Der Digitale Regelkreis in der Smarten Fabrik

Dennis Schwäke, Axel Hahn, Universität Oldenburg und Frank Fürstenau, OBD Precision GmbH

Produktionsziele der Smarten Fabrik sollen mithilfe digitaler Kontrollflüsse unterstützt werden. Dieser Beitrag beschreibt dazu ein Konzept, welches die Struktur operativer Informationsflüsse als Elemente eines Regelkreises versteht. Unter dem Begriff Digitaler Regelkreis werden hierbei technische Regelungsansätze, Elemente der Geschäftsprozesse sowie vertikale und horizontale Informationen betrieblicher Anwendungssysteme zusammengeführt. Die gemeinsame Ausrichtung der unterschiedlichen Perspektiven erfolgt dabei anhand operativer Prozessziele der Wertschöpfung. Der Ansatz des Digitalen Regelkreises wird abschließend in einer Fallstudie bewertet.

Die Integration horizontaler und vertikaler Prozesse und Systeme gilt als elementarer Bestandteil der Smarten Fabrik [1]. Dabei definiert das zustandsabhängige Zusammenspiel von Bewegungsdaten mit den regulierenden Stamm- und Nutzdaten der Anwendungssysteme den Reifegrad der Integration [2]. Diese Daten bilden zugleich die Grundlage im Informationsfluss der Auftragsabwicklung. Zum einen als erzeugte Daten im Prozess (horizontale Ebene) und zum anderen als Vorgabewerte, welche genutzt werden, um die Leistung der Auftragsabwicklung zielorientiert zu kontrollieren (vertikale Ebene). Bild 1 zeigt dazu einen Wertschöpfungsprozess mit beispielhaften Datenströmen im Zuge der Auftragsabwicklung:

Bild 1: Beispiel integrierter Informationen im Zuge der Auftragsabwicklung.

Aufgabe bei der Implementierung integrierter Datenflüsse ist die Definition geeigneter Gestaltungsmaßnahmen zur schnellen, sicheren und effizienten Kontrolle aktueller Zustände der Wertschöpfung [3].

Horizontale Informationen der Leistungserstellung (Ist-Werte) werden dazu mithilfe vertikaler Vorgabeinformationen der Leistungssteuerung (Soll- und Plan-Werte) überwacht und bei Bedarf angepasst. Ziel ist es, (drohenden) Leistungsverlusten durch gesteigerte Reaktionsgeschwindigkeit und (proaktiven) Maßnahmen, entgegenzuwirken [4].

Im Umfeld der Smarten Fabrik werden die konkreten Aufgaben dieser digitalen Kontroll-strukturen in Form von Produktionszielen definiert [5]. Dabei dienen Kennzahlen zur Bewertung der Ziele. Primäre Kennzahlen der Produktion sind die Leistungsverluste von Kapazitätseinheiten in Form der Gesamtanlageneffektivität (GAE) und die Verluste durch unproduktive Anteile der Durchlaufzeit in Form des Prozesswirkungsgrad (PWG) [6].

Das Konzept des Digitalen Regelkreises beschreibt dazu eine Struktur, welche die vertikale und horizontale Integration zur Sicherung der Produktionsziele unterstützt.


Der Regelkreis zur Kontrolle von Informationsflüssen in der Smarten Fabrik

Das Prinzip des Regelkreises wird vielfach in Managementansätzen und Normen zur Regelung von Kontrollflüssen angewandt [7]. Auch die PPS verwendet seit jeher diese Organisationsform, um eine Methode zur dauerhaften Selbststeuerung (im engeren Sinne Regelung) zu nutzen [8]. Der Aufbau eines Regelkreises folgt dabei einem einheitlichen Wirkprinzip: Ausgehend von der Definition einer Zielgröße c (Sollwert) und der Überwachung einer gemessenen Regelgröße x (Istwert), wird mithilfe integrierter Regelelemente und zugehöriger Verarbeitungsfunktionen ein bedingter Informationsfluss zur Verhaltenskontrolle geschaffen. Dieser besitzt die Aufgabe, die Regeldifferenz e (∆ Soll/Ist) mithilfe eines geänderten Stellwerts m (Planwert) und der abgeleiteten Stellgröße y auszugleichen. Bild 2 beschreibt dieses allgemeine Wirkprinzip in Form eines technischen Regelkreises:

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