Brownfield bezeichnet in der Fertigung eine gewachsene Produktion mit vorhandenen Maschinen, Anlagen und Gebäuden, die digitalisiert oder erweitert wird, statt sie neu zu bauen. Ein Brownfield-Projekt bindet Bestandsmaschinen an Datenerfassung, MES oder ERP an, während die Produktion weiterläuft.
Der Branchenverband Bitkom versteht unter Brownfield-Anlagen gewachsene Produktionslandschaften mit alten bis hochmodernen Maschinen. Aus Sicht der Kommunikation reichen sie von nicht digitalisierten Einzelmaschinen bis zu vernetzten Systemen (Bitkom-Leitfaden 2022). In der Softwareentwicklung wurde der Begriff nach derselben Quelle 2008 von Hopkins und Jenkins eingeführt.
Brownfield und Greenfield: der Unterschied
| Merkmal | Brownfield | Greenfield |
|---|
| Ausgangslage | Laufende Produktion mit gewachsenem Maschinenpark | Neue Fabrik oder Halle auf freier Fläche |
| Maschinen | Verschiedene Hersteller, Baujahre und Steuerungen | Einheitlich planbar |
| Datenzugang | Je Maschine verschieden, ältere Anlagen oft ohne Schnittstelle | Schnittstellen lassen sich im Lastenheft festlegen |
| Größtes Risiko | Eingriff in Anlagen, die gerade produzieren | Bau, Genehmigung und Anlauf |
Das Fraunhofer IOSB-INA beschreibt das Kernproblem: Bestandsanlagen, in die früher investiert wurde, verrichten ihren Dienst oft einwandfrei, liefern aber häufig keine Daten für Steuerung und Zustandsüberwachung. Was ein Neubau anders macht, steht auf der Seite Greenfield.
Vier Stufen der Anbindung nach Bitkom
Der Bitkom-Leitfaden ordnet Brownfield-Vorhaben nach der Richtung, in der Daten fließen. Daraus ergeben sich vier Digitalisierungsstufen (1a, 1b, 2 und 3), die der Leitfaden drei Komplexitätsgraden zuordnet:
| Stufe | Was passiert | Komplexität laut Bitkom | Beispiel |
|---|
| 1a Beobachtung | Reine Datenerfassung, die Maschine merkt davon nichts | Grad 1, vergleichsweise einfach; die Maschine bekommt höchstens zusätzliche Sensoren | Lauf, Stillstand und Stückzahl für die Verfügbarkeit erfassen |
| 1b Pipe | Daten fließen in eine Richtung durch mehrere Stationen, die zusammen eine Gesamtfunktion bilden | Grad 1, vergleichsweise einfach | Prüfergebnis einer Station geht an die nächste |
| 2 Hierarchie | Messwerte gehen nach oben, Steuersignale zurück an die Maschine | Grad 2, Daten fließen in beide Richtungen | Leitsystem gibt Parameter oder Programme vor |
| 3 Horizontale Integration | Die Maschine tauscht sich gleichberechtigt mit anderen Systemen aus | Grad 3, noch einmal deutlich komplexer | Anlagen stimmen Aufträge untereinander ab |
Der Leitfaden hält die horizontale Einbindung für konzeptuell noch einmal deutlich komplexer. Zur ersten Stufe schreibt er, dass sich häufig schon durch die Beobachtung weniger Daten erhebliche wirtschaftliche Vorteile erzielen lassen. Als Beispiel nennt er Stromsensoren, die an jeder Maschine alle 10 Sekunden die Stromstärke messen, um die Verfügbarkeit sichtbar zu machen.
Wie läuft ein Brownfield-Projekt ab?
- Frage festlegen. Welche Entscheidung sollen die Daten verbessern, etwa Stillstände senken oder Aufträge genauer planen? Laut Bitkom liegt die Schwierigkeit im Brownfield häufig darin, gezielt die richtigen Daten zu bestimmen, und weniger im Sammeln großer Mengen.
