Automation IT weiter gedacht

Mit Automation IT hat die Harting Technologiegruppe die Kommunikationsplattform für alle Applikationen eines produzierenden Unternehmens etabliert. Im Rahmen von Industrie 4.0 setzt Harting auf die Weiterentwicklung dieser bisher alleine auf die Kommunikation bezogenen Automation IT Plattform hin zu einer Applikationsplattform. Mit der Einführung von Ethernet als universellem Kommunikationsstandard auch für die Automatisierung sind die Netzwerke grundsätzlich durchlässiger geworden. Die Applikationen haben mit dieser Entwicklung jedoch nicht Schritt gehalten, denn zum Austausch von Informationen zwischen Applikationen reichen heute die Kommunikation-Layer des OSI Schichtenmodells nicht aus. Die Backend-Systeme der IT sind dort einen deutlichen Schritt weiter. Dass die Einzelapplikationen der Indust-rie, wie beispielsweise die Automatisierung, hier nur unzureichende Schnittstellen bieten (z.B. OPC UA) ist vor allem deshalb problematisch, weil neue Anforderungen eine stärkere Zusammenarbeit unterschiedlicher Applikationen erfordern. ERP-Software (Enterprise Resource Planning), MES (Manufacturing Execution System)- und Scada-Systeme (System Control and Data Acquisition), Leit- und Energiemanagementsysteme sollen integriert werden. Energieeffizienz beispielsweise kann nämlich nicht nur über einen einzelnen Hebel erreicht werden. Eine nachhaltige Prozessoptimierung ist erst dann möglich, wenn die unterschiedlichen Unternehmensapplikationen zusammenarbeiten. Kooperative Unternehmensapplikationen Die Notwendigkeit der barrierelosen Zusammenarbeit unterschiedlicher Unternehmensapplikationen hatte in der Vergangenheit keine Priorität, was einer der Gründe dafür ist, dass die Entwicklung der Automatisierung einen gänzlich anderen Weg als die der Unternehmens-IT genommen hat. Als Konsequenz hat die klassische Automatisierung ein applikationsspezifisches Netzwerk aufgebaut. Die Integration der Automatisierung in andere Unternehmensapplikationen wurde über Gateways realisiert. Geräte im Automatisierungsnetzwerk waren und sind dabei immer einer konkreten Automatisierungsapplikation zugeordnet und durch den Feldbus in Linientopologie unterhalb einer Kopfsteuerung, der klassischen SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung), verbunden. Mit der Einführung von Ethernet als Kommunikationsstandard für die Automatisierung sind die Netzwerke grundsätzlich offener geworden, was auch topologisch zu größerer Freiheit geführt hat. Die Kopfsteuerung ist zwar vielfach noch funktional vorhanden, kann aber flexibel ins Netzwerk integriert werden. Bezogen auf weitere Unternehmensapplikationen ist die Steuerung vorzugsweise der logische Übergabepunkt für Informationen und nimmt in diesem Sinne eine Gateway-Funktion wahr. Problematisch wird es z.B. dann, wenn eine RFID Information gleichzeitig dem ERP wie auch dem Automatisierungssystem zur Verfügung stehen soll. Heute existiert nur eine physikalisch einheitliche Netzwerkinfrastruktur und damit eine konvergente Kommunikationsplattform. Die auf dieser Kommunikationsplattform eingesetzten Applikationen sind aber logisch größtenteils unabhängig. Aus der Perspektive der Automatisierungsapplikation heraus gab es keine Motivation, diese Unabhängigkeit aufzugeben. Denn die klassische Automatisierung funktioniert in jedem Fall autark, was auch aus Safety-Gesichtspunkten notwendig ist. Dieses auch als Automation Insel bezeichnete Vorgehen ist unkritisch, solange keine Informationen unter Unternehmensapplikationen zur Steuerung des Gesamtprozesses ausgetauscht werden müssen. Neue Anwendungen stellen aber genau diese Anforderung. Energieeffizienz als Zukunftsaufgabe Energieeffizienz fordert einen hohen Grad an Zusammenarbeit von Unternehmensapplikationen. Welche Applikationen hier im Einzelnen zu