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Industrielle Automation 2/2017

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Industrielle Automation 2/2017

INDUSTRIELLE

INDUSTRIELLE KOMMUNIKATION An der Kante zur Cloud Neue Anwendungsarchitekturen in einer IIoT- und Industrie-4.0-basierten Welt sprechender Plattformen – in der Cloud er folgen. Sogar „echtzeitfähige“ Datenanalysen (Predictive Analytics) werden inzwischen als Cloud-Service angeboten. Zudem stehen auch entsprechende Service-Schnittstellen zur Datennutzung durch Anwendungen, wie Smartphone- Apps und MES/ ERP, zur Verfügung. Inzwischen wird deutlich, dass dieses Konzept aus unterschiedlichen Gründen in vielen Anwendungsbereichen so nicht funktionieren wird. Weder selbstfahrende Autos, noch die Fertigungszellen einer Smart Factory werden zur vertikalen und horizontalen Vernetzung bzw. zur autonomen Entscheidungsfindung ausschließlich auf die Cloud setzen können. Noch nicht einmal eine einfache Zustandsüberwachung wird mittels Cloud-basierter Entscheidungsfindung vollumfänglich erfüllt. Erster Strategiewechsel vollzogen Die Strukturen in der industriellen Automatisierungswelt werden sich durch das Internet der Dinge und Industrie 4.0 völlig verändern. Allerdings ist zu erwarten, dass deutlich weniger Komponenten und Systeme direkt mit einer Cloud kommunizieren, als in vielen Prognosen vorhergesagt. Dafür entsteht durch das „Fog-Networking“ bzw. „Edge-Computing“ eine Sichtweise zur lokalen Integration unzähliger Datenpunkte. Zeitweise sah es ja so aus, als wäre in Zukunft jedes „Thing“ im Internet of Things (IoT) mit einer Internet-basierten Private/ Public/Hybrid-Cloud verbunden. Die Kommunikationsverbindung zwischen Thing und Cloud kann relativ einfach und kosten- günstig direkt (zum Beispiel per LAN, Wi-Fi bzw. 2G / 3G / 4G) oder indirekt über ein zwischengeschaltetes IoT-Gateway erfolgen. Die gesamte Datenspeicherung, Datenverarbeitung und Informationsgewinnung sollte – zumindest aus Sicht der Anbieter ent- Im Industrial Internet of Things (IIoT), aber auch im Industrie-4.0-Umfeld erkennt man schon den veränderten Lösungsansatz: Zwischen Feldebene und Cloud entsteht unter dem Oberbegriff Fog- bzw. Edge- Computing eine serviceorientierte Zwischenschicht. Sie könnte sogar die gesamte Feldebene einer Smart Factory vollständig absor bieren. Das Ziel dabei ist, einzelne Systeme am Rand zur Cloud (at the edge), also im unmittelbaren Umfeld (Nebel = Fog), intelligenter zu machen, mit speziellen Fähigkeiten auszustatten und Sonderaufgaben ausführen zu lassen. Dadurch können die „Things im Nebel“ direkt oder über ein Edge- Gateway unter einander kommunizieren. Mit IBM hat sogar ein erster führender IoT- Cloud- Anbieter einen Strategiewechsel vollzogen: Die Watson-Analytics-Funktionen werden nicht mehr nur in der Wolke, sondern auch im Cisco-Edge-Router angeboten. Klaus-Dieter Walter ist CEO der SSV Software Systems GmbH in Hannover Messdatenausreißer finden und mit Minitab durch statistische Verfahren identifizieren Besuchen Sie uns: Control in Halle 3 Stand 3524 SENSOR+TEST in Halle 1 Stand 353 oder im Internet unter: www.additive-minitab.de/2017 62 INDUSTRIELLE AUTOMATION 2/2017

