Digitale Fabrik

Warum die Digitale Fabrik jetzt für jedermann greifbar ist

Pedro Noronha Produkte und Lösungen Einen Kommentar hinterlassen

Um auf dem Weg zu Industrie 4.0 und einer Digitalen Fabrik voranzukommen, müssen Sie industrielle Anlagen, Menschen und Arbeitsprozesse miteinander verbinden. Und um all das zu überbrücken, brauchen Sie eine starke Datenerfassung, Integration und Vernetzung. Alles muss miteinander verbunden und interoperabel sein.

Die Shopfloor- und die Business-Software-Welt sollten eng miteinander verbunden sein, aber die Entwicklung einer Integrationslösung zwischen ihnen ist traditionell mit hohen Kosten verbunden.

CB Digital Factory ermöglicht den Aufbau einer maßgeschneiderten Integrationslösung für kleine und mittelständische Hersteller, die eine flexible, zuverlässige Lösung mit attraktiven, unschlagbaren Preisen benötigen.

Wann haben Sie das letzte Mal etwas bei einem Handwerker gekauft?

Während diese Handwerker heute nur noch auf das niedrigvolumige und hochpreisige Ende des Marktes abzielen, war dies die einzige Art der Fertigung, die für den größten Teil der Menschheitsgeschichte existierte.

Von Industrie 1.0 zu Industrie 3.0

Technologische Entwicklungen am Ende des 18.th Jahrhundert erlaubte es der Menschheit, sich die Dampf Energie. Dies führte zu einer enormen Steigerung der Produktivität der Arbeiter, da sich die Fertigung weg von manuellen Produktionsmethoden und hin zur maschinellen Produktion bewegte.

Entwicklung der Industrie

Gegen Ende des 19.th Jahrhundert kam eine weitere Transformationskraft ins Spiel. Der weit verbreitete Einsatz von Strom in Fabriken ermöglichte eine echte Massenproduktion. Maschinen konnten rund um die Uhr arbeiten, ohne Pausen.

Die zweite Hälfte des 20th Jahrhundert war der Beginn der Berechnung Ära und dem Aufkommen der Industrierobotik. Dadurch konnten sich wiederholende Produktionsprozesse automatisiert und fernüberwacht werden, was die Produktionsleistung und vor allem die Produktionsqualität steigerte - Maschinen konnten dieselbe Aufgabe immer wieder mit unglaublicher Präzision ausführen. Nach diesen drei vorangegangenen technologischen Transformationen stehen wir nun an der Schwelle zu einer weiteren industriellen Revolution, die gemeinhin als Industrie 4.0 bekannt ist, dem neuen Schlagwort in der Welt der Fertigung.

Was ist Industrie 4.0?

Fragen Sie jemanden, den Sie kennen, nach Industrie 4.0, und Sie werden eine Menge Begriffe zu hören bekommen: Smart Factories, Big Data, Cloud, AI, IIoT, Cyber-Physical Systems, Smart Sensors, Blockchain, etc. Aber diese Technologien (und ich berühre hier nur die Spitze des Eisbergs) machen Industrie 4.0 nicht aus und sollten nur als Enabler betrachtet werden - als Mittel zum Zweck.

Begriffe Industrie 4.0 und Digitale Fabrik

Im weitesten Sinne ist Industrie 4.0 die informationsintensive Transformation der Fertigung (und verwandter Industrien) in eine vernetzte Umgebung aus industriellen Anlagen, Prozessen, Systemen und Menschen, die die Erzeugung und Nutzung riesiger Datenmengen in verwertbare Erkenntnisse umsetzt. Industrie 4.0 verspricht digitale Fabriken mit verbesserter Produktivität, Effizienz, Flexibilität und einem dynamischeren Ansatz für die Produktion. All diese Vorteile der Digitalen Fabrik (und viele andere, die ich hier nicht erwähne) führen zu einem hohen ROI und einer gesteigerten zukünftigen Rentabilität.

Es ist jedoch nicht "etwas", das über Nacht erreicht wird, und Unternehmen sollten nicht danach streben, alle Technologien auf einmal zu implementieren. Um zu einer intelligenten Fertigung, intelligenten Fabriken oder vernetzten Industrien zu gelangen, müssen Sie zunächst Dinge wie industrielle Anlagen, Menschen und Arbeitsprozesse miteinander verbinden. Und um all das zu überbrücken, brauchen Sie eine starke Datenerfassung, Integration und Vernetzung. Alles muss miteinander verbunden und interoperabel sein. Informationen aus jeder einzelnen Quelle müssen vereinheitlicht und ganzheitlich sein.

