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Ein Greenfield-Projekt in der Fertigung ist die Planung und Errichtung einer neuen Fabrik oder Produktionsstätte. Gebäude, Materialfluss und technische Ausstattung können gemeinsam entworfen werden. Grundstück, Genehmigungen und Lieferanforderungen setzen dem Entwurf trotzdem Grenzen.
Brownfield bezeichnet die Veränderung eines bestehenden Standorts mit vorhandenen Gebäuden und laufender Produktion. Ein Neubau neben einem bestehenden Werk kann beide Aufgaben verbinden: eine neue Halle und eine Umstellung bestehender Abläufe.
In der Digitalisierung steht Greenfield für einen Neustart ohne Altsysteme und Brownfield für die Einbindung vorhandener Anlagen und Systeme. Eine Dissertation am KIT von 2024 bezeichnet als Brownfield Produktionssysteme oder Maschinen, die bereits und teils seit Langem in Betrieb sind, mit uneinheitlichen Anlagen und Datenstrukturen. Im Werk treffen sich beide Lesarten. Neue Anlagen lassen sich mit Schnittstellen bestellen, Bestandsanlagen werden mit den Signalen angebunden, die sie haben.
Das Fraunhofer IFF unterscheidet in der Fabrikplanung den Fabrikneubau (Greenfield) von der Fabrikerweiterung im Bestand (Brownfield) und plant das Gebäude vom Prozess und Materialfluss aus. Zuerst muss also klar sein, was die Produktion leisten soll.
Neubau und Bestand brauchen andere Entscheidungen
| Entscheidung | Greenfield | Brownfield |
|---|---|---|
| Layout | Flächen und Wege aus der vorgesehenen Prozessfolge ableiten | Vorhandene Flächen, Stützen und Wege aufnehmen |
| Kapazität | Anlagenzahl, Personal und Varianten gemeinsam auslegen | Bestehenden Engpass und Umbaufenster berücksichtigen |
| Versorgung | Anschlussleistungen und Medienbedarf einplanen | Verfügbare Reserven und notwendige Nachrüstung prüfen |
| Daten | Schnittstellen als Beschaffungsanforderung festlegen | Verfügbare Signale und Zugriffsrechte je Anlage prüfen |
Sieben Planungsphasen nach VDI 5200
Die Richtlinie VDI 5200 Blatt 1 von 2011 gliedert die Fabrikplanung in sieben Phasen: Zielfestlegung, Grundlagenermittlung, Konzeptplanung, Detailplanung, Realisierungsvorbereitung, Realisierungsüberwachung und Hochlaufbetreuung. Die Phasen laufen nacheinander und teilweise iterativ, jede endet mit einem Meilenstein. Die Richtlinie gilt für Fabriken der Stückgutproduktion und verbindet Fabrik- und Gebäudeplanung. Die Datenanforderungen an Maschinen gehören in die Konzept- und Detailplanung, weil die Bestellung in der Realisierungsvorbereitung folgt.
Kapazität am Engpass prüfen
Ein Rechenbeispiel mit ausgedachten Werten zeigt das Problem. Eine neue Linie soll 800 gute Bauteile je Schicht liefern. Für die Planung stehen 420 Minuten Produktionszeit zur Verfügung. Der rechnerische Bedarfstakt beträgt 420 × 60 / 800 = 31,5 Sekunden je gutem Bauteil.
Eine vorgesehene Prüfstation benötigt im ungestörten Ablauf 36 Sekunden je Bauteil. Ihre ideale Schichtkapazität liegt bei 420 × 60 / 36 = 700 Bauteilen. Schon ohne Störungen oder Ausschuss fehlen 100 Bauteile zum Ziel. Ein schnellerer Bearbeitungsautomat davor behebt diese Lücke nicht.
Der Planer muss die Prüfung verändern, parallelisieren oder die Zielmenge anders absichern. Zwei Prüfplätze verdoppeln die reale Leistung nur, wenn Zuführung, Bedienung und nachgelagerter Ablauf das zulassen. Ein Mittelwert über alle Stationen würde den lokalen Engpass verdecken. Rüstvorgänge, Variantenwechsel und Störverhalten kommen in der nächsten Planungsstufe hinzu.
Datenanforderungen vor der Bestellung festlegen
Bei der Maschinenbestellung sollten die benötigten Informationen beschrieben werden: Zustände, Zähler und deren Einheiten, Zeitstempel sowie die Zuordnung zu Arbeitsgängen. „Industrie-4.0-fähig“ ist dafür zu ungenau. Die Anforderung muss erkennen lassen, welches Datum wann und über welchen Weg verfügbar sein soll.
Ein Abnahmetest kann einen definierten Produktionslauf mit anschließendem Stopp enthalten. Er prüft getrennt, ob der Zähler die erwartete Menge liefert und ob der Zustandswechsel mit einem nachvollziehbaren Zeitstempel ankommt. Auch ein Kommunikationsausfall braucht eine festgelegte Behandlung.
Legen Sie zusätzlich fest, wer die Stammdaten verantwortet. Zwei Maschinen dürfen dieselbe Anlagenkennung nicht unterschiedlich verstehen. Die Prozessplanung legt die Arbeitsfolge fest, an der sich diese Kennungen ausrichten.
Bestandsanlagen anbinden
Für Maschinen im Bestand beschreibt die KIT-Arbeit drei Wege. Beim Austausch der Steuerung (Rip-and-Replace) ist der Eingriff groß und teuer. Nachrüstbare Konnektivitätsbausteine aus Hardware und Software sind günstiger. Der dritte Weg sind eigene Lösungen auf Open-Source-Basis. In einem Werk mit Neubau und Bestand können mehrere Wege nebeneinander laufen; die Auswertung muss beide Datenquellen dann nach denselben Regeln behandeln.
Was SYMESTIC zur Anbindung beiträgt
SYMESTIC bindet Maschinen jeder Art und jedes Alters über digitale Signale an, ohne Eingriff in die SPS. Dafür nimmt die IoT Box, eine Hardware von SYMESTIC, die Signale an der Maschine ab. Neuere Anlagen mit OPC UA liest das Cloud Gateway aus, eine kostenlose Software auf einem Server oder Rechner beim Kunden. Die erste Anlage ist in unter drei Stunden angebunden. Danach erfasst das Cloud-MES Mengen, Ausschuss und Stillstandszeiten automatisch, für neue wie für vorhandene Maschinen.
Mehr dazu auf den Seiten zur Anbindung älterer Maschinen und zur Maschinendatenerfassung.
Quellen
- Fraunhofer IFF: Fabrikplanung mit BIM
- VDI 5200 Blatt 1:2011-02, Fabrikplanung, Planungsvorgehen
- KIT wbk: Gönnheimer, Maschinensteuerungsdaten in Brownfield-Produktionssystemen, 2024
Wie neue und vorhandene Anlagen angebunden werden, zeigt die kostenlose Live-Demo am eigenen Anwendungsfall.
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