Die IT-Systeme: MES (Manufacturing Execution System) und SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) sind seit vielen Jahren zwei Säulen der Automatisierung von Produktionswerken. Die MES-Software umfasst seit den 1990er Jahren entwickelte Systeme, die das Treffen von Entscheidungen und Verwaltung der Aufträge in Produktionswerken erleichtern. Zu den erwarteten Vorteilen der Implementierung der MES-Software gehören: Steigerung der Produktivität, Verkürzung des Produktionszyklus, Senkung der Produktionskosten, Optimierung der Bestände, Verbesserung der Produktqualität und bessere Auslastung der Produktionskapazität. MES-Systeme können die Strategie einer schnellen Markteinführung der Produkte und die Wettbewerbsfähigkeit bei Lieferzeiten (Quick Response Manufacturing) unterstützen. In ihren Annahmen ist die Software auch mit dem Konzept von Lean Manufacturing und Six Sigma (Echtzeit-Produktionsqualitätskontrolle) kompatibel.
SCADA-Systeme hingegen wurden entwickelt, um die Parameter der technologischen Prozesse und des Betriebs der Geräte zu überwachen und zu visualisieren, den Fernzugriff auf Maschinen zu ermöglichen und sie zu steuern.
SCADA und MES – unterschiedliche Stellen in der Systemhierarchie
Das in den 1990er Jahren entwickelte PERA-Modell (Purdue Enterprise Reference Architecture) wird am häufigsten verwendet, um die Hierarchie beider Systeme in Produktionsunternehmen zu beschreiben. Es besteht aus den folgenden Ebenen:
- Ebene 0 – physischer Prozess, d. h. der tatsächliche physikalische Prozess, Arbeit der Maschinen
- Ebene 1 – Prozesssensoren, Analysatoren, Aktuatoren und zugehörige Ausrüstung
- Ebene 2 – Steuerungs-, Überwachungs-, Monitoring- und Kontrollsysteme für physische Prozesse: verteilte Steuerungssysteme (DCS), Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI), Überwachungs- und Datenerfassungssoftware (SCADA). Typische Zeiträume, in denen diese Systeme arbeiten, sind: Sekunden, Minuten, Stunden, Schichten.
- Ebene 3 – Systeme zur Verwaltung von Produktions- und technologischen Prozessen: Produktionsplanungssysteme (APS), Fertigungsausführungssysteme (MES), Instandhaltungssysteme (CMMS), industrielle Datenbanken. Typische Zeiträume, in denen diese Systeme arbeiten, sind: Sekunden, Minuten, Stunden, Schichten.
- Ebene 4 – Unternehmensverwaltungssysteme (ERP). Typische Zeiträume, in denen diese Systeme arbeiten, sind: Schichten, Tage, Wochen, Monate, Jahre.
Nach dem PERA-Modell hat das MES-System Vorrang vor SCADA. In der Praxis wird die Beziehung zwischen ihnen immer weniger offensichtlich. Viele Aufgaben können heute in beiden Systemen gleichwertig durchgeführt werden.
Verwischen von Grenzen
Seit Jahren ist ein allmähliches Verwischen der Grenzen zwischen Funktionen von MES- und SCADA-Systemen zu beobachten. Anbieter von MES-Systemen stellen beispielsweise zunehmend Echtzeit-Maschinendatenerfassungsfunktionen bereit. SCADA-Systeme hingegen werden erweitert unter anderem um Funktionen wie:
- Verfolgung und Visualisierung laufender Arbeiten
- Produktionsgenealogie
- Verwaltung des Inspektions- und Wartungsplans von Maschinen
- Qualitätskontrolle
- Rezepturverwaltung
- Produktionsberichterstattung.
In der Praxis begegnet man bereits Produktionsstätten, die kein MES-System benötigen, insbesondere bei einem hohen Grad der Automatisierung. Ein entsprechend entwickeltes SCADA-System reicht für gewöhnlich aus, um alle notwendigen Aufgaben in einem solchen Werk zu erfüllen. Ist es möglich, ohne ein MES-System ein Unternehmensverwaltungssystem (ERP) und ein Produktionssystem zu integrieren?
Nach ihren ursprünglichen Annahmen sind SCADA-Systeme nicht für eine direkte Kommunikation mit ERP-Systemen geeignet. SCADA-Systeme sind in der Regel Echtzeitbetriebssysteme (OT – Operational Technology) wohingegen ERP als reine Informationssysteme (IT), diese Eigenschaft nicht aufweisen. Einer der wichtigsten Unterschiede zwischen ihnen besteht darin, dass sie standardmäßig nach unterschiedlichen Zeitskalen arbeiten.
Die Bereitstellung eines bidirektionalen Informationsflusses zwischen der OT-Ebene und einem übergeordneten Verwaltungssystem bringt den Produktionsprozess näher an die Geschäftsebene des Unternehmens. Außerdem erhält die Geschäftsführung einen besseren Einblick in reale Situation in der Produktionshalle.
Integration von SCADA und ERP
Die Integration von SCADA- und ERP-Systemen ermöglicht unter anderem Einblick in:
- Den aktuellen Stand der Produktion im Unternehmen,
- Den Materialbedarf,
- Die tatsächliche Verfügbarkeit und Effektivität der Produktionsmittel,
- Und die echten Produktionskosten.
Die Integration von SCADA- und ERP-Systemen ermöglicht eine hohe Synchronisation und Datentransparenz, erleichtert die Koordination von Auftragsausführung und Distribution. Zu den am häufigsten verwendeten Methoden der Systemintegration gehören:
Schnittstelle zum Austausch von Dateien
Systeme können mittels Datendateien kommunizieren. Dateien müssen ein standardisiertes Format haben, z. B. EDI – Electronic Data Interchange, XML – eXtensible Markup Language oder die immer beliebter werdende JSON – JavaScript Object Notation. Der Austausch von Dateien kann direkt zwischen den SCADA- und ERP-Systemen oder über eine API (Application Programming Interface) erfolgen. API ist eine Reihe von Prozeduren, Kommunikationsprotokollen und Werkzeugen, die die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Systemen ermöglichen.
Datenbank
Diese Lösung beinhaltet die Verwendung einer intermediären Datenbank, die von beiden Systemen gemeinsam genutzt wird. In diesem Fall aktualisieren MES und ERP ständig die intermediäre Datenbank. In benutzerdefinierten Intervallen überprüfen beide Programme die Datenbank auf neue Informationen, die von dem anderen System hinzugefügt wurden. Bei Vorliegen von neuen Daten, aktualisieren die Systeme ihre internen Datenbanken.
Internetdienst
Über eine Webschnittstelle können SCADA und ERP-Systeme Daten austauschen. In einer solchen Konfiguration stellen beide Programme eine Kommunikation mit der Datenbank her, die sich in der Computing Cloud befindet. Dies geschieht über das http- bzw. https-Protokoll. Die Cloud-Datenbank überträgt Daten im XML-Format, die in beiden Systemen gespeichert werden.
Abschließend sei noch erwähnt, dass einige SCADA-Systeme über vorgefertigte, dedizierte Schnittstellen für ausgewählte ERP-Systeme wie z.B. SAP verfügen.
