Lösungsangebote für die digitale Fabrik

Transparente, effiziente und sichere Produktion

Wie Maschinen- und Anlagenbauer stehen auch produzierende Betriebe vor der digitalen Transformation ihrer Prozesse. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen sie diese transparenter, kosten- und energieeffizienter machen, sie dazu vernetzen, laufend überwachen und analysieren. Das alles sicher, möglichst aufwandsarm und einfach handhabbar. Dafür hat Siemens praxiserprobte Lösungsangebote entwickelt. Während im ersten Teil dieser Artikelserie das angebotene Portfolio im Mittelpunkt stand, will der folgende Beitrag zentrale Fragen des Anwenders zu Sicherheit, Remote-Zugriff oder Energieeffizienz beantworten.


Das Zellenschutzkonzept ist ein wesentlicher Teil des Defense-in-Depth-Modells für umfassenden Schutz der Produktion vor Gefährdungen von innen und außen.
Bild: Siemens AG

Was können produzierende Betriebe verbessern, wenn die Fertigungsprozesse bereits weitgehend automatisiert sind? Wie kosteneffizienter, schneller und/oder flexibler arbeiten als Mitbewerber? Wie immer individuellere Kundenwünsche bei steigenden Qualitätsansprüchen erfüllen, wenn dabei gleichzeitig Ressourcen bestmöglich eingesetzt und die Umwelt geschont werden sollen? Immer mehr Unternehmen sehen die Antwort in der durchgängigen Integration und Digitalisierung ihrer Wertschöpfungskette. Was die nächste Frage aufwirft: Kann man sich zuverlässig vor unerlaubten Zugriffen auf die vernetzten Systeme schützen? Siemens will sowohl die Hersteller von Maschinen und Anlagen als auch produzierende Betriebe mit einem ganzheitlichen Ansatz unterstützen. Differenziert für die beiden Zielgruppen deckt dieser alle Schritte der jeweiligen Wertschöpfungskette ab - vom Produkt- beziehungsweise Produktionsdesign über das Engineering sowie die Inbetriebnahme bis hin zum Betrieb und zur Wartung. Mit der Digital Enterprise Suite (siehe SPS-MAGAZIN 5/2018) bietet Siemens ein umfassendes Portfolio aufeinander abgestimmter Hard- und Software-Lösungen für das digitale Unternehmen. Diese Plattform ermöglicht auch für Maschinen- und Anlagenbetreiber maßgeschneiderte Digitalisierungslösungen.

Produktivität dauerhaft schützen

Vernetzte, über das Internet kommunizierende Maschinen und Anlagen sind nicht nur dem Risiko von Cyberattacken ausgesetzt, sondern auch verschiedenen internen Bedrohungen. Sie müssen entsprechend abgesichert werden, um das operative Geschäft nicht zu gefährden. Siemens setzt dazu auf das im Industrieumfeld bewährte Defense-in-Depth-Modell basierend auf Sicherheitsstandards nach IEC62443, mit sich ergänzenden Maßnahmen und Funktionen für einen mehrschichtigen und umfassenden Schutz. Ziele sind hohe Anlagen- und Netzsicherheit sowie Systemintegrität. Für die Netzwerksicherheit hat sich das sogenannte Zellenschutzkonzept bewährt, das Automatisierungskomponenten durch Segmentierung logisch oder kommunikationstechnisch gruppiert und vom übrigen Unternehmensnetzwerk trennt. Beispielsweise mit den industrietauglichen Firewalls der Baureihe Scalance S. Damit lässt sich der Zugriff von außen auf fest definierte Ports und dedizierte Geräte beschränken. Nur autorisierte Benutzer erhalten Zugriff auf das industrielle Netz. Ist ein Benutzer eindeutig identifiziert, hat er nur Zugriff auf die für ihn freigegebenen Systeme und kann sich nur entsprechend der Firewall-Regeln bewegen. Somit kann bei Bedarf der Zugriff auf andere Anlagenteile oder das Unternehmensnetz unterbunden werden. Die Datenübertragung lässt sich zudem mit VPN verschlüsseln und die Kommunikationsteilnehmer können authentifiziert werden. Neue Funktionen, wie ein zentrales User- bzw. Gruppen-Management im TIA Portal oder eine proaktive Überwachung anomaler Zustände, vereinfachen die damit verbunden Aufgaben. Einen Beitrag zu hoher Systemintegrität leisten auch die Advanced Controller Simatic S7-1500 mit integrierten Sicherheitsfunktionen zum Know-how- und Zugriffsschutz, die ebenfalls im TIA Portal parametriert werden. So lassen sich Automatisierungsnetze zuverlässig vor vielfältigen Bedrohungen von innen und außen absichern, die Verfügbarkeit und damit die Produktivität der Anlagen hoch halten, und auch das spezifische Know-how mit überschaubarem Aufwand schützen.