Fabrikautomation & Digitale Fabrik

Lassen Sie uns nun kurz von Industrie 4.0 weggehen und einen Überblick über die Automatisierung in einer Fabrik geben. In der Fertigung werden die meisten Maschinen von einer SPS, einer speicherprogrammierbaren Steuerung, gesteuert. Dabei handelt es sich um Industriecomputer, die für die rauen Bedingungen in der Fertigung ausgelegt sind und zur Steuerung von Fertigungsprozessen, wie z. B. Montagelinien, Maschinenfunktionen oder Robotergeräten, eingesetzt werden. SPSen bestehen in der Regel aus einem Netzteil, einer CPU, einem Ein-/Ausgangsmodul und einem Kommunikationsmodul. SPSen erfassen Daten aus dem Fertigungsbereich, indem sie die Eingänge von Sensoren und anderen Feldgeräten, an die sie angeschlossen sind, überwachen. Die CPU führt dann die vom Benutzer erstellte Programmlogik aus und gibt Daten oder Befehle an die Maschinen und Aktoren aus, mit denen sie verbunden ist.

Feldbus ist ein industrielles Netzwerk, das speziell für die Kommunikation zwischen SPSen oder industriellen Steuerungen und den im Feld montierten Sensoren und Aktoren konzipiert ist. Feldbus wurde entwickelt, um die Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung zu ersetzen, die jeden Sensor und Aktor mit den E/A der Steuerung verbindet.

Wir können industrielle Steuerungsnetzwerke in drei verschiedene Generationen mit unterschiedlichen Kompatibilitätsgraden einteilen:

  • Die erste Generation besteht aus traditionellen seriell basierten Feldbusprotokollen. Einige Beispiele für bekannte seriell-basierte Feldbusse sind Modbus RTU, PROFIBUS und CAN.
  • Die zweite Generation besteht aus den Ethernet-basierten Protokollen. Beispiele für Ethernet-basierte Protokolle sind MODBUS TCP, ETHERNET/IP und PROFINET.
  • Die neueste Generation hat damit begonnen, drahtlose Kommunikationstechnologien zu integrieren.

Durch die vielfältige Auswahl an Protokollen können Sie wählen, was am besten zu Ihren Anforderungen passt. Sie könnten sich für eine bestimmte Aufgabe für einen Feldbus entscheiden, weil er preiswerter und weniger komplex ist. Allerdings sind die verschiedenen Arten von industrielle Kommunikationsprotokolle sind in der Regel nicht miteinander kompatibel. Das bedeutet, dass alle Geräte in einem Netzwerk die gleiche Art von Kommunikationsprotokoll verwenden müssen.

Eingabe des OPC-Standards

Im Jahr 1995 hat eine herstellerunabhängige Industriegruppe, die OPC-Stiftung stellte den OPC-Standard vor, um diese Herausforderung zu meistern. Der OPC-Standard wurde entwickelt, um eine gemeinsame Methode für die Kommunikation zwischen Feldgeräten und Softwareanwendungen bereitzustellen.

OPC-Stiftung

Die OPC-Server-Software kommuniziert mit der SPS oder dem Feldgerät über dessen natives Kommunikationsprotokoll und konvertiert diese Nachricht in standardisierte Formate, die durch die herstellerunabhängigen OPC-Spezifikationen definiert sind, die dann von jedem OPC-Client gelesen werden können. Ein OPC-Server kann als eine Softwareanwendung betrachtet werden, die verschiedene Geräteprotokolle in eine gemeinsame Sprache konvertiert, die jede Client-Anwendung, die Daten benötigt, verstehen kann.

Viele Fabriken werden unterschiedliche Fertigungsanlagen haben, die unterschiedliche Protokolle verwenden. Darin liegt die größte Stärke von OPC: In einer Branche voller proprietärer Systeme und Protokolle ist OPC der vereinbarte Standardweg für die Kommunikation unterschiedlicher Systeme. OPC verwandelt all diese unterschiedlichen Protokolle in eine einzige Kommunikationslinie, macht sie sicher und ist aus der Ferne zugänglich.

Nehmen wir an, dass eine OPC-Client-Anwendung die Informationen von einer bestimmten SPS haben möchte. Der OPC-Server kommuniziert mit einer SPS über das Modbus-Protokoll. In diesem Fall fragt der OPC-Server die SPS nach bestimmten Speicheradressen, die die Daten enthalten, die der OPC-Server benötigt. Dies geschieht über das Modbus-Protokoll. Die SPS liefert alle Antworten an den OPC-Server ebenfalls über Modbus. Auf diese Weise kann der OPC-Server über Modbus Daten aus der SPS lesen und Daten in die SPS schreiben. Der OPC-Server konvertiert dann die Daten, die er von der SPS (über Modbus) abruft, in das OPC-"Format" und sendet die Daten an eine OPC-Client-Anwendung. Jede OPC-Client-Anwendung kann Daten vom OPC-Server abrufen, ohne etwas über die SPS oder ihr Automatisierungsprotokoll wissen zu müssen.

