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Lexikon - Industrie 4.0

Lexikon - Industrie 4.0

EINFACH anders

M - O

M

Manufacturing on Demand (MoD)

Manufacturing-as-a-Service (MaaS)

gehört zu: Internet der Dienste

Als Manufacturing-as-a-Service (MaaS) bezeichnet man die gemeinsame Nutzung vernetzter Produktionsanlagen.
MaaS benötigt Echtzeit-Zugriffe um den Status der Maschinen abzufragen, deshalb müssen diese mit einem performanten und stabilen Internet verbunden sein.
Eine Vision von MaaS ist zum Beispiel, dass sich viele Zerspanungsdienstleister in Deutschland bzw. Europa zu einem riesigen Maschinenpark zusammenschalten. Gefertigt wird nach Bedarf nur das, was gerade benötigt wird. Diese Art der Fertigung wird auch als Manufacturing on Demand (MoD) beziehungsweise als On-Demand-Fertigung bezeichnet.
Der Kunde lädt hierzu seine CAD-Daten auf eine Manufacturing-Plattform und bekommt ein Ranking aller geeigneter Hersteller tagesaktuell berechnet.
Nach Platzierung der Bestellung ermöglicht IoT dem Kunden den Status seines Auftrages in Echtzeit zu verfolgen.
Durch MaaS wird die Welt zu einem Dorf, d.h. auch entlegenste Fertigungsstandorte partizipieren vom Weltmarkt.

 Manufacturing as a Service

Bildquelle: © ipopba - Adobe Stock
Die steigenden Möglichkeiten der Additiven Fertigung (3D-Druck) sind der Rückenwind für das MaaS Konzept.

Machine Learning

gehört zu: KI
 
Machine Learning,  zu Dt.: maschinelles Lernen, ist ein Teilgebiet der künstlichen Intelligenz und nutzt neuronale Netze sowie große Datenmengen.
Die Funktionsweise ist in vielen Bereichen vom Lernen im menschlichen Gehirn inspiriert.
Machine Learning
Bild-Quelle: © Elnur- Fotolia.com

Durch das Erkennen von Mustern (=Data-Mining) in vorhandenen Datenbeständen (=Big Data) wird neuer Erkenntnisgewinn (=Smart Data) ermöglicht, der mit herkömmlichen Methoden nicht möglich wäre. Die aus den Daten gewonnenen Erkenntnisse lassen sich verallgemeinern und für neue Problemlösungen oder für die Analyse von bisher unbekannten Daten verwenden.
Damit die Software eigenständig lernen und Lösungen finden kann, müssen die Systeme zunächst mit den für das Lernen relevanten Daten und Algorithmen versorgt werden. Des Weiteren sind Regeln für die Analyse des Datenbestands und die Mustererkennung aufzustellen. 
Für das maschinelle Lernen werden verteilte Rechnerstrukturen und insbesondere künstliche neuronale Netze, die nach dem Vorbild des menschlichen Gehirns funktionieren, eingesetzt.

Es werden verschiedene Arten des Machine Learning entwickelt:
  • Supervised Learning, z.Dt.: überwachtes Lernen: (vorhandenes Expertenwissen wird benutzt, um das System anzulernen)
  • Aktives Lernen: (ermöglicht der Maschine für bestimmte Eingangsdaten die gewünschten Ergebnisse zu erfragen)
  • Batch Lernen: (geschieht im Offline Modus, d.h. während des Batch-Lernens wir der Data-Lake nicht mehr verändert)
  • Sequenzielles Lernen: (hier werden die Datensätze aus dem Data-Lake aufeinanderfolgend verarbeitet)
  •   

Ein Anwendungsbeispiel für das Machine Learning sind Aktienmarkt-Analysen, die mitunter interessante Anlagenstrategien berechnen.
Diese automatisierten Aktienmarkt-Analysen werden mittlerweile von einem sogenannten Robo-Advisor durchgeführt, und die Ergebnisse werden immer professioneller.  Die Bezeichnung Robo-Advisor setzt sich aus den englischen Wörtern Robot (Roboter) und Advisor (Berater) zusammen und steht für die automatisierte Form der Geldanlage.

Hinweise:

  • Die Steigerung von Machine Learning ist Deep Learning.
  • Der Lexikon Eintrag zu Smart Data greift das Thema "Machine Learning" aus einer anderen Richtung auf.

