Die Automatisierung der Zukunft ist sicher und smart

Wenn Welten zusammenwachsen

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Mit Industrie 4.0 entstehen hochgradig vernetzte Systemstrukturen mit einer Vielzahl von beteiligten Menschen, IT-Systemen, Automatisierungskomponenten und Maschinen. Das Zusammenspiel von Safety und Security sowie die Verteilung der Steuerungsintelligenz sind wesentliche Erfolgsfaktoren für das Gelingen von Industrie 4.0.

Die Begriffe Industrie 4.0, Internet of Things oder aber SmartFactoy beschreiben die zunehmende Vernetzung von Maschinen und Anlagen. Informationstechnologie und die Automatisierung werden eng miteinander verbunden. Dies bedeutet, dass in Zukunft eine hochvernetzte Industrie das Wertschöpfungspotenzial für Unternehmen steigern und gleichzeitig Kosten reduzieren kann.

Auch wenn mit Industrie 4.0 die vierte industrielle Revolution gemeint ist, so ist es doch eine Evolution. Denn das setzt zum einen die Bereitschaft zum Wandel aller beteiligten Akteure voraus. Zum anderen sind viele der eingesetzten Technologien nicht erst seit heute verfügbar oder in der Produktion im Einsatz. Technologien wie RFID und WLAN stehen bereits seit Längerem bereit. Mit ihnen lassen sich Daten erfassen, auswerten und in eine Echtzeit-steuerung der Fertigung überführen.
Die eigentliche Herausforderung besteht darin, die beiden Welten, Automatisierung und IT, zu praktikablen Lösungen zu verbinden. Wie komplex das sein kann, zeigt das Beispiel Sicherheit: Wenn alles mit allem dezentral kommuniziert, steigt gleichzeitig auch der Bedarf an abgesicherter Kommunikation. Dieser umfasst gleichermaßen die Aspekte der Safety (Maschinensicherheit) wie auch die Anforderungen der Security (Betriebssicherheit).
Der Bereich Safety zeichnet sich ja bereits durch große Investitions- und Rechtssicherheit aus. Das liegt auch an der Ordnung durch Normen und Standards: Ein Safety Integrity Level (SIL) ist innerhalb der IEC-Normung definiert und ermöglicht global gültige Definitionen von Gefährdungsklassen, Risikoabschätzungen und der Nachweisführung erreichter Schutzziele.
Mit einem höheren Grad der Vernetzung steigt auch die Vielfalt der unterschiedlichen Kommunikationsbeziehungen innerhalb einer Automatisierungslösung. Heute kommen zunehmend offene Kommunikationssysteme mit einer Vielzahl an Beziehungen zum Einsatz. Das Thema Security, also der Schutz der Maschine und ihrer Daten vor unberechtigter Nutzung, ist momentan noch unzureichend gelöst. Produkt- und Know-how-Schutz kommt als weitere Anforderung hinzu. Es gilt, gemeinsame Standards zu entwickeln. Gefragt sind dabei Methoden zur Erstellung von Sicherheitsarchitekturen und Richtlinien, die den Anforderungen von Safety & Security gerecht werden.
Für ganzheitliche Sicherheitskonzepte ist das Zusammenspiel von Safety & Security gefragt mit zunehmend speziell darauf ausgerich-teten Systemarchitekturen, die offenen Standards folgen und herstellerübergreifende Betrachtungen mit einbeziehen.
Zentrale Themen sind dabei eindeutige und sichere Identitätsnachweise für Produkte, Prozesse und Maschinen, einschließlich des sicheren Informationsaustauschs entlang des gesamten Produktionsprozesses. Mit Blick auf den Safety-Aspekt ist zu prüfen, inwieweit Security-Themen die Funktionale Sicherheit beeinflussen.
Die beste Security-Maßnahme nützt nichts, wenn diese wegen zu hohem Zeitbedarf oder oft auch aus Unverständnis und Unwissenheit nicht praktiziert oder – schlimmer noch – bewusst umgangen wird. Hier gibt es Analogien zur Funktionalen Sicherheit. Für Safety wie für Security gilt: Die Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen darf durch Sicherheitsmaßnahmen nicht beeinträchtigt werden. Für die Umsetzung lassen sich viele Abläufe und Erfahrungen aus der Safety-Welt direkt auf die Security-Welt übertragen.
