Die digitale Fabrik kommt

Der Rückblick ins vergangene Jahrzehnt zeigt hinsichtlich der zunehmenden Computernutzung in der Industrie verschiedene technologische Evolutionsstufen. Die nächste Stufe der technologischen Evolution könnte die digitale Fabrik sein. Sie wird geprägt durch die organisatorische Parallelschaltung von Produktentwicklung und Produktionsplanung sowie durch rechnergestütztes Design, Simulation und nicht zuletzt durch die Optimierung von Produktion und Logistik.

Ein so organisiertes Unternehmen kann wirtschaftliche Vorteile für sich verbuchen: Die schnellere Einführung neuer Produkte wird möglich durch Optimierung im Engineering, im Prototyping und im Testing, dazu eine flexiblere Produktion – beides führt zu Gewinnsteigerung und erhöhter Kosteneffizienz. Die Digitalisierung der Fabrik erlaubt darüber hinaus die Integration von Entwicklung, Planung, Produktionsstandorten, Lieferanten und Ausrüstern. Blickt man auf die momentane Systemlandschaft, so stellt man fest, dass an manchen Stellen die Integrationspotentiale neuer Technologien ungenutzt bleiben, d. h., es klafft eine Lücke zwischen Produktentwicklung, Produktion und Planung. Fehlende Anbindung der Entwicklungswerkzeuge an Werkzeuglieferanten zählen ebenso dazu wie die nicht vorhandene durchgängige Nutzung der Daten bei der Planung und Simulation.

Daraus ergeben sich für die digitale Fabrik eine Reihe von Ansatzpunkten. Die technischen Basisvoraussetzungen sind das einheitliche Datenmanagement und der durchgängige Datenfluss sowie geeignete Hard- und Softwarewerkzeuge. Diese machen allerdings nur einen relativ geringen Teil der gesamten Anforderungen aus. Mit jeweils 10% liegen sie deutlich unterhalb der organisatorischen Voraussetzungen: eine gut organisierte Projektabwicklung (30%) und die allgemeinen Geschäftsprozesse innerhalb einer optimal strukturierten Organisation und deren Kultur (50%). Dadurch wird auch deutlich, wo die größten Hindernisse im Weg liegen und das größte Handlungspotenzial vorhanden ist. Im Bereich der Produktion lassen sich somit einige wesentliche Bausteine benennen:

• Architektur

• Tools

• Engineering

• Konzepte

Wenn in größeren Anlagen Gerätedaten reibungslos zwischen Steuerungen, Bediengeräten und übergeordneten Systemen ausgetauscht werden müssen, reicht es heute nicht mehr aus, leistungsfähige Steuerungen einfach mit Feldbussen zu verbinden. Zwar wurde in der Vergangenheit viel Aufwand in Gateways und kostspielige Anpassungssoftware gesteckt, am Ende musste man aber doch feststellen, dass es mit der Durchgängigkeit oft nicht so weit her ist. Rockwell Automation bietet daher die integrierte Architektur mit drei zentralen Funktionen an:

• Logix – das Zentrum aller logischen Steuerungs- und Motion Control-Funktionen

• NetLinx – bringt die Informationen unmittelbar dahin, wo sie gebraucht werden

• View – macht Informationen zum Bedienen und Beobachten sichtbar

Ein besonderes Merkmal der Informations basierten Steuerung ist das innovative Datenmodell. Jeder Logix-Controller verfügt z. B. über eine Variablendatenbank, bei der zwischen lokalen und globalen Daten unterschieden wird. Die Controller-Tags können für die Publikation auf dem Netzwerk freigegeben werden – sie werden damit wirklich global verfügbar. Jede andere Logix-Steuerung am Netzwerk kann nun im Applikationsprogramm ohne weiteren Programmier- oder Verteilungsaufwand auf diese Daten zugreifen, egal von wo. Die Anwendung ist einfach und erschließt verteilte Applikationen ohne zusätzlichen Aufwand. Das ist ein wesentliches Merkmal der Integrated Architecture.

Wenn beim Anwender nicht nur Automatisierungssysteme und Netzwerke eines einzigen Herstellers, sondern von mehreren Lieferanten eingesetzt werden, kommt es immer wieder vor, dass Daten zwischen den verschiedenen Systemen und Feldbuswelten ausgetauscht werden müssen. Je mehr auch die horizontale Integration zum Thema wird – es ist z. B. für einen Bediener an einer Bearbeitungsstation durchaus von Vorteil, wenn er auch auf Anlageninformation der Vor- oder Nachbearbeitung oder z. B. auf Transport- und Speichersysteme Zugriff hat – umso höher wird auch die Wahrscheinlichkeit, dass auch Daten auf der Systemebene der Automatisierung im Querverkehr ausgetauscht werden müssen. Wenn dann diese Systeme zueinander inkompatibel sind, wird es aufwändig. Bisher musste man dann einen PC darüber setzen, der mittels OPC DA (Data Access) beide unterschiedlichen Systeme bediente. Diese Problematik wird jetzt mit OPC DX – DX steht für Data Exchange – beendet. Nun kann z. B. eine ControlLogix-Steuerung direkt mit einer Siemens-S7-Steuerung Daten auf Systemebene austauschen, ohne dafür den Umweg über einen übergeordneten OPC-Client/Server in Anspruch nehmen zu müssen.

