Der Startschuss des SPS-Benchmark fiel bereits 2009: Damals erarbeiteten die Hochschule Esslingen, die Universität Duisburg/Essen und das Unternehmen ITQ ein Benchmark-Verfahren für speicherprogrammierbare Steue­rungen. Den Auftakt der Arbeiten bildete eine Interviewreihe mit 14 namhaften Steuerungsherstellern auf der SPS/IPC/Drives 2009. Dabei zeigte sich, dass die Hardware von Steuerungen nicht mehr das wichtigste Entscheidungskriterium ist, sondern die Engineering-Umgebungen der jeweiligen Hersteller immer wichtiger werden.

Dies war der Anlass, den zweiten Teil des Benchmark einzuläuten. Sprich, eine Online-Befragung der Anwender – des Maschinen- und Anlagenbaus – zu starten und das Hauptaug­enmerk hierbei auf die Entwicklungsumgebung von Steuerungssoftware zu legen. Insgesamt haben 120 Personen aus über 70 Unternehmen an der Befragung teilgenommen.Die Firma ITQ GmbH hat den Fragebogen in Zusammenarbeit mit Computer&AUTOMATION erstellt und die Befragung ausgewertet.

Die Ergebnisse zeigen, dass sich der Maschinen- und Anlagenbau im Wandel befindet und immer mehr Unternehmen den ständig steigenden An­forderungen und der zunehmenden Komplexität der Aufgabenstellungen teilweise schon mit integrierten Software-Entwicklungstools begegnen. Auch das Thema detaillierter Tests der erstellten Applikationen findet zunehmend Beachtung, jedoch erfüllen die heutigen Engineering-Umgebungen der Hersteller noch nicht alle Anforderungen vollumfänglich.

Die Entwicklungsumgebung

Die erste Frage der Untersuchung widmete sich der Verteilung der eingesetzten Entwicklungsumgebungen. Es zeigt sich, dass Siemens rund ein Drittel der eingesetzten Entwicklungsumgebungen ausmacht. Jedoch haben Codesysbasierte Systeme und B&R mit 23 % beziehungsweise 16 % ebenfalls eine hohe Verbreitung.

Bei modernen Entwicklungsum­gebungen sind die Werkzeuge zur HMI- und Antriebsentwicklung in der Regel fester Bestandteil des Engineeringtools. So sind bei 55 % der Entwicklungsumgebungen die Entwicklungsumgebung für die HMI-Pro­grammierung integriert, bei 62 % der Umgebungen ist auch die Entwicklungsumgebung für die Antriebs-Programmierung enthalten. Handelt es sich noch um eigenständige Werkzeuge, so hält Siemens mit Win CC 35 % der eingesetzten Tools zur HMI-Erstellung. Der Rest teilt sich auf diverse Hersteller auf. Bei der Antriebsentwicklung zeigt sich bei den eigenständigen Tools kein klares Bild, es gibt eine Vielzahl von Antriebs-Entwicklungsumgebungen, die hierfür eingesetzt werden.

Die Anforderungen heutiger Automatisierungsaufgaben an Flexibilität, Funktionalität, Wiederverwendbarkeit und Anpassbarkeit steigen stetig. Deshalb werden Kriterien wie intuitive Bedienung des Programms, Software-Qualitätssicherung und Portierbarkeit von existierender Software zunehmend wichtiger. Bei der Entwicklung von Steuerungsprogrammen greifen die Anwender mehrheitlich auf Sprachen der IEC 61131-3 zurück (98 von 157 Nennungen). Andere Sprachen wie C+, UML, C#, Matlab/Simulink und Simatic SCl spielen eine untergeordnete Rolle (je zwischen sechs und zwölf Nennungen).

Auch die Frage nach der Wiederverwendung von bestehender Software zeigt ein eindeutiges Ergebnis: 92 % der Befragten ist dieses Thema wichtig, was nicht verwundert, steckt doch mittlerweile ein sehr großer Teil des Know-hows in der entwickelten Software der jeweiligen Firmen. Die Fernwartung der ausgelieferten Systeme ist eine sehr wichtige Maßnahme, um Engineering- und Reisekosten zu reduzieren. Nach der Ausstattung der Steuerungssysteme mit einem Zugang zur Fernwartung befragt, gaben jedoch lediglich 31 % an, ihre Systeme immer mit einem Zugang auszustatten. 56 % der Maschinenbauer tun dies teilweise. 13 % hingegen tun dies überhaupt nicht.

Der Know-how-Schutz

Generell sehen die Maschinenbauer das Thema Know-how-Schutz als ein sehr wesentliches an (74 % der Befragten). Den Unternehmen ist dabei bewusst, dass ein hoher Anteil des Know-Hows heute in der Software steckt. Die häufigsten Maßnahmen, dieses Wissen zu schützen, sind der Passwortschutz, das Geheimhalten des Quellcodes und die Benutzung fremder Schutzprogramme.

Nicht als ganz so wichtig erachten die Anwender die Funktion Software-Portierung. Also die Möglichkeit, existierende Software in die aktuelle Entwicklungsumgebung portieren zu können. 49 % erachten die Möglichkeit als wichtig. Es zeigt sich, dass es offensichtlich bei über 80 % der eingesetzten Engineering-Umgebungen keine entsprechende Funktion hierfür gibt, beziehungsweise diese Funktion häufig starke Einschränkungen aufweist. So wird oft nur ein bestimmtes Datenformat bei der Portierung unterstützt. Dies entspricht jedoch nicht der Idee der IEC 61131-3, wonach die verschiedenen Programmteile auch auf Steuerungsplattformen anderer Hersteller laufen sollen respektive importierbar sein müssten.