Wichtige Erfolgsfaktoren
Zu den Treibern für Industrie 4.0 zählen, unter anderem, individuelle Kundenanforderungen an Produkte, höhere Variantenvielfalt und schrumpfende Produktlebenszyklen, was zu kleineren Losgrößen und häufigeren Umkonfigurationen der Produktionssysteme führt. In der sogenannten Smart Factory sind daher Modularisierung und Dezentralisierung zwei der wichtigsten Erfolgsfaktoren. Voraussetzung dafür sind Automatisierungssysteme, die in der Lage sind, die verteilte Intelligenz anwenderfreundlich zu steuern. Anlagen lassen sich dann in übersichtliche, selbstständig arbeitende Einheiten zerlegen.
Der modulare Aufbau von Anlagen folgt dem mechatronischen Ansatz. Dieser verfolgt die Philosophie, durchgängig alle am Entstehungsprozess einer Maschine beteiligten Disziplinen zusammenzuführen: Mechanik, Elektrik und Automatisierungstechnik. Durchgängig definiert ist dabei das Zusammenspiel diverser automatisierungstechnischer Einzelkomponenten und den zugehörigen Software-tools zu einer Automatisierungslösung. Der mechatronische Ansatz erfordert, dass auch Steuerungsfunktionalitäten in die einzelnen mechatronischen Module hinein „wandern“ können. Eine zentrale Rolle spielen die Steuerungssysteme, die diesen Ansatz mit unterstützen können.
Hier haben heutige Systeme ihre Grenzen. Einerseits können zwar Softwaremodule erstellt werden, doch wenn diese durch mächtige, zentrale Steuerungssysteme ausgeführt werden sollen, wird die Inbetriebnahme einzelner Module komplex. Andererseits können lokale Steuerungen für die Automatisierung der Module eingesetzt werden, was dann einen erhöhten Aufwand bei der Erstellung der Kommunikation untereinander bedeutet.
Modular und verteilbar
Für eine Automatisierung im Sinne von Industrie 4.0 sind daher Lösungen gefragt, die zum einen in der Lage sind, Steuerungsintelligenz zu verteilen und zum anderen gewährleisten, dass die notwendige Vernetzung mehrerer Steuerungen für den Anwender einfach zu handhaben bleibt. Mit dem Automatisierungssystem PSS 4000 verfolgt Pilz konsequent den modularen und verteilbaren Ansatz. Dieser erlaubt es, die Vorteile einer dezentralen Steuerungsstruktur zu nutzen, ohne die damit üblicherweise verbundene höhere Komplexität bei einer Verteilung der Programme auf unterschiedliche Steuerungen in Kauf nehmen zu müssen. Statt einer zentralen Steuerung steht dem Anwender ein zur Laufzeit verteiltes Anwenderprogramm zur Verfügung. In der Projektierungsphase nutzt der Anwender das System jedoch in einer zentralen Sicht. Über dieses zentrale Projekt werden alle Netzteilnehmer konfiguriert, programmiert und diagnostiziert. So ist ein einfaches, einheitliches Handling im Gesamtprojekt möglich. Der Aufwand für Engineering, Inbetriebnahme und Wartung lässt sich deutlich reduzieren.
Sicherheit und Automation
Zentrale Idee von PSS 4000 ist die Verschmelzung von Sicherheits- und Automatisierungsaufgaben. Alle Prozess- oder Steuerungsdaten, Fail-safe-Daten und Diagnoseinformationen werden über Ethernet zwischen den verschiedenen Automatisierungskomponenten ausgetauscht und synchronisiert. Damit spielt es für die Steuerungsfunktion letztendlich keine Rolle, wo der zugehörige Programmteil abgearbeitet wird und wo im verteilten Automatisierungssystem die Prozessdaten erfasst werden. Das Besondere: Dank der systemweit gültigen Prozessdaten können die mechatronischen Teilungsgrenzen einzelner Funktionsmodule erstmals gleichermaßen für die Aufgaben der Steuerung wie auch für die der Sicherheitsaufgaben übernommen werden.
Halle 9, Stand D17

Armin Glaser
Vice President Product Management, Pilz
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