Vor Kurzem war ich auf einer IoT-Konferenz. Ich fühlte mich mit Anzug und weißem Hemd etwas wie aus der Vergangenheit kommend, aber ehrlich gesagt dennoch im Kreise dieser begeisterten und zum großen Teil jungen Menschen sauwohl. Ich habe als Redner etwas zur Architektur von Smart Factories und der Bedeutung von IoT-Devices für Industrie 4.0 vorgetragen. In meiner Präsentation ist die Bedeutung mit einer Verwaltungsschale gekapselter Produktionsmodule für hochflexible und daher modulare Produktionsanlagen besonders hervorzuheben. Meine Überzeugung, dass die Architektur der Smart Factories sehr gut mit Feldbussen innerhalb dieser Produktionsmodule umsetzbar und mit Industrie 4.0 kompatibel ist, kann man als Migrationsstrategie in eine reine IoT-basierte Automatisierung auffassen. Meine These, dass für Fertigungsaufgaben dauerhaft Feldbusse relevant bleiben, wird mir aber mancher als Konservativismus auslegen.

Ein Schlüsselerlebnis

Ein anderer Vortrag über künstliche ‚Urban Trees‘ – große Filterwände gegen Feinstaub, die mit Moosen bewachsen sind und automatisch bewässert werden – zeigte quasi eine IoT-Lösung innerhalb einer von mir beschriebenen ‚Smart Factory‘ auf. Da die Hersteller dieser Filterwände aus der IT-Welt stammen, war es für sie naheliegend, alles mit Geräten wie Raspberry Pi und Arduino aufzubauen. Was letztlich eine große Transparenz in der Anwendung mit sich bringen und ein weltweites Condition Monitoring ermöglichen sollte. Der Referent beschrieb in Schritten die getätigten Optimierungsschritte in der Automation. Wie groß dabei das Problem der Verfügbarkeit von IT-Devices und selbstgestrickten I/O-Modulen und deren Software sein sollte, stellte sich in dem Projekt erst sehr spät heraus. Auch erkannten die Akteure, dass die eigentliche Aggregationsebene nicht ein Einzelventil für die Bewässerung ist, sondern der ganze Baum, also diese Ebene, eigentlich eine Verwaltungsschale braucht. Und bei all den Problemen mussten die IT-lastigen Akteure erkennen, dass ihre Schwierigkeiten im Prinzip schon gelöst waren – durch den Einsatz eines Feldbusses! Es setzte sich bei den Akteuren also die Erkenntnis durch, dass hohe Verfügbarkeit und ein einfacher Aufbau letztendlich durch den etablierten Feldbus realisierbar sind – dieser ist standardisiert, industrieangepasst, hochverfügbar und vor allem einfach in der Handhabung!

Die Begeisterung des von der Entdeckung des Feldbusses förmlich verzückten Redners sagte mir, dass ich mit meiner Theorie über die Zukunft des Feldbusses in Smart-Factory-Produktionsmodulen gar nicht so falsch liege. Denn ich behaupte: Durch die vielen neuen IoT-Applikationen, die am Entstehen sind, wird ein zusätzliches Wachstum des Feldbus-Marktes generiert. Voraussetzung ist allerdings: Die Feldbusse müssen für die Zukunft ertüchtigt werde – etwa durch die Definition einer Verwaltungsschale gemäß der RAMI-Referenzarchitektur.

Der Feldbus und die Smart Factories

All die Produktionsanlagen, die im Zeichen der vierten industriellen Revolution entstehen, sind durch einen modularen Aufbau gekennzeichnet. Der Aufbau dieser Smart Factories lässt sich aus Anforderungen ableiten, die im direkten Bezug zur vierten industriellen Revolution stehen. Neben der Anforderung des Marktes, die im Wesentlichen durch den Endkunden – Individualisierung von Produkten – und den Betreiber der Anlage – Forderung nach Wandelbarkeit der Produktionsanlage – gekennzeichnet sind, wirkt eine dritte Einflussgröße, die als Paradigmenwechsel in der Automatisierung zu beschreiben ist. Dabei sind die universelle Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnologie und die Einführung von Services die wesentlichen technologischen Treiber. Ergebnis aus den Marktanforderungen und dem technologischem Wandel sind modulare, serviceorientierte Produktionsanlagen, die Smart Factories. Dabei ist die Festlegung von Aggregationsebenen für die Nutzung Service-basierter Architekturen zielführend, um eine wirtschaftlich sinnvolle und auf die Performance der Anlage optimal abgestimmte Lösung zu finden.

