Die IEC (International Electrotechnical Commission), 1906 gegründet, ist auch nach mehr als 100 Jahren ihres Bestehens eine der wichtigsten internationalen Organisationen elektrische Normung. Die Zeit der Gründung war geprägt von einer zunehmenden ­Anzahl von Unfällen mit elektrischem Strom im Haushalt. Um dem entgegenzuwirken, griff die IEC die schon damals existierende VDE-Vorschrift 0100 auf. 1895 hatten Werner von Siemens und einige andere auf ein paar Seiten beschrieben, wie elektrotechnische Anlagen sicher installiert werden. Die VDE 0100 wurde seither stetig weiterentwickelt und ist noch heute gültig.

Bild 1. Das TC65-Komitee der IEC hat 64 Arbeitsgruppen mit rund 1000 Mitwirkenden. Eine Auswahl von ihnen traf sich in Hamburg.

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Da Elektrotechnik und Elektronik sich zu einem beinahe endlosen Betätigungsfeld ausgewachsen haben, hat die IEC zahlreiche Unterkomitees gebildet, die sich mit speziellen Anwendungsgebieten befassen. In Hamburg traf sich Ende März/Anfang April  2014 das Technical Committee TC65, eine seit 1968 bestehende Arbeitseinheit für „Industrial-process measurement, control and automation“ – also für die ­Industrie-Automatisierung (Bild 1). Zur anfangs erwähnten elektrischen Sicherheit ist mit dem Einzug von programmierbarer Elektronik die funktionale Sicherheit als wichtiger Sicherheitsbaustein hinzugetreten. Sie manifestiert sich in Form der weithin akzeptieren Norm IEC 61508 – verfasst von der TC65. Im Zuge der allumfassenden Vernetzung kommt nun als dritter Sicherheitsbaustein die IT-Sicherheit dazu. Hierzu konstituierten sich neue Arbeitsgruppen und das TC65 informierte sich über schon existierende Zertifizierungen anderer Organisationen, z.B. das ISA Security Compliance Institute mit seiner 'Embedded Device Security Assurance' (EDSA).

Auf dem Weg zur Smart Factory

Bild 2. Roland Heidel, Chairman des TC65: „Das Internet lässt sich nicht standardisieren“.

© Heidel

Durch die Vernetzung aller Komponenten sollen intelligente Produktionsanlagen entstehen – in Deutschland unter dem Schlagwort 'Industrie 4.0', im anglo-amerikanischen Raum spricht man eher von 'smart factory'. Diese vernetzten Anlagen müssen dabei nicht nur sicher sein, sondern es muss auch die Kommunikation standardisiert werden, damit Geräte herstellerübergreifend Daten austauschen können. Davon ist man heute noch weit entfernt. "Wenn heute jemand behauptet, er hätte Industrie 4.0, dann ist das eine reine Marketing-Aussage", sagt Roland Heidel (Bild 2), Chairman des TC65-Komitees.

Zielrichtung von Industrie 4.0 ist u.a., dass Werkstücke und Produktionsanlagen autark miteinander kommunizieren. Dazu muss eine Beschreibungssprache definiert werden, die alle nur denkbaren Teile, die produziert werden können, in allen ihren Parametern beschreiben kann. Etwas naiv kann man sich das so vorstellen, dass ein Stück Metall weiß, dass es eine Bohrung an ­einer bestimmten Position braucht und nun eine Anfrage abschickt, wo sich ein Bohrer befindet, der dieses Loch bohren kann. Dabei gibt das Metallstück auch vor, bis wann das Loch gebohrt sein muss, damit der Terminplan für die Produktion eingehalten wird. Der Bohrer ist in diesem Falle ein 'Service'. Auch für die Services muss es ­eine Beschreibungssprache geben, auf die man sich erst noch einigen müssen wird. Wenn nun in der geforderten Zeit kein passender Bohrer verfügbar ist, wäre es denkbar, dass das Metallteil über die Vernetzung einen passenden Bohrer an einem entfernten Produktions­standort ausfindig macht. Hier kommen dann zusätzlich noch Logistikprozesse ins Spiel, damit das Werkstück in der nötigen Zeit an den Ort des Bohrers gelangt. Schon an diesem einfachen Beispiel sieht man: Industrie 4.0 lässt sich nahezu beliebig komplex ausgestalten.

Auf einen Zeitplan möchte sich TC65-Chairman Heidel nicht festlegen. Dazu sind die Standardisierungsaktivitäten noch zu unausgegoren. Aber immerhin das Kommunikationsprotokoll steht schon fest, über das Produktionsanlagen und -güter miteinander sprechen sollen: Hier hat man sich auf OPC-UA geeinigt. Und auch bei der Beschreibung von Werkstücken muss man nicht mit einem weißen Blatt Papier anfangen: "Hier gibt es zum Beispiel den ecl@ss-Standard IEC 61987, der heute schon für Beschreibungen und technische Parameter von Produktkatalogen eingesetzt und gut angenommen wird", sagt Roland Heidel.

