Elektronikfertigung Der Arbeitsplatz im Zeitalter von IIoT und Industrie 4.0

Autor / Redakteur: Dr. Friedrich W. Nolting * / Franz Graser

Hochflexible und variantenreiche Fertigungen können nicht auf manuelle Tätigkeiten verzichten. Der Beitrag zeigt Lösungsansätze auf, wie sich manuelle Prozesse in Industrie-4.0-Konzepte integrieren lassen.

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Zusammenführung: Neben dem Produktmodell gibt es das Prozessmodell, das die Prozess und Prüfparameter enthält. Erst durch die Integration von beiden Informationen ergibt sich ein vollständiges Abbild des Produktfortschrittes sowie der Produktqualität.
Zusammenführung: Neben dem Produktmodell gibt es das Prozessmodell, das die Prozess und Prüfparameter enthält. Erst durch die Integration von beiden Informationen ergibt sich ein vollständiges Abbild des Produktfortschrittes sowie der Produktqualität.
(Bild: Aegis Software)

Kommunizieren Maschinen untereinander, so bestehen die Herausforderungen darin, Informationen über geeignete Schnittstellen, mit aktueller Technologie und standardisierten Protokollen auszutauschen. Maschinen folgen dabei entsprechend ihres Funktionsumfanges vorgefertigten Mustern bei der Ausführung von Prozessen und Arbeitsschritten. Das Konzept „Industrie 4.0“ verlagert nun zusätzliche Entscheidungskompetenzen in die Prozessabläufe, so dass mehr oder weniger sich selbst optimierende Produktionsabläufe entstehen.

Voraussetzungen dafür sind allerdings weitreichende Normierungen für den Datenaustausch und die Verarbeitung sehr großer Datenmengen. Eine Herausforderung, der sich die gesamte Industrie international bereits stellt und in ersten Lösungsansätzen präsentiert. Welche Anforderungen ergeben sich daraus für die Mitarbeiter?

Alle Beteiligten müssen in das Konzept der Industrie 4.0 integriert werden. Intelligente Arbeitsvorbereitung, Prozessdefinition und manuelle Prozessschritte sollen bewusst einbezogen werden und sollen sich als Bestandteil einer Gesamtlösung verstehen. Eine besondere Bedeutung erhalten die manuellen Prozesse, wenn sie in automatisierten Gesamtanlagen eingebunden sind.

Der smarte Arbeitsplatz im Industrie-4.0-Umfeld

Das gesamte Konzept Industrie 4.0 würde scheitern, wenn nicht auch die manuellen Prozesse integrierbar wären. Denn aus wirtschaftlichen Gründen ist davon auszugehen, dass speziell bei hoch flexiblen und variantenreichen Fertigungen die manuellen Tätigkeiten fester Bestandteil auch der modernsten Produktionsbetriebe bleiben werden. Im Folgenden werden erste Lösungsansätze vorgestellt, die eine Integration von manuellen Tätigkeiten in Industrie-4.0-Konzepte aufzeigen.

Für die Fabrik der Industrie 4.0 ist es entscheidend, wie alle relevanten Prozess- und Qualitätsdaten erfasst, aufbereitet und bereitgestellt werden. Die Aegis-Lösung erfüllt sowohl mit der IT-Infrastruktur als auch mit dem Software-Konzept die Herausforderungen, die Industrie 4.0 an ein System für den intelligenten Arbeitsplatz der Zukunft stellt. Im Bereich der Kommunikation wird bereits ein internationaler Standard eingesetzt, um den Informationsaustausch zwischen Maschinen und Anlagen zu standardisieren und damit zu vereinfachen.

Wie wird nun der smarte Arbeitsplatz integriert? Hierfür ist zunächst eine Arbeitsplatz-unabhängige Prozessbeschreibung erforderlich, die dynamisch auf Ablaufänderungen reagieren kann. Meldet sich ein Werkstück an einen Arbeitsplatz an, wird durch das System geprüft, ob der Arbeitsplatz zulässig ist und wenn ja, welche Tätigkeiten noch ausgeführt werden müssen oder welche Prüfschritte eventuell noch fehlen.

Das zugrunde liegende Workflow-Konzept bleibt dabei so wenig stringent wie möglich, um einen möglichst freizügigen Ablauf durch die Produktion zu ermöglichen. Damit muss allerdings auch der Arbeitsplan ständig aktualisiert werden und folgt eben nicht den veralteten festen Vorgaben aus einem ERP. Gesteuert wird das System über zentrale Serverinstanzen, die auf der Basis moderner Skalierungsmethoden auch mit großen Datenmengen umgehen können.

