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Zwischen den Welten – Universeller Datenaustausch

Die digitale Vernetzung der industriellen Produktion mit der Informationstechnologie ist das zentrale Nervensystem der intelligenten Fabrik von morgen. Mit einer neuen Hardware-Plattform sorgt Bihl+Wiedemann dafür, dass die Daten von Aktuatoren und Sensoren optimal aufbereitet nach ganz oben auf die IT-Ebene gelangen. Die Brücke zwischen den Welten führt zunächst über das offene Kommunikationsprotokoll OPC UA, das sich derzeit als erster De-facto-Standard für Industrie-4.0-Anwendungen etabliert.

 

Die Geschichte von Bihl+Wiedemann ist eine Geschichte der universellen maschinellen Kommunikation. Die Gateways der AS-Interface Spezialisten sprechen seit jeher alle Sprachen der Automatisierung – und lassen sich so einfach wie ein ganz normaler Slave in die unterschiedlichsten Steuerungssysteme einbinden. Diesen perfekten Teamplayerqualitäten verdankt ASi einen nicht unerheblichen Teil seines weltweiten Erfolgs. Dass jetzt die Ära von Industrie 4.0 beginnt, bedeutet aus Sicht der AS-Interface Masters aus Mannheim also im Grunde „nur“ eines: Das Team, mit dem ASi zusammenspielt, wird in Zukunft aus deutlich mehr Playern bestehen. Denn in der intelligenten Fabrik von morgen ist es nicht nur die übergeordnete Steuerung, die sich für die Daten von Aktuatoren und Sensoren interessiert. Angesichts der rasant zunehmenden Vernetzung der industriellen Produktion mit der Informationstechnologie treten plötzlich eine ganze Reihe zusätzlicher Adressaten auf den Plan (siehe auch Interview „Optimale Daten für Big Data“ ).

Und ganz gleich, ob sie an eine SPS oder einen Diagnose-PC, an ein Bedienpanel oder einen Webserver, an einen lokalen Analyse-Server oder zur weiteren Analyse in eine Cloud geschickt werden: Die Daten der Aktuatoren und Sensoren bilden die Basis für alles, was auf den nächsten Ebenen passiert. Sie müssen also gleichzeitig zur Verfügung stehen, aber sie werden unterschiedlich genutzt: Auf der untersten Ebene bietet sich deshalb im Hinblick auf Geschwindigkeit und Robustheit die binäre, einfach strukturierte Übertragung per Feldbus an. Weiter oben spielt indes nicht mehr die Zeit, sondern eher die Menge der Daten eine entscheidende Rolle. Außerdem müssen für die höheren Ebenen aus den Daten durch Hinzufügen einer entsprechenden Semantik Informationen werden, die sich im Gesamtkontext optimal interpretieren lassen. Um den Datenaustausch von unten nach oben trotz der immer komplexeren Anforderungen so einfach, so effizient und so verlässlich wie möglich zu gestalten, bietet sich die Integration einer zusätzlichen Schnittstelle an. Bei der Wahl des richtigen Kommunikationsprotokolls kam Bihl+Wiedemann wie so oft die große Kundennähe entgegen: In zahlreichen Gesprächen mit Anwendern kristallisierte sich schnell OPC UA als die derzeit mit Abstand beste Lösung heraus – von einem Kunden liegt in Mannheim sogar schon eine konkrete Anfrage nach ASi Geräten mit genau dieser Anbindung für Industrie-4.0- Applikationen vor. „Sollte sich in Zukunft noch ein weiterer Standard etablieren, werden wir darauf natürlich sofort reagieren“, sagt Geschäftsführer Jochen Bihl. „Aber im Moment wünscht sich der Markt ganz klar OPC UA – und das erscheint uns sowohl aus technologischer wie aus strategischer Sicht auch absolut sinnvoll.“ Als universelle, standardisierte Cross- Plattform Schnittstelle erfüllt OPC UA schon heute sämtliche Anforderungen, die sich in der intelligenten Fabrik von morgen stellen: Sie ermöglicht den Datendurchgriff über alle Ebenen, die Vernetzung von Komponenten unterschiedlicher Hersteller sowie die Analyse, Verarbeitung und Darstellung der Daten auf unterschiedlichsten Devices wie Smartphones oder Tablets. Darüber hinaus gewährleistet sie die problemlose Anbindung an gängige Enterprise-Resource- Planning- und Cloud-Systeme wie SAP oder Microsoft Azure.

Für den Anwender bietet das eine ganze Reihe von Mehrwerten: Dank der standardisierten Datenübertragung an alle seine Maschinen- und Anlagenteile erspart er sich das aufwändige Zusammenstückeln oder Umwandeln von Daten. Das gilt sowohl für die horizontale Integration etwa bei der Vernetzung verschiedener Werke weltweit wie auch für die vertikale Integration von der Aktor- und Sensorebene über die Steuerungs- und Produktionsleitebene bis hinauf zur Manufacturing-and-Execution-Ebene und schließlich zur Unternehmensplanung.

 

Für die Nutzung der sozusagen mundgerecht gelieferten Daten von Aktuatoren und Sensoren gibt es in Zeiten von Industrie 4.0 nahezu unbegrenzte Möglichkeiten. So kann die Überwachung über einen längeren Zeitraum dabei helfen, Schwachstellen oder Unregelmäßigkeiten in Prozessen und Produktionen zu finden. Durch die Auswertung auf einem lokalen Server oder in der Cloud lassen sich Parameter zur Werkzeugabnutzung erfassen und automatisch korrigieren – eventuell sogar im laufenden Prozess.

 

Intelligente Algorithmen erlauben auf den höheren Ebenen auch Big-Data-Analysen: zum Beispiel im Hinblick auf die Relation zwischen Lebensdauer und Kosten von Werkzeugen verschiedener Hersteller, auf die Optimierung des Produktionstakts und des Ressourcenverbrauchs oder auf die frühzeitige Planung von Service-Einsätzen (Predictive Maintenance).

 

Die OPC UA Schnittstelle, die ab sofort sukzessive in alle Geräte von Bihl+Wiedemann integriert wird, unterstützt den Anwender außerdem bei der Umsetzung innovativer Internet-of-Things-Strategien. Und natürlich ist auch für effektive IT-Security gesorgt: Ein sauberes Verschlüsselungskonzept mit allen modernen Zutaten wie RSA oder AES bietet beste Voraussetzungen für den Aufbau einer hochwirksamen Kryptografie- Infrastruktur in der jeweiligen Fabrik.

 

Zusätzliche Sicherheit bringt eine Besonderheit der Geräte von Bihl+Wiedemann, in denen die verschiedenen Netzwerkschnittstellen physisch getrennt sind – ein technologischer Kniff mit doppelt positivem Effekt: Er erschwert nämlich nicht nur deutlich den Durchgriff von einem Netzwerk zum anderen, er erleichtert gleichzeitig erheblich die Segmentierung der einzelnen Systeme. Denn eines steht für das Entwicklungsteam um Geschäftsführer Bernhard Wiedemann bezüglich aller Innovationen rund um Industrie 4.0 von Beginn an ganz oben im Lastenheft: „Je komplexer die Fertigungsanlagen werden, desto klarer strukturiert müssen die Systeme sein.“

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