Die „Manufacturing-as-a-Service“-Umgebung der nächsten Generation

von Matthias Meier, Joachim Seidelmann und István Mezgár

Unsere Vision

Der Paradigmenwechsel von der Massenfertigung zur personalisierten, kundenspezifischen und umweltverträglicheren Fertigung gilt als vielversprechender Ansatz, um die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Fertigungsindustrie zu verbessern und zu sichern. Eine wichtige Voraussetzung dafür sind agile IT-Systeme, die die notwendige Flexibilität bieten – von der Ebene der Produktionsnetzwerke, über die beteiligten Fabriken bis hin zur Prozessebene in diesen Fabriken.

Unsere Mission

Das FP7-Projekt ManuCloud untersucht, wie die Systeme der produktionsnahen IT diesen Übergang bestmöglich unterstützen können und entwickelt und erprobt eine IT-Infrastruktur, die Szenarien zur bedarfsorientierten Fertigung („on-demand“) wesentlich vereinfacht. ManuCloud entwickelt dazu ein „Cloud“-basiertes Architekturkonzept. Nutzern dieser Cloud stehen konfigurierbare, virtualisierte Ressourcen aus virtuellen Produktionsnetzwerken zur Verfügung, die föderierte Fabriken integrieren und durch eine Reihe von Software-as-a-Service Anwendungen unterstützt werden.

Erste Anwendungsfelder

Als initialen Anwendungskontext für die ManuCloud Konzepte und Technologien wurden drei Branchen ausgewählt: Die (organische) Photovoltaikindustrie, die organische Beleuchtungsindustrie und die Automobilzulieferindustrie. Die Implementierung der ManuCloud-Infrastruktur für die Photovoltaikindustrie wird, insbesondere für die Anwendung der gebäudeintegrierten Photovoltaik (BIPV), neue Geschäftsmodelle ermöglichen und dadurch zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Photovoltaikindustrie beitragen. Obgleich sich der Markt für organische Beleuchtungssysteme zum aktuellen Zeitpunkt noch in einer früheren Entwicklungsphase als der Markt für Photovoltaiksysteme befindet, erwarten Marktforscher innerhalb weniger Jahre ein Marktvolumen in der Größenordnung von mehreren Milliarden US-Dollar. Die besonderen Eigenschaften organischer Beleuchtungssysteme, insbesondere die Möglichkeit zum Aufbau diffuser Großflächenleuchten mit anpassbarem Farbspektrum, lässt die Entwicklung zahlreicher neuer Anwendungen erwarten, die hochgradig kundenspezifisch sind.

Bedeutung

Das Projekt wird die ManuCloud-Infrastruktur im Kontext der Fertigung kundenspezifischer, organischer Beleuchtungssysteme evaluieren. Neben diesen eher strategischen Anwendungsgebieten soll das Projekt unmittelbare Auswirkungen auf die Automobilzulieferindustrie entfalten. Die Fähigkeit, Softwaresystemen auf Fabrikebene schnell neue Funktionen hinzuzufügen, um Produktionssysteme schneller an sich ändernde Anforderungen anpassen zu können, spielt in dieser Industrie eine zunehmend wichtigere Rolle. Bei den heute verbreitet eingesetzten Softwarearchitekturen führen solche Änderungen zu einem exponentiellen Wachstum der Komplexität und damit zu zusätzlichen Projektrisiken, zu Verzögerungen beim Anlauf, zu unnötigen Kostensteigerungen und einem erhöhten langfristigen Wartungsaufwand.

R&D Ansatz

Das Projekt ManuCloud verfolgt die Lösung dieser Problemstellungen auf drei Ebenen: Der Produktions-IT innerhalb der einzelnen Fabriken („Intra-Factory-Umgebung“), der Integrationsumgebung föderierter Fabriken („Inter-Factory-Umgebung“) und der Entwicklung konfigurierbarer PV/OLED-Produkte bzw. entsprechender virtueller Produktionsnetzwerke auf Basis der ManuCloud-Infrastruktur.

INTRA-Factory-Umgebung

Die Intra-Factory-Umgebung umfasst alle produktionsnahen IT-Systeme einer Fabrik und bildet die Grundlage zur Integration der Fabrik in die Inter-Factory-Umgebung. Eine Schicht oberhalb der Automatisierungssysteme wird sowohl die Beschreibung und das automatisierte Auffinden von Diensten, als auch deren Management und Orchestrierung unterstützen und damit die Entwicklung und Installation neuer Dienste auf Fabrikebene beschleunigen. Die Implementierung der Dienste und ihrer Beschreibung auf der Ebene der Automatisierungssysteme wird als integraler Bestandteil des Engineering-Prozesses dieser Systeme behandelt und durch intelligente Komponenten unterstützt. Dadurch wird insbesondere die Konsistenz zwischen den Diensten und ihren elektronisch auswertbaren Beschreibungen sichergestellt.

INTER-Factory-Umgebung

Die Inter-Factory-Umgebung stellt einen Marktplatz für virtualisierte Fertigungsdienste dar und ermöglicht die einfache, bedarfsorientierte Verknüpfung mehrerer Fabriken in virtuellen Produktionsnetzwerken. Die Inter-Factory Umgebung bietet dazu u.a. ein fabrikübergreifendes Spezifikationsmanagement, die Möglichkeit zum Datenaustausch von Produktionsdaten zwischen Fabriken, Mechanismen, die die vollständige Traceability für Produkte, die in den virtuellen Produktionsnetzwerken hergestellt werden, sicherstellen und Mechanismen zum verteilten Qualitätsmanagement. Das Front-end der Inter-Factory Umgebung ermöglicht die dynamische Konfiguration virtueller Produktionsnetzwerke und bietet Schnittstellen für Produktkonfiguratoren, die durch Produktdesign- und Fertigungsberatungssysteme unterstützt werden und Endanwender in den Design-Prozess der herzustellenden Produkte involviert.

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 723698.

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