Die steigende Komplexität der Fertigungsanlagen und die damit verbundene Komplexität der Bedienung erfordert vom Maschinenbe­diener und Werksmitarbeiter heute schon einiges an Wissen. Kommen indes für die integrierte Industrie noch weitere zu beherrschende Software-Komponenten wie MES oder ERP ­hinzu, muss der Grad der Mitarbeiter-Qualifikation nochmals steigen. In Zeiten eines drohenden Facharbeiter-Mangels nicht unbedingt eine zielführende Entwicklung.

Wie aber können die Mitarbeiter – ohne ein Mehr an Qualifikation – der Flut der neuen und komplexeren Systeme Herr werden? Denn eines hat sich bis heute nicht geändert: Bediener müssen jede neue Software erlernen und jede komplexere Funktionalität hat eine eigene Software.

Im Rahmen der Fertigung der schweren Steckverbinder bei Harting Electric laufen deshalb Arbeiten zu einem Enterprise Integration Layer (EIL). Ziel ist: Nicht der Mitarbeiter muss die Software erlernen, sondern die Software soll sich dem Mitarbeiter anpassen! Der EIL dient dabei im Weiteren als Vereinheitlichungs- und Harmonisierungsumgebung vorhandener Systeme. Das heißt, der Mitarbeiter bedient zukünftig nicht mehrere, sondern nur noch ein System, welches alle Komponenten integriert und steuert – ganz nach der Idee von ­Industrie 4.0.

Der 'Enterprise Integration Layer' - kurz EIL - könnte die Aufgaben einer zentralen Datendrehscheibe einer modernen Fabrik übernehmen.

© Harting

Eine solche neue Software-Zwischenschicht soll es ermöglichen, dass die Mitarbeiter eines Unternehmens – egal in welchem produzierenden Zweig sie sich befinden – eine vereinheitlichte Umgebung nutzen und mittels dieser Umgebung alle weiteren, unterlagerten Systeme bedienen können.

Ein EIL muss intuitiv bedienbar sein, soll den Mitarbeiter in seiner eigent­lichen Arbeit unterstützen und ihn nicht davon abhalten. Dies bedeutet neben der Nutzung einer einheitlichen Oberfläche und Haptik gleichzeitig die Harmonisierung von An­lagen und Anlagenteilen. So ließen sich vielerorts verschiedenste Bedienterminals und -elemente durch eine ein­zelne, intuitive Oberfläche ersetzen. Weiterer Vorteil wäre: Eine solche Umgebung bringt nicht nur den Effekt der Effizienzsteigerung, sondern erlaubt auch den wechselseitigen Einsatz von Per­sonal, da die Bedienoberflächen auch anderer Bereiche identisch zu handhaben sind. Damit erweitert sich die Palette der Einsatzmöglichkeiten für entsprechend ausgebildetes Fachpersonal enorm.

Ein EIL kann in technischer Hinsicht als zentrale Datendrehscheibe einer 'Integrated Industry'-Umgebung bezeichnet werden. Aufgabe des EIL ist es, die für die Ausführung ihrer Aufgabe wichtigen Informationen an die jeweiligen angebundenen Systeme wie MES, LIMS, WMS oder gar ERP weiterzureichen. Dadurch können Faktoren für beliebige Aktionen in das EIL ausgelagert und durch Verzahnung mit verschiedensten Eingabemethoden und -quellen ausgelöst werden.

Unterstützt durch die jeweilige Oberflächen-Logik können Mitarbeiter somit verschiedene angebundene Systeme über eine einzige Oberfläche, den 'Enterprise Integration Layer' steuern. Dies erfordert jedoch ein in sich schlüssiges Konzept zur technischen Realisierung. Einen wichtigen Einblick hierfür bietet das Referenzarchitekturmodell für Industrie 4.0 – kurz RAMI 4.0 – und die sich darum ansiedelnden Technologien.

Technologien aus dem RAMI 4.0

Auf welche bestehenden Technologien ließe sich heute schon zurückgreifen? Zurzeit ist der einzige im RAMI 4.0 gesetzte Kommunikationsstandard OPC UA. Die OPC Unified Architecture dient jedoch nur als vereinheitlichendes Protokoll für die M2M- (Machine to Machine) oder in Ansätzen auch der M2O-Kommunikation (Machine to Object). Mit der Erstellung der 'OPC Companion Specification' für AutoID- Systeme geht Harting gemeinsam mit Siemens in diesem Jahr einen nächsten, wichtigen Schritt in Richtung normierte Integration der Zukunft. Folgen weitere Spezifikationen diesem Vorbild, ist in kürzester Zeit von einer ­flächendeckenden Normierung der ­verschiedensten Hardware-Systeme auszugehen und damit auch von einer normierten Gesamt-Integration im RAMI 4.0.