Vielfalt statt hierarchischer Kommunikation Die gegenwärtigen Kommunikationsstrukturen im industriellen Umfeld lassen sich im Allgemeinen durch eine hierarchische Pyramidenstruktur beschreiben. Ganz unten die Feldebene, darüber eine Steuerungsebene und als Krönung des Ganzen in der Regel mehrere Leitebenen mit unterschiedlichen Aufgaben. In dieser Pyramide existieren jeweils ein Bottom-Up-Datenfluss und ein Top-Down-Informationsfluss. Die Datenerfassung beginnt in der untersten Ebene, die Informationsgewinnung erfolgt zentralistisch in den höheren Schichten. Anweisungen werden somit von oben nach unten kommuniziert. Da hätte es funktional gut ins Bild gepasst, oben auf die Pyramide noch eine Cloud-Anbindung drauf zusetzen und in der „Wolke“, z. B. Predictive Analytics- Entscheidungen zu fällen, Intralogistikprozesse zu steuern usw. Das gesamte Datensilo „Automatisierungspyramide“ wäre dann sogar noch fernsteuerbar. IIoT- bzw. Industrie-4.0-basierte Automatisierungslösungen werden mittelfristig aber dafür sorgen, dass die hierarchische Kommunikationspyramide verschwindet. Das dreidimensionale Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0) lässt sich definitiv nicht mit der vorhandenen Py ramidenstruktur umsetzen. Es werden vielmehr Architekturen mit einzelnen Kommunikations-Domains entstehen, in denen auch weitreichende autonome Entscheidungen getroffen werden. Kommunikations-Domains ersetzen Pyramiden Die zukünftigen Kommunikationsbeziehungen einer IIoT- bzw. Industrie-4.0-basierten Smart Factory werden sich verändern. Die gesamte Automatisierungstechnik (Sensoren, Aktoren, Steuerungen usw.) ist in einer OT-Domain (OT = Operational Technology) zusammengefasst. In dieser Ebene gibt es verschiedene kommunikative Querverbindungen (D2D = Device-to- Device), zum Beispiel OPC UA Pub/Sub per MQTT oder IEEE TSN bzw. RFC 1006 bei älteren Steuerungen. Die zu einer Smart Factory gehörende MESund ERP-Software ist in der IT-Domain (IT = Information Techno logy) zu finden. Alle aus der Smart Factory-Sicht externen Komponenten und Systeme sind Bestandteile einer CT-Domain (CT = Cloud Technology). Hier findet man die Partner-ERP- Systeme einer bestimmten Wertschöpfungskette, Smartphone-Apps usw., aber auch in der Smart Factory hergestellte Produkte, die von Anwendern irgendwo auf der Welt genutzt werden. Sie liefern nun per Internet laufend Betriebs- und Zustandsdaten an das ERP-System des Smart Factory-Betreibers. Mit Hilfe dieser Daten lassen sich den Produktnutzern zusätzliche Services (sog. Smart Services, wie Opex-basierte Angebote und Wartungsverträge für eine vorausschauende Instandhaltung) anbieten. Zwischen den einzelnen Domains existieren zahlreiche Verbindungen. So sind einzelne Devices per D2B (Device-to-Business) bzw. D2C (Device-to-Cloud) direkt mit MES-, ERP- und Cloud-Anwendungen verbunden. Die ERP-Systeme zweier Unternehmen, die als Wertschöpfungskettenpartner zusammenarbeiten, sind in Zukunft per B2B-Datenverbindung (B2B = Businessto-Business) miteinander gekoppelt usw. Edge-Gateways: Bindeglied mit Sonderaufgaben Die gesamte OT-Domain einer Smart Factory bildet somit den „Fog“, also den Low-Level- Datennebel. Eine wichtige Rolle in diesem neuen Leitbild spielt die Baugruppe an der Grenze zwischen OT- und IT- beziehungsweise CT- Domain. Diesem als Edge-Gateway oder auch Edge-Router bezeichneten System kommen bisher nicht vorhandene Sonderaufgaben zu. Dazu einige Beispiele: n Sensordatenintegration: In einer OT- Domain wird es sehr viele Sensoren geben. Einige davon sind direkt an Steuerungen angebunden, um Ist-Werte an eine SPS- Software zu liefern. Andere dienen ausschließlich zur Maschinen- und Prozessüberwachung. Ein Edge-Gateway bildet das Bindeglied zwischen den Sensordaten und den Datennutzern. Zum Speichern der Sensordaten benötigt ein Edge-Gateway eine geeignete Datenbank für unstrukturierte Daten mit geeigneten Schnittstellen, um anderen Systemen den Zugriff auf diese Daten zu ermöglichen. n Vor-Ort-Analytics: Die in der Feldebene – also im „Fog“ – gewonnenen Daten können mit Hilfe mathematischer Vorhersagemodelle direkt einer Datenanalyse unterzogen werden, um beispielsweise automatisch Wartungstermine für einzelne mechatronische Baugruppen, Maschinen und Anlagen zu bestimmen. Der Zugriff auf diese Daten durch ERP und MES ist z. B. per OPC UA möglich. n Vertikale Integration: Maschinen sind in der zukünftigen Smart Factory nahezu direkt mit einer ERP-Software verbunden. Die dazwischengeschaltete Leitrechnerund MES-Softwareebene entfällt dann. Eine SPS meldet Produktionsrückmeldungen direkt ans ERP bzw. erhält von diesem Stücklisten, Rezepturen und Arbeitspläne. Auch lassen sich über die vielfältigen Möglichkeiten eines Edge-Gateways via Cloud- Verbindung IT-Security-Anforderungen wirkungsvoll und einfach umsetzen. Bilder: SSV Software Systems www.ssv-embedded.de PAM-199-P-ETC digitaler Leistungsverstärker modernes kostenoptimiertes Design einfachste Verkabelung und Inbetriebnahme durch die direkte Ankopplung an die Maschinensteuerung für alle Proportionalventile geeignet USB Schnittstelle EtherCAT-Schnittstelle ProfiNet-Schnittstelle in Vorbereitung Besuchen Sie uns: Halle 20 Stand C24 24. - 28. April 2017 Elektronik GmbH Gewerbering 31 D-41372 Niederkrüchten Telefon: +49 (0)2163 577355-0 Fax: +49 (0)2163 577355-11 E-Mail: info@w-e-st.de Internet: www.w-e-st.de Seit 18 Jahren Ihr Partner für dynamische Antriebslösungen INDUSTRIELLE AUTOMATION 1/2017 63

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