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Maschinen lokal und global überwachen und analysieren

Bedarf an sicherer Datenübertragung haben insbesondere Unternehmen, die den Status und die Ausbringung lokal oder global vernetzter Produktionen erfassen und vergleichen wollen. Auch weltweit agierende Hersteller sowie Serviceanbieter profitieren davon, wenn sie jederzeit den genauen Zustand einer Maschine oder Anlage im Feld kennen - z.B. weil sich Wartungsarbeiten vorhersehbar und besser planbar machen lassen. Das wird umso wichtiger, je mehr sich neue Geschäftsmodelle mit zeit- oder nutzungsbasierter Überlassung von Produktionsmitteln oder an der Verfügbarkeit orientierter Abrechnung etablieren. Mehr und mehr Unternehmen setzen zur Überwachung und Analyse auf cloudbasierte Lösungen wie Mindsphere, für die Siemens auch skalierbare Konnektivitätskonzepte entwickelt hat. Eine aufwandsarme und kostenfreie Lösung sind im TIA Portal nutzbare Funktionsblöcke zur Anbindung der Simatic-S7-1500-SPSen an die Cloud-Lösung. Erweiterte Funktionalität und Performance bieten spezielle IoT-Gateways, die es bei Siemens in zwei Ausprägungen gibt. Die vorkonfigurierten Geräte MindConnect IoT2040 und MindConnect Nano sind so konzipiert, dass sie vom Anwender ohne zusätzlichen Programmieraufwand intuitiv genutzt werden können. Sie umfassen bereits die Software für einen sicheren, verschlüsselten Austausch von Daten mit der Cloud. Diese Variante von Gateways kann spezifische Funktionen und Merkmale von Siemens-Komponenten nutzen, was ein gutes Zusammenspiel gewährleistet. Die offenen Gateway-Modelle Simatic IOT2020 und IOT2040 basieren auf Linux und lassen dem Nutzer viel Freiheit hinsichtlich Software-Ausstattung, Funktionalität und IT-Security. Damit können Anwender Daten über vielfältige Schnittstellen sammeln, z.B. per I/O-Modul, RS485-Schnittstelle oder zwei getrennte Ethernet-Ports, und an eine IT- oder Cloud-Infrastruktur weiterleiten. Darüber hinaus ist auch eine integrierte Anbindung von Scada-Systemen an die Cloud möglich. Solche Systeme konzentrieren in der Regel schon große Mengen hochwertiger Produktionsdaten, die sich künftig ohne zusätzlichen Hardware-Aufwand an Analysewerkzeuge in der Cloud transferieren lassen. Dort unterstützen spezielle Apps (Siemens nennt sie MindApps) die Überwachung von Maschinen und Anlagen. So können mit der Performance Insight MindApp Leistungsindikatoren von Maschinen berechnet und verglichen werden, um Herstellern wie auch Betreibern mehr Einblick in ihre weltweit eingesetzten Maschinen zu geben. Darüber hinaus können Mitarbeiter in der Produktion mit der Notifier MindApp bei Maschinenstillständen direkt über ihr Smartphone benachrichtigt werden, um Stillstandszeiten zu verkürzen. Das von der Maschine bis zur Mindsphere durchgängige, skalierbare Lösungsangebot unterstützt Unternehmen jeder Größe dabei, Maschinen und Anlagen zu überwachen und zu analysieren - und so deren Leistung sicherzustellen bzw. zu verbessern.