Aggregation auf Modul-Ebene in der Smart Factory.

© Harting

Die Technologie-Initiative Smart-FactoryKL in Kaiserslautern betreibt den weltweit ersten Industrie-4.0-Demonstrator, der neben neuesten Technologien – wie RFID für ein digitales Produktgedächtnis sowie OPC UA für neue Services – die Kapselung bestehender funktionsbasierter Automatisierung in Form einer Verwaltungsschale aufzeigt. Der Aufbau erfolgte entsprechend einer Systemarchitektur, die sich auf weitere Smart Factories in Form eines allgemeinen Masterplans übertragen lässt. Die Aggregation auf Modul-Ebene hat Auswirkungen auf den Aufbau der Module, oder eben auch nicht. In der Smart FactoryKL hat sich gezeigt, dass der Aufbau in den meisten Fällen mit einem Feldbus erfolgen kann – und das zu 100 % Industrie-4.0-konform.

Der Feldbus und Industrie-4.0-Applikationen

Die Bedeutung von Edge Devices: Sie werden zusehends die Analyse von Daten nahe an den Sensoren übernehmen.

© Harting

Neben der Aggregation auf Modul-Ebene werden Sensordaten als Quelle wertvoller Informationen für zusätzliche Services wie das Predictive Maintenance notwendig. Diese können durch Edge Devices innerhalb der Module direkt aus Sensordaten gewonnen werden. Es entsteht so ein vollständiges IoT-Ecosystem. Dabei lassen sich Edge Devices – wie die Mica von Harting – einsetzen, um Informationen zu generieren. Das bietet sich einerseits in bestehenden Anlagen an, was üblicherweise als Brown-Field-Ansatz gewertet wird. Dieser im Rahmen des Retrofits betrachtete Ansatz ist aber deutlich genereller zu bewerten, wie sich in der SmartFactoryKL gezeigt hat. Denn: Zukünftig hochkomplexe Wertschöpfungsnetzwerke werden dauerhaft durch eine gewisse Heterogenität geprägt sein. Industrie 4.0 ist daher als die Klammer zu werten, die alles zusammenhält. Dabei geht es um Maschinen, die konventionell feldbusbasiert sind und daher erst einmal keine IoT-Schnittstellen liefern, aber auch um die, die generell IoT-basiert aufgebaut sind. Dazwischen liegt ein breites Spektrum an Möglichkeiten. Daher werden Edge Devices, die für Services wie Predictive Maintenance, Asset Management, Spare Part Management und Energy Management ihre Relevanz neben der für die Automatisierung optimierten SPS behalten.

Natürlich wird die SPS auch mit einem Bündel an Services verfügbar sein. Entscheidend ist aber nicht, dass es ein Universal-Device gibt, viel entscheidender ist, dass einerseits die Daten aus der Feldebene einheitlich erhoben werden und andererseits die unterschiedlichen Kompetenzträger ihre Entwicklungsumgebung erhalten, in der sie optimal und effizient arbeiten können. Im Umfeld der Automatisierung wird das auch zukünftig funktional orientiert und zumeist nicht serviceorientiert geschehen. Und das ist auch weiterhin mit dem Einsatz von Feldbus-Technologie möglich, nicht zuletzt, weil für Feldbusse wie Profinet durch die Geräteprofile ein großer Teil der oft geforderten Semantik schon zur Verfügung steht. Eine wichtige Aufgabe der Zukunft wird es sein, den Edge Devices im Fertigungsumfeld einen Zugang zu den Feldbus-Daten zu geben, denn es ist naheliegend, dass auch diese den Feldbus nutzen. Somit sprechen zukünftige Edge Devices Feldbus-Sprachen und verstehen deren Gerätebeschreibung in Form von GSDML-Dateien.

Die Zukunft des Feldbusses

All die Aussagen zusammengefasst, legen den Schluss nahe: Der Feldbus bleibt weiterhin die Grundlage in der Produktion und das sowohl für die Automatisierung als auch für neue Industrie-4.0-IoT-Anwendungen. Diese Aussage versteht sich aber auch als Appell an die Feldbus-Nutzergruppen, sich verstärkt um die neuen Applikationen zu kümmern, denn die Sensordaten des Feldbusses sind das Futter der neuen Industrie-4.0-Applikationen.

Autor:
Andreas Huhmann arbeitet als Strategy Consultant Connectivity & Networks bei Harting und ist ein Vorstand der Smart-Factory-KL.