Die Industrie braucht Beständigkeit

Zwar könnte man XML als Beschreibungssprache nehmen – das Problem ist aber, dass XML 'extensible' ist. Eine Sprache, die ständig verändert und erweitert wird, kann die Investitionsgüterindustrie jedoch nicht brauchen. Geräte in großen Anlagen laufen 15 Jahre und länger, und auch dann soll die Sprache noch gültig sein. Die TC65 strebt einen Standard wie ecl@ss für die eindeutige Beschreibung von Eigenschaften an, braucht aber zusätzlich noch so etwas wie EDDL, womit sich Konfigurationen beschreiben lassen. Konfiguration bedeutet: Die Eigenschaften des Geräts ändern sich während des Betriebs, etwa indem ein Meßumformer kalibriert wird.

Wie wahrscheinlich aber ist es, dass sich alle Beteiligten auf eine gemeinsame Sprache einigen? – Das sieht Roland Heidel ganz realistisch: "Wenn es einen gibt, der voran marschiert, dann gibt es immer auch Nachahmer, die dasselbe machen, aber anders." Er erinnert an den Feldbus-Krieg und die Interkama 1989. "Damals gab es 30 verschiedene Feldbusse. Heute hat sich das durch den Markt auf drei wichtige reduziert".

Wer definiert den Standard?

Industrie 4.0 ist gekennzeichnet durch das Zusammenwachsen von IT, Automatisierung und Telekommunikation. Dementsprechend versuchen auch die Protagonisten aus IT und Telekommunikation, ihre Standardisierungsvorstellungen durchzusetzen.

So hat sich jüngst in den USA ein 'Industrial Internet Consortium' gegründet. Initiatoren sind überwiegend ­IT-Firmen wie Cisco, IBM, Intel und GE. Sie wollen "die Anforderungen identifizieren, um nahtlos intelligente Geräte, Maschinen, Menschen, Prozesse und Daten miteinander zu verbinden". Auch die Telekommunikationsbranche hat das Internet der Dinge längst entdeckt. Hier entfaltet das ETSI (European Telecommunications Standards Institute) als europäisches Pendant der ITU (International Telecommunication Union) bereits Aktivitäten, die den Automatisierern Sorgen machen. ETSI hat die hoheitliche Aufgabe, alles, was mit Funk zu tun hat, für die EU zu regeln. Neben 24 drahtgebundenen Protokollen wird auch die drahtlose Kommunikation in der Industrie in ­Zukunft eine wichtige Rolle spielen, etwa bei Anwendungen wie Car2Car, Smart Meter oder Gütern, die sich mobil durch Produktionshallen bewegen. Diese industriellen Anwendungen brauchen Kommunikationsmechanismen, die z.B. innerhalb gewisser Zeitschranken reagieren. ETSI setzt sich aber nicht mit den Anforderungen der Automatisierungsindustrie auseinander. Gleichzeitig gelten die von ETSI erlassenen Vorschriften für alle Geräte, die in der EU betrieben werden. Und da sind Vorschriften in Vorbereitung, die für die Nutzung des ISM-Bandes (Industrial, Scientifical, Medical) einen 'Listen before Talk'-Modus vorsehen. ETSI befürchtet, dass das ISM-Band durch zu viele Teilnehmer überlastet werden könnte. Deshalb soll eine Vorschrift erlassen werden, dass Teilnehmer nur noch senden dürfen, wenn 'Funkstille' herrscht.

Wenn Welten aufeinander treffen

Der VDE hält das für eine Überregulierung. Ingo Rolle, der sich beim VDE mit Fragen der Standardisierung auseinandersetzt, sagt: "Erstens sind wir von einer Überlastung des ISM-Bands noch weit entfernt, zweitens hat die Ethernet-Standardisierung gezeigt, wie ein solcher Mechanismus zur Kollisionsvermeidung ein Medium unbenutzbar machen kann." Der VDE hat Alternativen vorgeschlagen, die aber vom ETSI nicht aufgegriffen wurden. Unter anderem würde sich der VDE eine Regelung wünschen, die die Koexistenz verschiedener Regelungen durch Entfernung ermöglicht. Nach derzeitiger Gesetzeslage müssen aber alle Geräte die gleichen Zugangsvoraussetzungen zum Funknetz erfüllen – auch wenn sie sich auf einem abgeschirmten Fabrikgelände befinden.Der Fall ist ein typisches Beispiel dafür, was passiert, wenn Automatisierung, IT und Telekommunikation aufeinandertreffen.

TC65-Chairman Roland Heidel lenkt den Blick auf das, was mittelfristig erreichbar ist: „In etwa zwei bis drei Jahren werden wir so weit sein, dass ein Standard für die Selbstauskunft von Geräten und Diensten so weit beschrieben ist, dass er von allen akzeptiert wird.“ Dann kommt es darauf an, dass ein solcher Standard in Produkte umgesetzt wird. Aber was passiert mit den anderen Standards? – Heidel: "Ich könnte mir vorstellen, dass es das Internet der Dinge in verschiedenen Ausprägungen geben wird, ein IoT für Industrie 4.0, eines für Smart Grid, für Connected Cars etc." Schon heute gäbe es ja verschiedene Dienste und nicht das Internet. Sein Fazit: "Das Internet lässt sich nicht standardisieren. Und bis zum Maximalfall, dass ein Produkt weiß, wie es produziert wird, kann es noch Jahre dauern. Aber was wir bald haben werden, sind bestimmte vorgefertigte Prozesse, die sich selbst organisieren und koordinieren können."