Wenn derzeit von OPC die Rede ist, ist damit OPC UA oder Open Platform Communications United Architecture gemeint. Dieses Framework wurde 2008 veröffentlicht und baut auf dem Erfolg von OPC Classic auf, indem es funktional gleichwertig zu OPC Classic ist, aber viel mehr kann. OPC UA hat eine dienstorientierte Architektur, in der die Server, bekannt als Datenanbieter, ihr Informationsmodell offenlegen und die Clients, bekannt als Datenkonsumenten, die vom Server offengelegten Informationen konsumieren und auf mehreren verschiedenen Plattformen (Linux, Windows, Android usw.) verwendet werden können.

Bei der Entwicklung des OPC-UA-Standards wurde von Anfang an auf ein Höchstmaß an Sicherheit geachtet. Im Gegensatz zu OPC Classic wurde OPC UA "Firewall-freundlich" entwickelt, d. h. es kann über Standard-Netzwerktechniken kontrolliert und gesteuert werden.

OPC UA bietet nicht nur die gängigen IT-Mechanismen für Authentifizierung, Signierung und verschlüsselten Zugriff. Zusätzliche Protokolle können die eigentliche Transportschicht jederzeit erweitern. Wenn eine Anfrage zur Verbindung mit einem Server empfangen wird, validiert der Server die Anfrage, entschlüsselt sie und validiert sein Zertifikat. Sobald eine gültige Authentifizierungs- oder Autorisierungsanfrage empfangen und entschlüsselt wurde, wird im nächsten Schritt bestimmt, ob der Server die Verbindung dieses Geräts akzeptieren oder den Zugriff auf diesen Benutzer erlauben soll.

Diogital Factory - OPC besser als Ethernet

Das soll nicht heißen, dass OPC UA "besser" ist als EtherNet/IP, ProfiNet oder Modbus TCP. Für die Übertragung von E/A-Daten in einer Maschine bieten diese Protokolle die richtige Kombination aus Transporten, Funktionalität und Einfachheit, die eine Maschinensteuerung mit vernetzten E/As ermöglicht. Sie sind sehr gute Technologien für die Maschinensteuerungsebene in der Automatisierungshierarchie. Für die Übertragung von Informationen aus dem Feld bis hin zur Unternehmenssoftware ist OPC UA jedoch die beste Wahl. Es erhöht die Produktivität, verbessert die Qualität und senkt die Kosten, indem es nicht nur mehr Daten, sondern auch Informationen - und zwar die richtige Art von Informationen - für die Produktions-, Wartungs- und IT-Systeme bereitstellt.

Werden Industrie 4.0-Lösungen Altsysteme unterstützen?

Eine weitere große Herausforderung bei der Umsetzung von Industrie 4.0 im realen Maßstab ist die Legacy-Barriere. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass für Geräte, die für die Automatisierung eingesetzt werden, hauptsächlich SPS, eine Lebensdauer von Jahrzehnten erwartet wird, so dass die Fortschritte innovativer Technologie, wie sie Industrie 4.0 mit sich bringt, auf das Erbe bereits bestehender Anlagen treffen. Es ist offensichtlich, dass die mit der Modernisierung von Software- und Hardware-Einheiten verbundenen Investitionen ein ernsthaftes Hindernis darstellen.

Die meisten Unternehmen lehnen eine radikale Modernisierung ihres gesamten Automatisierungssystems ab oder können einfach nicht das Risiko eingehen, ein laufendes System aufzugeben. Anstatt das gesamte System zu ändern, ist es notwendig, die Fähigkeiten der verwendeten Hardware-Infrastruktur zu erweitern, um moderne Wege des Informationsmanagements zu implementieren. Aufgrund des vernetzten Betriebs müssen in der Industrie 4.0 Maschinen und Anlagen mit Mechanismen zum Datenaustausch versehen werden. Mit anderen Worten: Konnektivität ist eine Schlüsseleigenschaft für das Erbe bereits bestehender Infrastrukturen; daher besteht ein erster Schritt, um Industrie 4.0-fähig zu werden, darin, aktuelle Geräte mit Netzwerkkonnektivität zu versehen.