Wichtiger Punkt: Safety

Safety-Steuerungen nehmen inzwischen einen großen Stellenwert ein. Bereits 65 % der befragten Unternehmen setzen entsprechende Systeme ein, den größten Anteil hat Siemens mit fast 50 %. Aber auch Jokab (22 %), B&R (15 %) und Pilz (15 %) haben nennenswerte Anteile.

Was den Lebenszyklus von Steuerungsgenerationen beziehungsweise der erstellten Steuerungsprogramme betrifft, so sieht gut die Hälfte der Unternehmen den typischen Lebenszyklus hierfür bei zehn bis 15 Jahren.

Software und Qualitätssicherung

Die Kunden des Maschinen- und Anlagenbaus fordern zunehmend flexiblere und leistungsfähigere Produktionssysteme. Zugleich wird der Druck bezüglich Zeit und Kosten immer größer. Viele Funktionen und Kundenforderungen sind nur noch durch den verstärkten Einsatz von Software realisierbar. Hierbei ist es oft schwierig, die vom Kunden geforderte Qualität zu gewährleisten. Häufig führen Qualitätsmängel in der Software zu langen Inbetriebnahmen oder zu langen Stillstandzeiten.Dies alles führt dazu, dass die Maschinenbauunternehmen und Hersteller von Automatisierungstechnik verstärkt versuchen, den erhöhten Anforderungen zum Thema Softwarequalitätssicherung Rechnung zu tragen.

Die verschiedenen Testarten werden recht homogen in den Unternehmen durchgeführt. Ein Ergebnis, das auch verdeutlicht, dass viele Unternehmen erkannt haben, dass sich beim Test von Software nicht alles auf den Abnahmetest beim Kunden konzentrieren darf, sondern möglichst viel schon im Vorfeld validiert werden muss. Knapp 80 % der Befragten können die Software sogar bereits am eigenen Schreibtisch vortesten. Allerdings zeigt sich auch, dass automatische Modultests nur bei einem Viertel der Unternehmen Verwendung finden. Diese effiziente und ressourcenschonende Testart kommt aus dem Hochsprachensektor und hat bisher in der Steuerungsprogrammierung noch nicht durchgreifend Einzug gehalten.

Die Überprüfung von Motion-Funktionalität vor der Inbetriebnahme der Anlagen wird hingegen als deutlich wichtiger angesehen (54 % der Befragten halten solche Tests für wichtig). Jedoch zeigt sich, dass das Vorgehen beziehungsweise die eingesetzten Tools sehr unterschiedlich sind und jeweils von wenigen Unternehmen angewendet werden. Bei der Frage nach dem eingesetzten Tool für den Systemtest mit Hilfe einer Maschinensimulation (virtuelle Inbetriebnahme) fällt auf, dass über die Hälfte der Unternehmen diesen Test gar nicht durchführt. Die Firmen, die eine virtuelle Inbetriebnahme durchführen, haben unterschiedlichste Simulationstools im Einsatz.

Eine weitere Möglichkeit, den Systemtest durchzuführen, ist der komplette Aufbau und die anschließende In­betriebnahme der Maschinen im Werk. 59 % der befragten Unternehmen nutzen diese Möglichkeit immer, und ein weiteres Drittel macht dies auf Kundenwunsch oder teilweise. Jedoch bleibt festzuhalten, dass der Aufbau von großen Anlagen beziehungsweise ein Test der Anlagen mit Material teilweise überhaupt nicht möglich ist. Auch spielen hierbei Zeit und Kosten eine wichtige Rolle. Die virtuelle Inbetriebnahme stellt vielfach eine ernsthafte und kostengünstigere Alternative zum Aufbau und Test der Maschinen vor Auslieferung dar.

Die Weiterführung des Benchmark

Die Online-Befragung zeigt, dass die Wichtigkeit einer modernen und integrierten Entwicklungsumgebung, mit der sich die Steuerungs-, HMI- und Antriebsprogrammierung gleichermaßen realisieren lassen, von den Anwendern, dem Maschinen- und An­lagenbau, erkannt wird. Jedoch werden die jetzt bereits gebotenen Features von den Anwendern nicht vollumfänglich genutzt. Dies betrifft insbesondere das Thema Test und Qualitätssicherung. Hier besteht noch deutliches Verbesserungspotenzial in der Nutzung der gegebenen Möglichkeiten.

Eine weitere wesentliche Erkenntnis ist, dass manche Hersteller von Automatisierungsplattformen noch nicht alle wichtigen Kriterien und Anforderungen an eine moderne Entwicklungsumgebung erfüllen, die für ein effizientes und zielgerichtetes Engineering notwendig sind. Im weiteren Projektverlaufs des SPS-Benchmark sollen die Anforderungen an Engineering-Umgebungen, die in Zukunft einen immer höheren Stellwert einnehmen, untersucht und definiert werden. Die Computer&AUTOMATION wird den weiteren Projektverlauf mit begleiten und darüber berichten.

Autor: Jörn Linke ist Niederlassungsleiter von itq in NRW.