Datentechnik 01.04.2021, 06:00 Uhr

Industrielle Kommunikation neu gedacht: der Brownfield-Ansatz

Das Thema „Digitalisierung von Produktionsstätten“ beflügelt die Fachwelt aktuell mit geradezu visionären Konzepten. Doch wie lassen sich bereits lange bestehende Fertigungsstätten und Maschinenparks transferieren?

Eine Lösung im Zuge des "Brownfield"-Ansatzes: Die Kombination aus OPC-UA als Grundlage der Shopfloor-Kommunikation und „XI-Gateway“ dient als „smarter Vernetzer“ einer digitalen Produktion. Grafik: Proxia

Eine Lösung im Zuge des "Brownfield"-Ansatzes: Die Kombination aus OPC-UA als Grundlage der Shopfloor-Kommunikation und „XI-Gateway“ dient als „smarter Vernetzer“ einer digitalen Produktion. Grafik: Proxia

„Digitale Transformation“ und die Vernetzung der Produktion lautet das Ziel für Fertigungsunternehmen im neuen Industrie 4.0-Zeitalter. Idealerweise werden Produktionsanlagen von „Null auf Hundert“ konzipiert und angelegt, so wie es der „Greenfield“-Ansatz umschreibt. Doch leider sieht die Realität häufig anders aus und es gilt, bestehende Altanlagen auf den neuesten Stand zu bringen.

Der Idealfall einer hochmodernen Infrastruktur versus Realität

In vielen Veröffentlichungen zum Thema Digitalisierung ist die Rede von hochtechnologischen Produktionsressourcen, welche mit einem cloudbasiertem System und mit anderen Produktionsressourcen interoperieren. Es ist die Rede von „Cyber-physischen Systemen“ (CPS), welche in der Lage sind, auf Basis von erfassten Daten eigenständig Entscheidungen treffen. Die Ideen dieses „Greenfield-Ansatzes“ sind brillant. Tatsächlich gibt es Prototypen solcher perfekten Fabriken. Jedoch werden diese in aller Regel von Forschungseinrichtungen betrieben, die –häufig gemeinsam mit der Industrie – diese Konzepte in der Praxis testen. Derartige Produktionsstätten sind meistens auf der „grünen Wiese“ entstanden. Sie mussten zu keiner Zeit Rücksicht auf „Altlasten“, beispielsweise auf bestehende Maschinenparks, nehmen.

Im Fall der Neukonzeption einer Fabrik sind alle Maschinen und Anlagen zur Überwachung mit Sensoren ausgestattet. Gegenstände auf dem Werksgelände sind „smarte Objekte“, die über ihren aktuellen Bearbeitungsstand Auskunft geben können. Die Datenhaltung erlaubt tiefgreifende „Big-Data“-Analysen, auf deren Basis Prozesse verbessert und angepasst werden. Die Realität sieht in der Regel aber anders aus – der „Brownfield“-Ansatz. Hierbei müssen historisch gewachsene Maschinenparks zu Smart Factories „umgebaut“ werden. Ein moderner MES (Manufacturing Execution System)-Lösungsbaukasten gestattet es mit seinen Modulen OPC-UA und „XI-Gateway“ nun, dies so praxisgerecht und effizient wie möglich zu gestalten. Die Lösung stammt von der europaweit tätigen Proxia Software AG, die MES-Lösungen für Produktionsunternehmen entwickelt und implementiert. Seit mehr als 30 Jahren beschäftigt sich die Unternehmensgruppe mit der Prozessoptimierung in der Industrie. Das Leistungsspektrum umfasst Software-Entwicklung, MES-Consulting, Vertrieb, Installation, Support und Schulung.

Brownfield-Ansatz: gewachsene Strukturen digitalisieren

Die Realität in Fertigungsbetrieben zeigt sich vor allem bei kleinen und mittelständischen Produktionsunternehmen (KMU), die schon länger aktiv sind. Der Fokus bei der Beschaffung der Anlagen lag (und liegt immer noch) auf der Technologie. Es wurden die Anlagen beschafft, die möglichst wertschöpfend produzieren. Vom Gedanken über Schnittstellen und Prozessvernetzung sind die Verantwortlichen in diesen Betrieben oft noch weit entfernt.

Nun entdecken Unternehmen aber einen weiteren interessanten „Output“ ihrer Produktion: die Daten. Sie sehen, wie sich durch den gezielten Einsatz dieser Daten Prozesse optimieren, der Output erhöhen und die Kosten senken lassen. Plötzlich sind Daten etwas wert und rücken in den Fokus. Wie können nun Unternehmen, die keine „digitalen Plaudertaschen“ in der Produktion haben, dennoch in der „Profi-Liga“ der Datenverarbeiter mitspielen?

OPC-UA als Grundlage der Shopfloor-Kommunikation

Produktionsunternehmen sollten nach Möglichkeit sämtliche Daten aus ihrem Maschinenpark aufnehmen. Wichtig hierbei ist es, das „Protokollgeflecht“ der verschiedenen Steuerungs- und Anlagentypen zu entwirren. Ziel ist, die Daten möglichst nahe am Entstehungsort in eine einheitliche Kommunikationsstrategie zu überführen. Diese Kommunikationsstrategie sollte nicht nur die Daten semantisch beschreiben und eine bidirektionale Kommunikation möglich machen. Sie sollte sich auch ebenso um die Aspekte der IT-Security kümmern. Erfahrungsgemäß treten vor allem in der Shopfloor-Kommunikation deutliche Sicherheitslücken auf.

Als Lösung bietet sich OPC-UA als Grundlage der Shopfloor-Kommunikation an. Alle zuvor aufgeführten Anforderungen werden damit abgedeckt. Verschiedenste Systeme können die erhobenen Daten weiterverarbeiten. Eine vereinheitlichte Kommunikation ist Grundvoraussetzung für die Interoperabilität der unterschiedlichen Teilnehmer am Prozess.

Kommunikations-Gateway sorgt für „smarte“ Vernetzung

Zum Zweck dieser Interoperabilität hat der Software-Anbieter ein Kommunikations-Gateway auf den Markt gebracht. Das XI-Gateway hat die Aufgabe, die verschiedenen Protokolle und Schnittstellen der „Shopfloor-Welt“ in die Kommunikations-Strategie OPC-UA zu überführen. In der Fertigungswelt bestehen je nach internationalem Standort eines Unternehmens oder auch nach Branche viele verschiedene Protokolle. So können beispielsweise allgemeingültige Varianten wie „MT-Connect“ oder eine steuerungsspezifische Kommunikation wie „Heidenhain DNC“ direkt via OPC-UA bereitgestellt werden.

Aktuelle MES- und ERP (Enterprise-Resource-Planning)-Systeme sind in der Lage, diese Daten direkt zu verarbeiten. So können unterschiedlichste Formen – von einfachen Zustandsinformationen, welche über digitale IO-Module bereitgestellt werden, bis hin zu komplexen Prozessdaten, welche aus den Anlagensteuerungen entnommen werden, unternehmensweit bereitgestellt werden. Jedes Unternehmen kann somit seinem Maschinenpark ein „Kommunikations-Retrofit“ verpassen und sich für zukünftige Anforderungen bestens aufstellen.

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Von Proxia / Birgit Etmanski

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