Mit dem Einsatz von OPC UA Servern, ob eingebettet in ein Gerät oder als eigenständige Software, umfasst die Anzahl der Marken und Geräte, die miteinander verbunden werden können, die meiste Hardware im Feld, für fast jede Branche. Sogar SPSen, die über serielle Feldbusse kommunizieren, können über Server-Gateway-Software oder Gateways an einen OPC UA Server angeschlossen werden. Das bedeutet, dass Unternehmen in vielen Fällen mit minimalen Investitionen die ersten Schritte in Richtung Industrie 4.0 machen können.

Die Vision einer Digitalen Fabrik und einer integrierten IIoT-Plattform

Wie ich bereits sagte, müssen Hersteller einfach auf Daten aus ihren Produktionsprozessen zugreifen können, um die Vorteile von Industrie 4.0 voll auszuschöpfen. Angetrieben von der Notwendigkeit, industrielle Daten zu identifizieren, zu analysieren und zu optimieren, ziehen viele Hersteller eine IIoT-Plattform in Betracht (oder haben sie bereits eingeführt), um die Leistung von maschinellem Lernen, KI und Big-Data-Erkenntnissen zu nutzen.

Eine IIoT-Plattform aggregiert Echtzeitdaten von Hardware, Softwaresystemen, Sensoren und anderen Datenpunkten in einer zentralisierten Umgebung, auf die in der Regel eine große Gruppe von Benutzern zugreifen kann. Sie überbrückt die Lücke zwischen Systemen, Menschen und Maschinen, indem sie diese Daten in ein zentrales System zieht, entweder vor Ort, am Rand oder in der Cloud.

Natürlich erfordert dies immer noch eine sorgfältige Planung und nicht alle IIoT-Plattformen sind gleich. Es reicht nicht aus, einfach alle Ihre SPSen mit einem OPC-UA-Server zu verbinden. Wenn Sie nicht wissen, welche Daten Sie erhalten wollen, wie Sie diese Daten verbinden und nutzen wollen und wie Sie mit der Inbetriebnahme und Außerbetriebnahme von bestehenden oder neuen Geräten umgehen, wird Ihr Industrie 4.0-Projekt wie alle anderen enden.

Schief gelaufene Projekte der Digitalen Fabrik & Industrie 4.0

Unternehmen werden von geschmeidig redenden Verkäufern dazu überredet, Tausende und Abertausende von Dollar in Software zu investieren, die Maschinendaten ausliest und die Informationen dann auf Dashboards präsentiert, die vom gesamten Unternehmen überprüft werden können. Ein paar Monate lang, sogar ein oder zwei Jahre lang, funktioniert das gut. Aber dann kaufen Sie eine neue Maschine, und niemand weiß, wie man sie an dieses neue System anschließt. Oder ein Teil wird nicht mehr produziert, und die Produktionslinie wird leicht verändert, um einem anderen Bedarf gerecht zu werden. Oder Sie kaufen eine neue Fertigungssoftware, und die kommuniziert nicht mit dem System. Die Wartungsabteilung könnte wahrscheinlich helfen, aber sie ist mit anderen Dingen überfordert und hat nicht die Zeit, alles richtig neu zu konfigurieren. Bei der IT-Abteilung ist es dasselbe. Nach und nach kommt diese Software nicht mehr zum Einsatz und wird wahrscheinlich so bleiben, bis sich jemand daran erinnert, dass es sie gibt, und einen Praktikanten damit beauftragt, die ganze Fabrik wieder darauf umzustellen. Und schon war Industrie 4.0 vergessen.

Das Testen der ersten potenziellen Anwendungen von IIoT-Plattformen in Ihrem Unternehmen sollte keine lange Vorbereitung oder große Vorabinvestitionen erfordern. Vor einigen Jahren versuchten eine Handvoll großer Industrieanbieter, Allzweckplattformen zu bauen. Hunderte von Millionen Dollar später wurden sie für begrenzte, "spezielle" Einsatzszenarien drastisch reduziert oder ganz eingestellt. Sie hatten nie eine Chance. Schließlich können selbst Konkurrenten in derselben Branche völlig unterschiedliche Anforderungen, Einschränkungen und Ziele haben. Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, all diese Dinge auch branchenübergreifend anzubieten.

Vergessen Sie nicht, dass jeder Facility Manager, Gerätehersteller und Servicebetreiber speziell darauf abzielt, einzigartige Produkte und Dienstleistungen anzubieten, die eigenen internen Prozesse zu optimieren und neue Geschäftsmodelle voranzutreiben, die sowohl vertretbar sind als auch sich von engen Wettbewerbern unterscheiden. Wie können Sie gewinnen, wenn Sie mit den gleichen Fähigkeiten und Einschränkungen wie alle anderen feststecken? Sie entscheiden sich, nach einem schnelleren Pferd zu suchen. Ich sage, Sie müssen aufhören, nach einem schnelleren Pferd zu suchen. Es ist an der Zeit, Ihr fliegendes Auto zu bauen.