Einer der Newcomer in der M2M- und M2O-Kommunikation ist das seit 2013 in der 'Organization for the Advancement of Structured Information Standards' (OASIS) standardisierte Protokoll 'Message Queue Telemetry Transport' (MQTT). Mittels MQTT werden Informationen via Broadcast in Netzwerke gesandt und können von unterschiedlichsten Systemen aufgegriffen und weiterverwendet werden. Ob und wenn ja wie MQTT ­seinen Weg in RAMI 4.0 finden wird, ist allerdings noch offen.

Ebenso offen ist die Frage, welche weiteren Kommunikationsstandards für das RAMI 4.0 – beispielsweise für die Kommunikation zwischen verschiedenen IT-Systemen – gesetzt werden. Den Erfahrungen der vergangenen Jahre in den Bereichen der 'Service Oriented Architecture' (SOA) folgend, ist davon auszugehen, dass vor allem Web-Services das Rennen machen werden, da diese – der bereits existierenden Standardisierung WSDL folgend – bereits heute in vielen Systemen zum Einsatz kommen und keine großen, technologischen Hürden aufbauen.

Technologien für den EIL

Mit den genannten Technologien OPC UA und MQTT wäre ein EIL nun in der Lage, sich über standardisierte Protokolle mit Anlagen, Maschinen und Mobilen Industrial Devices zu unterhalten. Web-Services ermöglichen gleichermaßen die Anbindung an entsprechend moderne Systeme und deren Funktionsumfang. Viele, vor allem ältere Systeme, die keine Web-Service-Anbindung zur Verfügung stellen, würden somit jedoch aus dem EIL-Verbund ausscheiden, weshalb weitere, vor allem ältere Standardfunktionalitäten einen EIL erst komplettieren würden.

Der für die verbleibenden Kommunikationswege beliebteste Weg des Datenaustauschs ist nach den Web-Services die Interaktion mit Datenbanken. Für fast jedes Datenbank-System existieren entsprechende Treiber wie etwa ein 'Java-basierter Database Connector' (JDBC). Dies erweitert die Kapazitäten einer EIL-Umgebung beträchtlich auf fast alle aktuellen Software-Systeme. Komplettiert werden könnten die notwendigen Integrationsmechanismen durch FTP und Dateitransfer sowie in Einzelfällen durch eine direkte TCP/IP-Kommunikation.

Mit diesen variablen Datenschnittstellen könnte der EIL nun fast jede aktuell im Einsatz befindliche Applikation mit Informationen versorgen und damit bestimmte Funktionen auslösen. Aufgrund der funktionalen Gegebenheiten muss ein EIL die von ihm erstellten Daten aber auch auf den gleichen Kommunikationswegen wieder zur Verfügung stellen.

Der EIL ist – zumindest was die Integration angeht – damit einem 'Enterprise Service Bus' (ESB) gleichzusetzen. Hier wird im Groben nur davon ausgegangen, dass sich ein Software-Produkt verschiedenster verteilter Dienste bedient, um neue Informationen zu gewinnen und diese wieder als Dienst zur ­Verfügung zu stellen. Die Steuerung angebundener Systeme sowie die Einbindung und der Fokus auf die Bediener ist jedoch nicht Teil des ESB.

EIL – keine Software von der Stange

Eine wichtige Erkenntnis aus den vorliegenden Zeilen sollte sein, dass ein 'Enterprise Integration Layer' keine Software von der Stange ist. Der EIL muss vielmehr auf einem passenden Framework aufbauen, welches sowohl die technologischen Herausforderungen der Integration wie auch die der Datenvisualisierung und Oberflächendarstellung meistert.

Ein solches System kann dann dazu genutzt werden, einen EIL aufzubauen und das Schreckgespenst der Produktions-IT einzufangen.

Mit einer solchen Ausrichtung wären die Weichen für eine erfolgreiche Zukunft gesetzt: Bestehendes Personal könnte bereits heute für die Aufgaben der Zukunft weitergebildet werden und die Komplexität zukünftiger IT-Systemlandschaften – dank des Einsatzes von EIL-Systemen – sicher meistern.

Autor:
Sebastian Holzschuh ist Teamleiter Technologie & Produktion bei Harting IT System Integration.

Laufende Pilotprojekte

Der augenblicklich wichtigste Pilot eines EIL innerhalb der Harting-Gruppe erfolgt an den Verpackungslinien der Harting Electric und verbindet vier unterschiedliche ITs und drei weitere Hardware-Systeme miteinander. Diese Konstellation ermöglicht nicht nur die vereinfachte Steuerung der Verpackungslinien, sondern auch – durch den höheren Grad an IT-Unterstützung – eine Zeit-Einsparung im Gegenwert von rund 157.000 Euro im Jahr. Umgesetzt wird dieser Pilot durch den Consulting-Bereich der Harting-Gruppe: die Harting IT System Integration.