Machine-to-Machine (M2M)

gehört zu: Internet der Dinge

Machine-to-Machine (M2M) steht für den automatisierten Informationsaustausch zwischen Endgeräten.
Zur M2M-Kommunikation kommen verschiedene Technologien zum Einsatz wie z.B. Mobilfunk, WLAN, Bluetooth oder NFC.
Die klassische M2M-Kommunikation ist eine Punkt-zu-Punkt-Anwendung ohne Internet.
Im Sinne von INDUSTRIE 4.0 und vor allem im Sinne von Internet der Dinge (IoT) sind mit Endgeräten alle Dinge gemeint die mit dem Internet vernetzt werden können. Deshalb wird M2M und IoT oft in einem Atemzug genannt. Gemeinsam verfolgen sie das Ziel des automatisierten Datenaustausches zwischen Endgeräten. Während IoT jedoch eine Vernetzung über das Internet und eine IP-Adresse benötigt, funktioniert das klassische M2M auch ohne Internet.

Beispiel zu M2M klassisch ohne Internet:
Der intelligente Autoschlüssel mit Näherungssensor und RFID-Transponder entriegelt das Auto schlüssellos.

Beispiel zu M2M mit IoT:
Die iWatch bezahlt an der Supermarktkasse bargeldlos mit Apple Pay.

M2M

Bildquelle: © Kaspars Grinvalds - Adobe Stock

M2M Lösungen werden zunehmend folgende Enabler von INDUSTRIE 4.0 integrieren:

Dadurch entstehen zusätzliche neue Geschäftsmodelle.

Made in China 2025

Made in China 2025 ist die chinesische Antwort auf den deutschen Begriff „Industrie 4.0“ 
und ist als ein Teil der chinesischen Staatsstrategie anzusehen, die gesamte Industrie zu restrukturieren.

 MadeinChina2025

 Bildquelle: © boscorelli - Adobe Stock

Bei der Namenssuche für Ihre Strategie wurden die Chinesen vermutlich inspiriert von
dem deutschen Gütesiegel: „Made in Germany“.
Laut einer internationalen Studie aus dem Jahre 2017 genießt "Made in Germany" ein hohes internationales Ansehen
und liegt auf Platz 1 von 52 Ländern des Made-in-Country-Index.
madeingermany

Bildquelle: © Jürgen Fälchle - Adobe Stock

Weitere Informationen zu "Made in China 2025" finden Sie hier

Übrigens:
Die taiwanesische Antwort auf den deutschen Begriff „Industrie 4.0“ heißt Productivity 4.0

Manifest

Ein Manifest ist ein Teil der Verwaltungsschale einer I4.0 Komponente.
Es beinhaltet die Informationen aller Teilmodelle.
Weitere Informationen finden Sie bei: Verwaltungsschale

Manufacturing Analytics

gehört zu: Smart Data und KI

Manufacturing Analytics umfasst

von digitalen Produktionsdaten.

Manufacturing Analytics ist damit quasi der Überbegriff für Condition Monitoring incl. Predictive Maintenance.
Weitere Informationen finden Sie dort.

MES

gehört zu: Assistenzsysteme

MES ist die Abkürzung für Manufacturing Execution System
Es ist die Nahtstelle zwischen einem planenden System (ERP) und dem Shopfloor (=Maschinenhalle).
Das E steht für Execution und definiert dadurch, dass sich ein MES um die Ausführung des geplanten Auftrages in der Maschinenhalle zu kümmern hat. Dabei realisiert das MES sowohl die horizontale als auch die vertikale Vernetzung.

horizontale und vertikale Vernetzung

Bildquelle: ©Osuch/MR

Der VDI-Fachausschuss MES hat in der Richtlinie VDI 5600 die Kernaufgaben eines MES definiert.

MES Systeme müssen sich allerdings an die neuen Herausforderungen durch Industrie 4.0  anpassen und werden sich deshalb zu Manufacturing-Operations Management (MOM) Systemen weiterentwickeln.
MOM wird mehr sein als MES. 

META-Systeme

 gehört zu: Assistenzsysteme
 
 META steht für das Einnehmen einer Vogelperspektive
 Metasystem

Bildquelle: © Joachim Neumann  - Adobe Stock

 Beispiele:
 
 1. Die META-Ebene wird von einem Schlichter eingenommen um die unterschiedlichen Sichten von zerstrittenen Parteien zu verstehen.
 