Energieverbrauch systematisch reduzieren

Steigende Energiekosten, gesetzliche Auflagen oder das eigene Image treiben viele Unternehmen dazu an, den Energieverbrauch in der Produktion zu reduzieren. Dazu müssen Energieflüsse in den Anlagen transparent gemacht werden, was bisher oft zusätzliche Hardware und erhöhten Programmieraufwand bedeutete. Mit Hilfe der Option Simatic Energy Suite im TIA Portal lassen sich abrechnungsrelevante Energiedaten nun direkt an der Maschine - in der SPS - erfassen und verarbeiten. Diese Funktion nutzt dazu die Daten verschiedener energiemessender Komponenten einer Anlage, beispielsweise von Niederspannungsschaltgeräten, Verteilungs-, Automatisierungs- und Antriebssystemen. Auch Messgeräte anderer Hersteller lassen sich einbinden. Die relevanten Messstellen werden im TIA Portal über Energieobjekt-Tabellen konfiguriert und verwaltet, so dass nur wenig Projektierungsaufwand anfällt. Auch das Energiemanagementprogramm für die SPS wird automatisch generiert. Zur Laufzeit werden die projektierten Energiedaten automatisiert erfasst. Anlagenbetreiber können in Echtzeit darauf zugreifen, sie mit Produktionsdaten korrelieren und live visualisieren. Wahlweise direkt auf einem HMI-Gerät in der Produktion oder einem überlagerten Scada-System. Produktionsleiter können den Energieverbrauch pro Stück, Maschine, Linie oder Schicht ermitteln und vergleichen. Auch das kann dazu beitragen, unnötigen Energieverbrauch zu erkennen und die Prozesse energetisch zu verbessern. Anlagen, die Simatic Energy Suite nutzen, lassen sich auch an überlagerte Systeme anbinden und somit in ein zertifiziertes Energiemanagementsystem nach ISO50001 integrieren. Gut geeignet dafür ist der Simatic Energy Manager Pro, der nicht nur die Energiedaten, sondern auch Messstellenbezeichnungen und Einheiten übernehmen kann. Das führt zu einer einfachen und nahtlosen Anbindung, ohne mehrfachen Projektierungsaufwand. Mit dem Tool lässt sich die Energiebetriebsführung anhand individueller wirtschaftlicher Kennzahlen (KPIs) analysieren und verbessern - vom Energieeinkauf über die Planung bis zum Controlling. Das System erstellt frei konfigurierbare Energieberichte und versendet diese automatisch via E-Mail. Des Weiteren können Web Dashboards erstellt werden und über mobile Geräte wie Tablet oder Smartphone angezeigt und angepasst werden, auch über mehrere Unternehmensstandorte hinweg. Fundierte Energieanalysen machen den Energieverbrauch transparent und kalkulierbar, was eine Voraussetzung ist für die energie- und kosteneffiziente Produktion.

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Die aufgeführten Lösungsangebote ebnen Unternehmen jeder Größe den Weg zur effizienten und sicheren digitalen Produktion. Der skalierbare Ansatz erleichtert den Einstieg und den sukzessiven Ausbau digitaler Kompetenz und damit zu dauerhaft wettbewerbsfähigem Betrieb. Im dritten und letzten Teil der Artikelserie, die in der nächsten Ausgabe des SPS-MAGAZINs erscheint, geht es um die industrielle Kommunikation als Rückgrat für digitalisierte Prozesse.

Artikelserie: Lösungsangebot für einen digitalisierten Workflow

SPS-MAGAZIN 5/2018: Digitalisierung konkret umsetzen

mit effizientem Engineering

SPS-MAGAZIN 6/2018: Digitale Lösungsangebote für

transparente, effiziente und (cyber-)sichere Produktion

SPS-MAGAZIN 7/2018: Industrielle Kommunikation:

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