Die digitale Fabrik würde niemals ohne die vertikale Integration funktionieren. Dabei geht es nicht nur um die Durchgängigkeit zwischen verschiedenen Ebenen, z. B. der Automatisierungsebene und der übergeordneten Leit- und Planungsebene, sondern auch um die Überwindung von strukturellen und organisatorischen Barrieren. Solche Barrieren existieren in der Praxis vielfach zwischen Automatisierungsfachleuten und den IT-Spezialisten. Sichere Transaktionen von Produktionsdaten in Unternehmensdatenbanken ermöglicht ein Software-Tool namens RSSQL. Mit diesem Transaction-Manager gelingt die reibungslose und gesicherte Übermittlung von Datenpaketen aus der Steuerungswelt über unterschiedliche Plattformen und Systemgrenzen hinweg in SQL-, Oracle- oder ODBC-Datenbanken. Einmal projektiert, stellt RSSQL die zyklische Aktualisierung von Datenpunkten in beiden Richtungen sicher und schafft damit wirklich eine vertikale Integration verschiedener Bereiche, ohne die Zuständigkeiten von Fachabteilungen zu verletzen.

Die Nutzung von Web-Tools ist inzwischen keine Zukunftsmusik mehr und wird sich als integraler Bestandteil der Fabrik der Zukunft durchsetzen. Durch Web-Werkzeuge werden prozessrelevante Informationen überall verfügbar, Rezepturen online abrufbar und Prozesseingriffe lassen sich bei Bedarf von außerhalb vornehmen. Darüber hinaus können Live-Bilder von Webcams in der Anlage per Browser oder in der Visualisierung aufgerufen werden, Reports können online publiziert und von überall abgerufen werden. Auch für das Engineering werden zukünftig mehr und mehr Web-Technologien in der digitalen Fabrik der Zukunft eingesetzt. Ein Beispiel: RA-ICS, ein konfigurierbares Engineering-Tool für Logix-Steuerungen nutzt als Programmierwerkzeug bestimmte Web-Technologien. So generiert beispielsweise der integrierte Reportgenerator auf Knopfdruck ein aktuelles Listing (XML) aller im Projekt konfigurierten Stellglieder, Handverriegelungen und Schrittkettenabläufe.

Auf diese Weise lässt sich der Projektierungsfortschritt über den Browser aktuell mitverfolgen, beispielsweise auf dem Industrie-PC oder Palm-Top des Instandhalters. Auch fertige ActiveX-Komponenten stehen zum Einbau in Bedienmasken zur Verfügung und verkürzen dadurch die Entwurfsphase ganz wesentlich bei reduzierter Fehlerhäufigkeit.

Die Internettechnologien können neue Perspektiven in die Automatisierung bringen. Richtig angewendet, lassen sich Kosten sparen, Zeitabläufe verkürzen, Informationen erfolgreich verteilen, Abläufe flexibilisieren und die Fehlerhäufigkeit reduzieren. Geräte werden zukünftig ihre eigene Homepage mit aktuellen Dokumenten, Bedienanleitungen und Diagnoseinformationen gleich mitbringen.

Dass im Engineering ein besonders hohes Einsparpotential liegt, haben nicht nur die Firmen, die heutzutage per Outsourcing ihre Engineering-Dienstleistungen zunehmend von externen Fachfirmen beziehen, sondern auch Rockwell Automation erkannt. Deshalb wurde ein eigener Bereich namens GMS (Global Manufacturing Solutions) gegründet. GMS bietet z. B. Engineering-Dienstleistungen an, die auf den optimalen Einsatz bestgeeigneter Automatisierungs- und Informationssysteme gerichtet sind, und die Produktion optimieren sollen.

Neben den angesprochenen Engineering-Dienstleistungen konzentriert sich GMS auch auf Software-Lösungen für moderne Produktionsautomatisierung. Dazu gehören in zunehmendem Maße auch spezielle Industrielösungen für die Prozessindustrie. Performance-Training und der direkte Customer-Support gehören ebenfalls dazu.