Dieses Datenmodell und sämtliche Arbeits- und Prüfgänge werden immer direkt mit den technischen CAD-Modell des Produktes verknüpft. Daneben gibt es zu dem Produkt- das Prozessmodell, das die Prozess- und Prüfparameter enthält. Erst durch die intelligente Zusammenführung von beiden Informationen ergibt sich ein vollständiges und nutzbares Abbild des Produktfortschrittes sowie der Produktqualität.

So werden den Produktionsmitarbeitern und dem Management immer die Daten zur Verfügung gestellt, wo und wann sie gerade benötigt werden. Mit Hilfe des intelligenten CAD-Datenmodells kann jeder Mitarbeiter die Informationen grafisch oder über „Drill-down“ Mechanismen abrufen und er wird automatisch zu den erforderlichen Prozessschritten geführt.

Die Arbeitsplätze sollten mit Touch-Screens ausgestattet werden, an denen sich jeder Mitarbeiter anmeldet. Anschließend erscheinen alle verfügbaren Arbeitsaufträge am Bildschirm. Welchen Arbeitsgang der Mitarbeiter ausführen muss, entscheidet aber das Produkt, das an seinen Arbeitsplatz gelangt.

Auf dem Bildschirm werden dann sofort alle wichtigen Änderungsmitteilungen und Engineering-Anweisungen aufgeblendet, die bearbeitet, beachtet und rückgemeldet werden müssen. Hiermit wird sichergestellt, dass die in der Zeit zwischen Auftragsbeginn und Bearbeitung anfallenden Änderungen dynamisch im laufenden Arbeitsprozess Eingang finden.

Eine herkömmliche Fertigungs- und Arbeitsplanung würde hier komplett scheitern. Überwacht werden auch sämtliche Materialien mit ihren Eigenschaften, die in den Produktionsablauf einfließen.

Schnelle Reaktionsfähigkeit auf geänderte Bedingungen

Im Hintergrund der Materialkontrolle werden die Approved Manufacturer Lists (AML) herangezogen, um aktuelle Freigabe- und Qualitätsdaten jedes Bauteils zu prüfen. Veränderte Materialeigenschaften und/oder Prozesseigenschaften werden sofort erkannt und es kann unmittelbar darauf reagiert werden. Der Mitarbeiter sollte also in das Kommunikationsnetzwerk einbezogen werden.

Starre und unflexible papiergebundene Arbeitsanweisungen und feste Arbeitspläne sind im Zeitalter von Industrie 4.0 nicht mehr zeitgemäß und entsprechen auch nicht den Anforderungen an die neue Kommunikationstechnik. Der Ansatz zur Lösung dieser Herausforderung besteht in der einfachen Berücksichtigung der Verschiedenartigkeit der menschlichen Informationsverarbeitung. Das Konzept der Industrie 4.0 kann manuelle Produktionsprozesse integrieren, wenn die Tätigkeitsbeschreibungen und Arbeitsaufträge nutzerabhängig flexibel umgesetzt werden können.

Ein weiteres Merkmal des Ansatzes besteht im dynamischen Prozessablauf. Werkstückträger oder Produkte durchlaufen aktiv den Produktionsbetrieb und steuern selbstoptimierend den nächsten Fertigungs- und Montageschritt an. Dabei fragen die Produkte aktiv bei den Maschinen an und lotsen sich dann selbstständig zum nächsten freien Arbeitsplatz.

Prozessfähigkeit und Maschinenrüstung werden hierbei ebenso berücksichtigt wie Freigaben und Maschinenleistung. Überträgt man diese Anforderung auf die manuellen Prozessschritte, so ergeben sich hier ähnliche Herausforderungen an die Mensch-Maschine-Kommunikation. Das Produkt erfragt einen geeigneten manuellen Tätigkeitsschritt.

Nur geeignete Arbeitsplätze mit ausreichend qualifiziertem Personal kommen letztlich zur Auswahl. Das Mensch-Maschine-Interface zeigt dem Mitarbeiter an, welche Aufgaben er zu erledigen hat und berücksichtigt dabei gegebenenfalls erforderliche Qualifikationen des Mitarbeiters.

Das „Industrie 4.0 Operation System“ wird laufend verbessert und erweitert. Derzeit laufen erste Anlagen mit einer integrierten Logistikanbindung, um auch den Materialfluss für das Industrie-4.0-Konzept zu ertüchtigen.

* Dr. Friedrich W. Nolting ist geschäftsführender Gesellschafter von Aegis Software in Erlangen.

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