Die Middleware-Lösung - CB Digital Factory

Das sind die Probleme, die wir bei Connecting Software zu lösen versuchen. Unsere Welt ist ein Ort, an dem Systeme und Anwendungen in einer universellen Sprache kommunizieren können. Eine Welt, in der Daten jederzeit verfügbar sind, unabhängig von ihrem Ursprung oder Ziel, ihrer Form oder ihrem Zweck. In dieser Welt ist Interoperabilität nicht nur ein Schlagwort, sondern eine einheitliche, alltägliche Realität. Wir streben danach, ein Universum zu schaffen, das es Entwicklern ermöglicht, Daten aus beliebigen Quellen nahtlos zu integrieren, um den Endanwendern ultimative Einblicke zu bieten.

Und genau das haben wir mit Connect Bridge, unserer leistungsstarken Software-Integrationsplattform, erreicht. Mit dem Connect Bridge und unseren mehr als 400 Anbindungen an die beliebtesten und am weitesten verbreiteten Industrie- und Geschäftsanwendungen können sich Entwickler über deren APIs sicher mit einer Vielzahl von Geschäftssoftware verbinden, ohne deren Dokumentation lernen zu müssen. Diese Architektur ermöglicht die Kommunikation über die Syntax der Structured Query Language (SQL) - die Programmiersprache, die jeder Entwickler kennt. Connect Bridge übersetzt die SQL-Syntax in die entsprechenden API-Aufrufe. So bleibt die Integrität Ihres Zielsystems gesichert, während unsere Konnektoren die einfache Kommunikation zwischen Ihrer Anwendung und Ihren Zielsystemen ermöglichen.

Und um dies auf die industrielle Welt auszuweiten, beschlossen wir, einen Konnektor zu entwickeln, der es uns erlaubt, 'Maschinensprache' zu sprechen. Wir lernten die OPC-UA-Architektur und bildeten sie dann in SQL ab.

CB Digital Factory und OPC UA Anschluss

Derzeit arbeitet der OPC UA Connector als OPC UA Client. Das bedeutet, dass der Benutzer, wenn er die Adresse eines OPC-UA-Servers und die richtigen Berechtigungen erhält, auf Daten von einem OPC-UA-Server zugreifen kann. Nachdem die Verbindung hergestellt ist, kann mit den Daten, die der Server zur Verfügung stellt, mittels SQL interagiert werden. Entwickler, die für ein Unternehmen arbeiten, können die Betriebsdaten des Unternehmens einfach in die von ihnen verwendete Unternehmenssoftware integrieren und so eine maßgeschneiderte Lösung schaffen, die ihren spezifischen Anforderungen entspricht.

Wo kann ich anfangen?

Unsere Vision für CB Digitale Fabrik ist es, sie in eine vollwertige, hochgradig anpassbare IIoT-Plattform zu verwandeln, die bereit ist, eine nahtlose Integration zwischen Shopfloor, MES und ERP sowie jeder anderen Geschäftssoftware, die Ihr Unternehmen verwendet, zu bieten.

CB Digitale Fabrik ermöglicht es Unternehmen, die ersten Schritte in der Digitalisierung ihres Shopfloors auf sehr erschwingliche Weise zu unternehmen. Industrie 4.0 ist nicht mehr nur in Reichweite der großen Unternehmen, mit dedizierten IT-Abteilungen, sondern steht nun auch kleinen und mittleren Unternehmen mit manchmal Ein-Mann-Show-IT-Abteilungen offen.

Um zu sehen, wie das für Sie selbst funktioniert, überlegen Sie sich, welche Software und Maschinen Sie integrieren möchten und fragen Sie nach Ihrem persönlichen kostenlose Demo.

Sie interessieren sich für Industrie 4.0? Lesen Sie mehr:

Pedro Noronha - Autor

Pedro Noronha
IIoT-Produktmanager bei Connecting Software

Autor:

Ich habe einen Master-Abschluss in Maschinenbau und arbeitete in der Automobilindustrie als Berater und Projektleiter, bevor ich mich auf IT und Industrie 4.0 konzentrierte.

Haben Sie Fragen oder Kommentare zu diesem Beitrag oder zur CB Digital Factory? Ich würde mich sehr über Ihr Feedback freuen!

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.