Wie wird zukünftig produziert?

2011 wurde im Rahmen der Hannovermesse „Industrie 4.0“ als strategisches Ziel für die Zukunft der industriellen Produktionstechnik genannt. Moderne Ansätze aus der Informations- und Kommunikationstechnik sollen auf die Operational Technology (OT) übertragen werden. In der Praxis leitet sich daraus die Notwendigkeit ab, die heterogene Landschaft an Systemen zur Steuerung, Überwachung und Optimierung interoperabel zu betreiben. Die Umsetzung der Vision hinkt jedoch den Erwartungen hinterher, da die Realisierung einem grundlegenden Paradigmenwechsel gleichkommt. Außerdem gibt es nicht den einen richtigen Weg der Problemlösung, sondern verschiedene Lösungsvarianten mit teils untereinander inkompatiblen Lösungsbausteinen.

ISW stellte auf der SPS-Messe aus

Das ISW hat auf der diesjährigen Smart Production Solutions-Messe, eine der größten internationalen Fachmessen für elektrische Automatisierungstechnik, Mitte November die Stuttgarter Maschinenfabrik ausgestellt. Diese stellt eine vollständig digitalisierte Produktionsumgebung und damit ein konkretes Umsetzungsprojekt der Vision Industrie 4.0 dar. Einzigartig ist der software-definierte Lösungsansatz.

Konkret lassen sich in der Stuttgarter Maschinenfabrik Produkte mit Losgröße 1 auf verschiedenen Maschinen mit unterschiedlichen Fertigungsverfahren herstellen. Architektonisch folgt der Ansatz dem Grundgedanken die Produktionshardware und -software nach dem Vorbild der Virtualisierung aus der Informatik in drei Schichten aufzuspalten. Dabei wird die untere Schicht (technologische Infrastruktur) mithilfe einer Abstraktionsschicht konsequent von der oberen Schicht (Anwendungen) getrennt.

Die Aufgabe der technologischen Infrastruktur besteht darin Rechenkapazitäten (Feldgeräte, IPCs, Edge-Nodes, Cloudcomputer) und Konnektivität bereitzustellen. Außerdem gehören dazu Technologien wie Containervirtualisierung, virtuelle Maschinen, OPC Unified Architecture (OPC UA) oder Time-Sensitive Networking (TSN). Die darüber liegende Abstraktionsschicht bildet diese Hard- und Softwareobjekte genauso wie die zu fertigenden Produkte in Form von Verwaltungsschalen ab. Sie stellt die Schnittstelle zwischen Infrastruktur- und Anwendungsschicht dar und ermöglicht die Entwicklung von Anwendungen ohne Kenntnis der Infrastruktur. Die Anwendungen verwenden die Abstraktionsschicht als Informationsquelle und  -senke und umfassen Services wie beispielsweise CNC-Steuerungen, Condition Monitoring, Optimierung von Produktionsabläufen am digitalen Zwilling oder virtuelle Produktfertigung zur Qualitätsprädiktion.

Großprojekt SDM4FZI  

Die Ergebnisse sind vorwiegend im Großprojekt SDM4FZI entstanden. Hierbei wollen die Wissenschaftler*innen Lösungen für die Produktionstechnik entwickeln, die es kleineren und mittleren Unternehmen erlauben, sich schnell, flexibel und effizient auf Nachfrageschwankungen, Lieferengpässe und individualisierte Produkte einzustellen. Beteiligt sind seitens der Universität Stuttgart neben dem ISW als Konsortialführer auch das Institut für Automatisierungstechnik und Softwaresysteme (IAS) sowie die Institute für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb (IFF) sowie für Software Engineering (ISTE).