz gespeichert werden. Aufgaben sind Alarme über Stillstände und Fehlersituationen, oder Meldungen zur Sicherstellung des Betriebs, wie Nachfüllen von Material und Wartungsaufgaben. Den zuständigen Mitarbeitern werden die Aufgaben in einer priorisierten Liste angezeigt, welche die optimale Abarbeitungsreihenfolge vorgibt. Die Priorisierung erfolgt anhand der noch verfügbaren Zeit zur Erledigung – höchste Priorität haben Alarme.

Die skizzierte Lösung nutzt Daten in Produktionsanlagen, die entweder über spezifische Schnittstellen von Maschinen oder einem MES-System (Manufacturing Execution System) zur Verfügung gestellt werden. Eine zentrale Serverapplikation übernimmt die Datenaufbereitung und stellt die aggregierten Informationen in erforderlicher Form als JSON-Dateien über Interfaces allen mobilen Geräten zur Verfügung. Diese Serversoftware kann sowohl auf lokaler Serverhardware in der Produktionsanlage, als auch auf Cloud-Servern betrieben werden.

Beim Betrieb auf lokalen Servern verlassen keine Daten die Produktion und die Datensicherheit kann bereits durch die IT-Security in der Produktionsanlage sichergestellt werden. Der Betrieb des Servers in der Cloud bringt jedoch auch zahlreiche Vorteile: Die Serverleistung ist beliebig skalierbar, es muss keine eigene Serverinfrastruktur betrieben und gewartet werden, der Zugriff z.B. für Monitoring kann von überall erfolgen und verfügbare Dienste der Cloud-Plattform können zur Datenauswertung genutzt werden. Die Apps selbst sind plattformunabhängig als Cross Compiled Apps realisiert. Gegenüber Native Apps reduzieren sich damit die Mehrkosten in der Entwicklung beim Einsatz weiterer mobiler Plattform massiv.

Sicherheitsfragen müssen bereits in der Designphase berücksichtigt und während der Entwicklungsphase gelöst werden. Zur Anwendung kommen praxiserprobte State-of-the-Art Technologien: Die Kommunikation zwischen Server und Smart Device ist zusätzlich zur WLAN-Verschlüsselung über TLS (https) abgesichert. Man-in-the-middle-Attacken werden zuverlässig durch den Einsatz von Zertifikaten verhindert. Sensitive lokale Daten werden verschlüsselt auf dem Smart Device abgelegt – gegebenenfalls auch Hardware-verschlüsselt, soweit die mobilen Endgeräte dazu in der Lage sind.

Bei der Entwicklung einer Lösung mit hohem Kundennutzen sind viele Aspekte zu berücksichtigen und Fragen zu beantworten – die Entwicklung der App selbst ist nur ein Teil der Lösung. Berücksichtigt werden müssen neben Anwendungsfällen, Architektur und Technologie auch Themen wie das Bedienkonzept. Industrielle Projekte starten typischerweise nicht auf der „grünen Wiese“, deshalb muss immer die Ausgangssituation mit einbezogen werden, die dann evolutionär weiterentwickelt werden kann. Jeder dieser Entwicklungsschritte sollte dabei einen konkreten Zusatznutzen bringen.

Der „Fahrplan zur Digitalisierung“ (siehe Infografik) ist ein in zahlreichen Projekten entwickeltes und bewährtes Vorgehensmodell: Er ermöglicht den zielgerichteten Weg zur Lösung in drei Phasen. In der ersten Phase werden neben der Ausgangssituation auch die wesentlichen Zielsetzungen definiert und damit die Inhalte der Konzeptphase abgesteckt. In dieser Phase wird die Lösung definiert, Technologien, Architektur und Bedienkonzept werden festgelegt und prototypisch abgesichert. Dadurch ist die Basis für die Umsetzung vorhanden, die in der nachfolgenden Realisierungsphase iterativ in monatlichen Sprints erfolgt.

Die Lösung mit Smartphone und Smartwatch verbessert die Integration des Bedieners in den Gesamtprozess und optimiert dadurch den Betrieb von Produktionsanlagen – Stillstände werden reduziert, weniger Bedienpersonal ist erforderlich und eine schnellere Einarbeitung ist möglich.

Dies führt unmittelbar zur Kostenreduktion im Betrieb: Die breite Basis an Funktionalität, Sensorik und Funktechnologie von Smartphone und Smartwatch birgt Einsparpotenziale für Entwicklung und Betrieb.

Fragen zur Funktionalität, Interaktion, Architektur, Sicherheit und Technologie, die sich bei der Entwicklung von Anwendungen für den industriellen Einsatz stellen, werden durch den „Fahrplan zur Digitalisierung“ strukturiert und effizient beantwortet. Damit wird sowohl der bestmögliche Nutzen, als auch die erforderliche Qualität der Lösung erreicht. Die flexible Architektur und die eingesetzten Technologien stellen Erweiterbarkeit, Datensicherheit und somit langfristigen Einsatz sicher.

Dr. Klaus Wiltschi und Thomas Sorg sind in leitender Funktion für die In-Tech Industry GmbH in München tätig.