betrachten sind, wurde im Rahmen der Kooperation von Harting mit dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI), ausgewertet: – Für die ERP-Software waren dies Produktion, Finanz- und Rechnungswesen (Kostenstellen- zuordnung) und Controlling (Zuordnung von Energiekosten zum Produkt). – Für MES-Systems / Scada-Systeme sind die Erfassung von Produktions- und Produktdaten (Energiedaten werden analog zu Zeit, Personal, Produkt usw. erfasst) und die Steuerung von Produktionsaufträgen zu berücksichtigen. – Bei Steuerungs- und Leitsystemen sind Steue- rung und Regelung von Prozessen Haupt- thema (Starten, Stoppen, Stand-by-Manage- ment, Pausieren (basierend auf externe Vor- gaben, z.B. durch das Energiemanagement- system)). – Energiemanagementsysteme hingegen benötigen hauptsächlich Datenverarbeitung und -auswertung, ein Lastmanagement, z.B. als Pausenmanagement und die Unterstützung der Anforderungen nach DIN 16001. Unter Berücksichtigung der vielen Funktionsbereiche der unterschiedlichen Unternehmensapplikationen, die im Rahmen der Energieeffizienz betrachtet werden müssen, lässt sich also Energieeffizienz keiner Einzelapplikation zuordnen. Natürlich kann mithilfe eines Energiemanagementsystems und über manuelle Eingriffe in den Produktionsprozess der Energieeinsatz optimiert und der -verbrauch gesenkt werden. Dieses Verfahren kann aber nur Langzeiteffekte berücksichtigen. Es kann zudem nicht automatisiert werden und flexibel auf sich permanent ändernde Randbedingungen wie einen stark schwankenden Strompreis reagieren. Eine nachhaltige Prozessoptimierung ist erst dann möglich, wenn die unterschiedlichen Unternehmensapplikationen zusammenarbeiten. Einzelne Szenarien, wie z.B. das Pausenmanagement, unterstreichen dies. Eine Produktionsanlage in den Standby-Zustand zu versetzen, ist Aufgabe der Steuerung. Diese braucht aber wesentliche Informationen, um das zu tun, nämlich über Zeitpunkt und Länge der Pause. Denkbar wäre es auch, Pausenzeiten zu flexibilisieren und mit der Verfügbarkeit von Energie zu korrelieren. Kooperation mit der Automatisierung Ein wesentlicher Grund für die fehlende Zusammenarbeit von Applikationen in der Produktion ist im Konzept der industriellen Automatisierungskommunikation zu sehen. Diese findet in der Regel zyklisch statt. Eine zentrale Steuerung kommuniziert dabei mit dezentralen Teilnehmern in einem festen Takt unter Kenntnis der topologischen Eigenschaften des Netzwerks. Nur so kann sichergestellt werden, dass die Informationen rechtzeitig und zu einem garantierten Zeitpunkt beim Empfänger ankommen. Diese Form der Kopplung von Applikation und Netzwerk über ein definiertes Zeitverhalten ist der Office IT unbekannt. Hier werden Services gebildet, die im Rahmen einer Orchestrierung zu komplexen Diensten verbunden werden. Das Netzwerk muss für einzelne Applikationen eine definierte Performance zur Verfügung stellen. Ein Weg zur Kooperation von Applikationen im industriellen Umfeld ist die Strukturierung der Automatisierung als Service Oriented Architecture (SOA). Bei einer SOA werden mehrere einfache Prozesse zu einem komplexen zusammengefasst. Für dessen Verwendung komplexen Prozesses reicht es, wenn die Schnittstellen bekannt sind. SOA Architekturen bieten für die Integration in Unternehmensapplikationen deutliche Vorteile, wie erste Demonstratoren des DFKI in Kaiserslautern zeigen: Eine der Office IT äquivalente Nutzung von IT Technologie führt demnach zu innovativen, das heißt vor allem leistungsfähigeren Automatisierungslösungen, die sich nahtlos in den Gesamtprozess einbetten. Die Automation IT Kommunikationsplattform wandelt sich unter Aspekten einer SOA Architektur in einen Enterprise Service Bus. Damit wird auch die Automatisierung im Rahmen von Industrie 4.0 von IT Technologien deutlich stärker dominiert werden.