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Automatisierungspyramide

Was ist eine Automatisierungspyramide?

Die Automatisierungspyramide strukturiert alle Produktionseinheiten einer industriellen Produktion in hierarchische Ebenen, die jeweils spezifische Aufgaben und eine entsprechende IT-Infrastruktur beschreiben. Dieser Ebenen Ansatz unterteilt (einen Produktionsstandort) eine automatisierte Fertigung traditionell in sechs Ebenen. Sie bilden eine Pyramide mit hoher Komplexität am unteren Ende und scharfem Fokus an der Spitze. Daten auf den unteren, operativen und produzierenden Ebenen sind oft zeitkritisch und müssen direkt am Rande einer IIoT-Installation verarbeitet werden.

Prozessebene – Ebene 0

Produktionsprozess:

Einfache Sensoren und Aktoren liefern Daten und führen Befehle aus (z.B. Temperatur messen und programmgesteuert einen Ventilator einschalten).

Feldebene – Ebene 1

Erfassen und manipulieren:

Daten werden gesammelt und Befehle werden verteilt, oft unter Verwendung von Feldbussen und ähnlicher Infrastruktur (z.B. Gruppierung mehrerer Temperaturdaten und Anweisung an ein Gerät, seine Arbeitslast zu drosseln).

Steuerungsebene – Ebene 2

Auswerten und steuern:

Hier wird der Produktionsprozess programmatisch gesteuert, indem die Sensordaten ausgewertet und Befehle erteilt werden (z.B. Analyse von Temperaturänderungen bei steigender Temperatur und Festlegung von Gegenmaßnahmen zur Vermeidung von Schäden).

(Prozess)Leitebene – Ebene 3

Überwachung und Kontrolle:

Die Leitebene, auch SCADA-Ebene genannt, bietet eine breitere Sicht auf die Datensätze und deren Produktion Geräten. Sie ermöglicht ebenfalls Produktionsanpassungen über Prozessmanagementsysteme (z. B. Erkennung einer möglichen Überhitzung und Verlangsamung des Produktionsprozesses für ein Gerät).

Betriebsebene – Ebene 4

Management der Produktionsabläufe:

Auf der Betriebsleitebene werden die Produktionsstätten anhand eines MES (Manufacturing Execution System) zur Produktionsplanung, Leistungsüberwachung und Qualitätsmanagement verwaltet (z. B. Benachrichtigung über eine temperaturbedingte Verringerung der Produktionskapazität und Reduzierung des Rohstoffbedarfs).

Unternehmensebene – Ebene 5

Unternehmensplanung und Logistik:

Die Unternehmensebene (anhand eines ERP, Enterprise Resource Planning) stellt allgemeine Daten für die Produktionsplanung bereit, z.B. Kapazitätsbeschränkungen. Es verbindet die Auftragsverwaltungssysteme und andere relevante Informationen aus ERP-Systemen miteinander (z. B. Erhöhung der Lieferzeiten, Priorisierung von Aufträgen mit festen Terminen, Umleitung der Produktion auf andere Werke, Entscheidung der Geschäftsleitung über den Einbau einer Klimaanlage usw.).

In neueren Ansätzen zu Industrie 4.0 ermöglichen Edge Infrastrukturen und lokale Lösungen die Abflachung der Automatisierungspyramide durch das Zusammenlegen und die Kollaboration von Ebene 1 und Ebene 2 (manchmal auch Ebene 0) zu cyber-physischen Systemen bzw. intelligenten Produktionseinheiten.