- Maschinen aufnehmen. Je Maschine Steuerung, vorhandene Schnittstelle und abgreifbare Signale notieren. Eine Liste mit vier Prüffragen steht im Beitrag ältere Maschinen anbinden.
- Stufe zuordnen. Für Verfügbarkeit und Stückzahl reicht Stufe 1a. Für die OEE kommen Meldungen zu Ausschuss und Qualität hinzu, die der Werker am Terminal erfasst. Stufe 2 nur dort, wo die Maschine wirklich Vorgaben empfangen soll.
- An einer Anlage beginnen. Die erfassten Stillstände und Mengen eine Zeit lang mit Schichtbuch oder Zähler abgleichen.
- Ausrollen. Weitere Maschinen nach demselben Muster anbinden, Sonderfälle einzeln entscheiden.
Beispiel: ein gemischter Maschinenpark eingeordnet
Ein angenommener Betrieb mit vier typischen Anlagen:
| Anlage | Ausgangslage | Datenweg | Stufe |
|---|
| Drehmaschine | Steuerung älter als das Hallennetz, keine Schnittstelle | Digitale Signale von Signalleuchte und Stückimpuls | 1a |
| Spritzgießmaschine | Neuere Steuerung mit OPC UA | OPC UA lesen | 1a |
| Handarbeitsplatz Montage | Keine Steuerung | Werker meldet Auftrag, Menge und Stillstandsgrund am Terminal | 1a |
| Roboterzelle | Soll Aufträge und Programme aus dem MES erhalten | Rückkanal in die Steuerung, mit dem Maschinenbauer abzustimmen | 2 |
Drei von vier Anlagen liefern ihre Kennzahlen ohne Eingriff in die Steuerung. Nur die Roboterzelle verlangt eine Einzelentscheidung.
Woran Brownfield-Projekte scheitern
Zu hoch einsteigen. Wer gleich jede Maschine steuern oder untereinander vernetzen will, beginnt auf Stufe 2 oder 3 und damit dort, wo der Bitkom-Leitfaden die meiste Komplexität sieht. Die Kennzahlen, die eine Fertigung zuerst braucht, liegen auf Stufe 1a.
Auf die perfekte Schnittstelle warten. Manche Hersteller schalten die Schnittstelle einer Maschine nur gegen Gebühr frei. Lauf, Stillstand und Stückzahl lassen sich trotzdem über digitale Signale erfassen. Für Prozesswerte wie Temperatur oder Druck braucht es dagegen einen Zugang zur Steuerung.
Die Steuerung tauschen, obwohl nur Daten gebraucht werden. Für reine Datenerfassung ist eine neue Steuerung nicht nötig. Der Tausch, oft Rip and Replace genannt, lohnt sich, wenn die Steuerung ohnehin am Ende ist oder Stufe 2 gebraucht wird.
Wie SYMESTIC Bestandsmaschinen anbindet
SYMESTIC bindet Maschinen jeder Art und jedes Alters über digitale Signale an, ohne Eingriff in die SPS. Die Signale nimmt die IoT Box ab, eine Hardware von SYMESTIC als einmaliger Kauf. Maschinen mit OPC UA liest das Cloud Gateway aus, eine Software, die auf einem Server oder PC beim Kunden läuft. Modbus wird ebenfalls unterstützt. Danach werden Mengen und Stillstände automatisch erfasst. Das entspricht Stufe 1a: SYMESTIC erfasst und wertet aus, die Steuerung der Maschine bleibt unverändert.
Mehr dazu auf den Seiten Retrofit für ältere Maschinen und Maschinen anbinden ohne SPS-Eingriff. Welche Ihrer Anlagen auf welchem Weg Daten liefern, klären wir in einer kostenlosen Live-Demo am eigenen Anwendungsfall.
Quellen