 2. META-Daten sind übergeordnete und strukturierte Informationen zu Rohdaten.
 
 3. META-Systeme im Sinne von Industrie 4.0 sind übergeordnete Assistenzsysteme, die in der Lage sind mit unterschiedlichen digitalen Ökosystemen zu kommunizieren.  Siehe z.B.: ValueFacturing

Mixed Reality (MR)

gehört zu: Virtualisierung

Der Mixed Reality (MR) Nutzer sieht eine Mischung aus realen und virtuellen Bilder, die einen räumlichen Bezug zueinander haben.
In der Mixed Reality Umgebung verhält sich ein digitales Element natürlich. Platziert man beispielsweise auf einem realen Tisch eine virtuelle Tasse und verschiebt den Tisch dann folgt die Tasse der Tischbewegung.

Abgrenzung und weitere Informationen finden Sie beim Begriff: Augmented Reality

Mobile Computing

Mobile Computing, zu Deutsch mobile Rechnerarbeit, ist genauso wie das neue Internetprotokoll IPv6 eine der Voraussetzungen für Industrie 4.0. Es umfasst die Computerarbeit von Menschen an einem transportablen Gerät und beinhaltet mobile Kommunikation, sowie Hardware und Software. Verwendbare Mobile Computer können unter anderem Laptops, Tablet-PCs, Smartphones, oder Datenbrillen sein. Der orts- und zeitunabhängige Zugriff auf betriebliche Daten und Anwendungen, der möglichst einfach und intuitiv erfolgen sollte, ist zum Standard für alle Unternehmen geworden. Eingeschränkt wird diese Entwicklung noch von den vergleichsweise niedrigen Übertragungsraten von mobilem Internet, gängigen Sicherheitsstandards, oder dem Energieverbrauch der Geräte, der mit ihrer Akkulaufzeit einher geht.

MobileComputing

Bildquelle: © sdecoret- Fotolia.com
Mobile Computing der nächsten Generation wird Datenbrillen und Wearables realisiert.

MOM

gehört zu: Assistenzsysteme
 

MOM ist die Abkürzung für Manufacturing Operations Management und ist die Erweiterung eines MES in Richtung IoT.

Dabei geht es u.a. auch darum von “Execution” (= Ausführung und Steuerung) zu "Produktionsoptimierung durch Regelung" zu kommen.
MOM legt den Schwerpunkt auf die Digitalisierung von Prozessen und Informationen, um dadurch die Effizienz und die Transparenz zu steigern.

Der Autor des Lexikons arbeitet im MES/MOM Arbeitskreis des ZVEI mit. 
2017 wurde dazu diese Umsetzungsempfehlung veröffentlicht.
2020 wird auf der Hannovermesse die nächste Umsetzungsempfehlung veröffentlicht.
Einen Überblick dazu gibt dieser Vortrag des Autors.  

Hintergrund:
MES -Systeme sind zu Zeiten von INDUSTRIE 3.0 entstanden und haben mittlerweile viele Altlasten im Gepäck. Ein allgemein in der Fertigung mit NC-Maschinen vorzufindendes Problem war es, bzw. ist es immer noch, dass die unterschiedlichen, an einem Fertigungsprozess beteiligten Aggregate (NC-Maschinen, Voreinstellgeräte, Lagersysteme etc.) proprietäre Datenformate verwenden und eine aggregatübergreifende Bereitstellung der Prozessdaten regelmäßig nicht möglich ist. Die Vernetzung eines historisch gewachsenen Maschinenparks gleicht einem Häuserkampf, der pro Maschine gewonnen werden muss.

Folgende Basics müssen erfüllt werden damit MOM diese Grenzen aufbrechen kann:

Alle Hersteller von vernetzungsfähigen Produkten (Assets) einigen sich auf:

  • eine einheitliche Sprache wie z.B. OPC UA. Unter dieser Prämisse entstehen zeitnah einheitliche OPC UA Parametersätze, die die jeweiligen fachspezifischen Rahmenbedingungen abdecken.
Dadurch entstehen I4.0-Komponenten und darauf aufbauend kann MOM es schaffen das „Plug and Produce“ (einstecken und produzieren) zum Laufen gebracht wird. Als einfaches Beispiel kann die Druckerinstallation dienen. Unter Windows XP, oder früher, war eine Druckerinstallation immer eine spannende Aufgabe. Zu Zeiten von Windows 10 konfiguriert sich ein neu angesteckter Drucker vollkommen selbst. ( = „Plug and Play“)

MQTT

gehört zu: Data Governance

MQTT steht für Message Queuing Telemetry Transport

MQTT wird gelegentlich auch als der „kleine“ Bruder von OPC UA bezeichnet, denn MQTT wurde ursprünglich für kleine Sensoren mit geringer Rechenleistung entwickelt.
OPC UA und MQTT kann man allerdings nicht direkt vergleichen, denn sie lösen unterschiedliche Aufgaben.
Der klassische Anwendungsfall für MQTT sind kleine Sensoren die nur wenige und meist fest definierte Daten liefern, dafür mit Echtzeit-Anspruch.
OPC UA hingegen wird eingesetzt, wenn viele und umfangreiche Daten und frei gestaltbare Datenräume vorkommen.
Im Vergleich zu OPC UA hat MQTT kein Security-Defizit, denn es erlaubt ebenfalls die eindeutige Identifikation der Teilnehmer und verschlüsselt auch die übertragenen Daten.

MTConnect

gehört zu: Data Governance
 

MTConnect ist ein offener Standard für die Fabrik Kommunikation und kann als einfache Alternative zu OPC UA gesehen werden.
MTConnect wird von amerikanischen Firmen gepusht und u.a. durch das MTConnect Institut vorangebracht.

MTConnect standardisiert Gerätedaten. Das Protokoll arbeitet ausschließlich unidirektional (Read Only) und ist auf eine einfache Integration ausgelegt.
Das bedeutet ein MES bzw. MOM-System kann mit MTConnect nur Daten einer Maschine lesen, die Maschine aber nicht mit Daten versorgen und somit auch nicht steuern. Damit ist MTConnect für Industrie 4.0 untauglich. Auch fehlen bei MTConnect die immer wichtiger werdenden Sicherheitsmechanismen zur Absicherung  und Verschlüsselung des Datenflusses. Es gibt allerdings bereits Brücken bzw. Gateways um MTConnect zu OPC UA zu transformieren.

MTconnect

Bildquelle: ©MTconnect

 
 

Mustererkennung

siehe: Data Mining

N

Near Field Communication (NFC )

gehört zu: Vernetzung

Near Field Communication (NFC), zu deutsch Nahfeldkommunikation, ist ein auf der RFID-Technologie basierender internationaler Übertragungsstandard zum kontaktlosen Austausch von Daten per Funktechnik über kurze Strecken:

Die empfohlene Distanz zwischen Sender und Empfänger beträgt 10 cm.

Die maximale Distanz zwischen Sender und Empfänger beträgt 20 cm.

Z.B. können mit Hilfe von Smartphones und dessen NFC-Funktionalität bei verschiedenen Auto-Herstellern die Autotüren entriegelt und persönliche Einstellungen am Sitz vorgenommen werden.
In immer mehr Geschäften kann man z.B. mit dem Smartphone direkt an der Kasse bezahlen. NFC ist die Technik die sich dafür derzeit durchsetzt. An NFC-Kassen muss man dann zum Bezahlen nur die Karte an das Lesegerät halten.

NFC

Bildquelle: © Onidji - Fotolia.com: Smartphone mit NFC App und Empfänger

 

Neuronale Netze

gehört zu: KI

Neuronale Netze sind bekannt aus der Gehirnforschung.
Das Nervensystem von Menschen und Tieren besteht u.a. aus Nervenzellen, auch Neuronen genannt.
Diese Neuronen sind über Synapsen miteinander verknüpft und bilden ein neuronales Netzwerk.
Neuronale Netze
Bild-Quelle: ©Spectral-Design - Fotolia.com
Dieser Bauplan unseres Gehirns ermöglicht die menschliche Denk- und Rechenleistung.

Um Künstliche Intelligenz (KI) zu realisieren, wird daran gearbeitet, dieses biologische neuronale Netz durch ein künstliches neuronales Netz im Rechner zu simulieren. Dazu werden die Neuronen (auch Knotenpunkte) eines künstlichen neuronalen Netzes schichtweise in sogenannten Layer angeordnet und verknüpft. Dabei können unterschiedlichste Varianten zum Einsatz kommen.
In der Computer-Hardware werden neuronale Netze durch Multiprozessor-Systeme mit einer sehr großen Anzahl sehr einfacher Prozessoren nachempfunden. Jeder Prozessor modelliert dabei ein Neuron. Dabei wird nicht für jeden Anwendungsfall ein spezielles Programm geschrieben, sondern das neuronale Netz muss die richtige Arbeitsweise selbst erlernen (in Analogie zum Menschen). Die Ergebnisse dieser Vorgehensweise sind nicht exakt vorhersagbar, so dass Lösungen entstehen können, die als "unerklärlich" oder "intelligent" charakterisiert werden.

Beispiel:
Neuronale Netze werden z.B. eingesetzt bei „Machine Learning" und „Deep Learning".

Merke:
Neuronale Netze versuchen das menschliche Gehirn nachzubauen.
 
Weiterführende Informationen: www.neuronalesnetz.de
 

O

On-Demand-Fertigung

On-Premise

gehört zu: Cloud

On-Premise ist das Gegenteil von der Cloud und beschreibt ein Betreibermodell, bei dem die Server in den eigenen Räumlichkeiten, vor Ort oder lokal betrieben werden.

Erst seitdem die lokale Nutzung zunehmend auch in der Cloud angeboten wird, ist der Begriff als Gegenpol entstanden.

OnPremise

Bildquelle: ©Atlantis - Fotolia.com

OPC UA

gehört zu: Data Governance
 
Die Abkürzung OPC UA steht für „Open Platform Communications Unified Architecture“.

Der herstellerunabhängige Austausch von Daten ist eine entscheidende Grundlage für die erfolgreiche Einführung von Industrie 4.0.
OPC UA beinhaltet dazu eine Sammlung von Spezifikationen, die die Kommunikation im Umfeld der Industrieautomation standarisiert.
Dazu ist es als plattformunabhängige, service-orientierte Architektur (SOA) aufgebaut.
Durch OPC UA werden Maschinendaten, wie z.B. Regelgrößen, Messwerte, Parameter, etc. maschinenlesbar beschrieben und dadurch im Sinne von IoT transportierbar.
OPC UA ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg der Standardisierung von Fabrikprozessen.

OPC UA wird u.a. durch OPC Foundation vorangebracht und wird vorrangig in Europa eingesetzt.
Ein neuartiger und vielversprechender deutscher Lösungsansatz zur Maschinenvernetzung ist umati.
In anderen Teilen der Welt spielt u.a. MTConnect eine wichtige Rolle in der Maschinenkommunikation.

opcua

Bildquelle: ©OPC Foundation

Hier finden Sie eine Veröffentlichung der OPC Foundation

Zitat VDMA e.V. Newsletter vom 18.03.2020:
"OPC UA ermöglicht die interoperable Kommunikation vom Shop-Floor bis in die Cloud. Bislang fehlt jedoch das einheitliche Vokabular dieser „Weltsprache der Produktion“. Dieses erarbeiten mittlerweile rund 500 Unternehmen in mehr als 30 Arbeitskreisen im VDMA gemeinsam mit weiteren Akteuren. Dabei entstehen branchenspezifische „OPC UA Companion Specifications“. Aktuell ist das durch das BMWi geförderte Projekt „Interoperable Interfaces for Intelligent Production“, kurz II4IP, an den Start gegangen. Sein Ziel ist es, branchenübergreifende OPC-UA-Standards zu definieren und in der "OPC UA for Machinery" zusammenzuführen."

 

 

Orchestrierung

gehört zu: Assistenzsystem

Der Begriff Orchestrierung im Sinne von INDUSTRIE 4.0 wurde aus dem Bereich der Orchestermusik übernommen und bedeutet das Kombinieren, Zusammenstellen und Dirigieren unterschiedlicher Assets und WebServices zu einem Wertstrom. Dies wird mittels dienstorientierter Architektur (SOA) umgesetzt.

Jeder einzelne Orchestermusiker ist mit seinem speziellen Instrument vergleichbar mit einem Asset in einer Fertigungshalle. Aus der Sicht des Dirigenten, der alle Einzelinstrumente gleichzeitig im Blick haben muss und im richtigen Moment zum Einsatz bringen muss, entsteht eine Orchestrierung.
Ein Dirigent im Sinne von Industrie 4.0 ist z.B. ein Fertigungssteuerer der mit einem kognitiven Assistenzsystem die Assets in einer Fertigungshalle orchestriert. Ebenso könnte man die Mehrmaschinenbedienung von komplexen Dreh-Fräszentren incl. der Steuerung aller benötigter Fertigungshilfsmittel (Werkzeuge, Vorrichtungen, etc.) durch einen einzigen Mitarbeiter als Orchestrierung bezeichnen. Möglich wird das nur durch ein kognitives Assistenzsystem.

Orchestrierung

Bildquelle: ©denphumi - Fotolia.com & ©ZinetroN - Fotolia.com & © Africa Studio - Adobe Stock & ©JH

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