Technologieplattform IIoT verwirklichen geht nur offen, wirklich offen

Autor Dipl. -Ing. Ines Stotz

Die Krise hat es deutlich ins Licht gerückt: Agilität und Resilienz sind für unsere moderne Industrie unerlässlich. Deshalb ist es so wichtig, wirklich offene, interoperable und weltweit gültige Standards einzuführen.

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Software-basierte universelle Automation ist der nächste Quantensprung in der industriellen Automatisierung – die Technologien dafür sind bereits verfügbar.
Software-basierte universelle Automation ist der nächste Quantensprung in der industriellen Automatisierung – die Technologien dafür sind bereits verfügbar.
(Bild: ©Blue Planet Studio - stock.adobe.com)

Schneider Electric hat vor einem Jahr mit einem visionären Ansatz die Welt der universellen Automatisierung betreten – und verfolgt diesen konsequent. Was sich dabei getan hat, das berichtet Pierre Bürkle, Vice President Industrial Automation DACH bei Schneider Electric.

Vor einem Jahr kündigte Ihr Kollege Jürgen Siefert an, dass sich Schneider Electric traut, den nächsten großen Schritt zu gehen. Mit Ecostruxure Automation Expert. Wieviel Zuspruch gibt es bis heute?

Den Ecostruxure Automation Expert haben wir vor einem Jahr mit der klaren Absicht vorgestellt, einen konkreten Weg für die zukunftsfähige Weiterentwicklung der Automatisierungstechnik anzubieten. Dazu gehört im Sinne der Norm IEC 61499 eine Abkehr von geschlossenen Steuerungssystemen zugunsten einer softwarebasierten, hardwareunabhängigen Automatisierung. Industrie 4.0-Potenziale, also schnelle Umrüstzeiten, kleine Losgrößen, Datenintegration oder nachhaltige Produktion, lassen sich auf dieser Basis deutlich besser realisieren.

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Und wie sich mittlerweile in Gesprächen mit unseren Partnern und Kunden, aber auch in ersten Pilotprojekten gezeigt hat, laufen wir mit unserem visionären Automatisierungs-Ansatz offene Türen ein. Gerade, wenn es um ein vereinfachtes Engineering mit vorgefertigten Funktionsbausteinen oder Plug-and-Play-Logiken nach dem Vorbild der IT-Welt geht.

Übrigens haben wir auch aus dem universitären Umfeld viel Zuspruch erhalten. Eine neue Generation an Automatisierern wird sich mit dem Status quo nicht zufriedengeben. Ohne Lösungen für eine innovative, unabhängige und IT-basierte Maschinenentwicklung wird es in Zukunft nicht mehr gehen.

Wir laufen mit unserem visionären Automatisierungs-Ansatz offene Türen ein.

Pierre Bürkle, Vice President Industrial Automation DACH,Schneider Electric

Sie waren im letzten Jahr zunächst mit dem Release 20.2 gestartet. Wie weit sind Sie jetzt?

Hier sind wir wie erhofft vorangekommen. Pünktlich zur Hannover Messe haben wir mit Version 21.1. eine ganze Reihe an Optimierungen umgesetzt. Unter anderem eine verbesserte Cybersecurity, Diagnosetools, Funktionen für Erkennung und Inbetriebnahme sowie erweiterte Funktionsbibliotheken.

Was zudem ganz wichtig ist: Unser Ecostruxure Automation Expert lässt sich nun noch besser mit der System Plattform von Aveva integrieren. Bereits mit minimalem Aufwand lässt sich das Softwareportfolio für Überwachungs-, Enterprise SCADA-, MES- und IIoT-Anwendungen nun verwenden.

Im Rahmen einer internen Studie ließ sich der Engineering-Aufwand für ein typisches Maschinenbau-Projekt durch diese Kombination um über 50 Prozent reduzieren.

Schneider Electric sagt heute, die Industrie der Zukunft steht vor der Tür. Was verstehen Sie darunter?

Die Industrie ist kein Elfenbeinturm, sondern eng verzahnt mit Wirtschaft, Politik und Gesellschaft. Deshalb kommt sie auch nicht um die großen Themen wie Klimakrise oder Energiewende herum. In diesem Sinne bedeutet Industrie der Zukunft für Schneider Electric nachhaltiges, ressourceneffizientes Wirtschaften, Resilienz und Ausfallsicherheit selbst bei volatiler Energieerzeugung und Lieferengpässen sowie Flexibilität bei der Entwicklung und Umrüstung von Anlagen.

Zur Umsetzung dieser Ziele führt kein Weg an einer fortgesetzten Digitalisierung im Sinne des Industrial Internet of Things vorbei. Heute geht es darum, von Insellösungen wegzukommen und ganzheitliche, offene Vernetzungskonzepte anzubieten, die eine Durchgängigkeit von OT und IT ermöglichen.

Auf dieser Basis lassen sich etwa Condition Monitoring, vorausschauende Wartung, Remotemanagement oder Digital Twin-Applikationen noch gewinnbringender einsetzen. Außerdem bieten sich neue Möglichkeiten für Geschäfts- und Servicemodelle, die in manchen Branchen auch zu disruptiven Veränderungen führen werden.

Viele Anbieter reden oberflächlich von ‚offenen‘ Technologien. Wie definieren Sie ‚echte Offenheit‘?

Bei Schneider Electric definieren wir offene Automatisierung gemäß der Norm IEC 61499. Als Weiterentwicklung von Norm IEC 61131-3 definiert diese ein generisches Modell für verteilte Steuerungssysteme. Grundgedanke ist dabei ein rein softwarebasiertes – von der zugrundeliegenden Hardware abstrahiertes – Modellieren von automatisierten Anwendungen mithilfe von vorgefertigten Funktionsbausteinen.

Die IEC 61499 liefert die Basis für moderne Automation.

Dazu sieht IEC 61499 vor, dass die Funktionsbibliotheken von Programmierumgebungen grundsätzlich offen und ohne Herstellerbindung vorliegen müssen. Auf diese Weise spielt es für die Modellierung keine Rolle mehr, welche CPU-Ressourcen als Basis zur Verfügung stehen. Nutzer sind nicht mehr an die Wahl eines bestimmten Anbieters gebunden und eine automatisierte Anwendung kann vollständig in der Software modelliert und getestet werden – noch bevor überhaupt ein einziges Stück Hardware verbaut wurde. Dieser Grad an ingenieurstechnischer Freiheit ist für unser Verständnis von ‚echter Offenheit‘ kennzeichnend.

Das umzusetzen gelingt nur, wenn alle zusammenarbeiten. Wie kann das gelingen?

Zum einen natürlich, indem wir nicht müde werden, unsere Partner und Kunden von den enormen Vorteilen hardwareunabhängiger Automatisierung zu überzeugen. Zum anderen ist in unseren Augen die Gründung der unabhängigen Non-Profit-Association ‚UniversalAutomation.Org‘ ein wichtiger Schritt.

Hersteller, Maschinenbauer, Systemintegratoren, Endkunden und Universitäten arbeiten hier künftig zusammen, um die Idee universeller Automatisierung etwa durch die gemeinsame Arbeit an einer herstellerunabhängigen Runtime für verteilte Steuerungssysteme voranzutreiben. Dieser Organisation geht es im Kern um genau das, was wir für die Umsetzung der oben umrissenen Industrie der Zukunft brauchen: Interoperabilität, Portabilität und eine enge Verzahnung von IT und OT.

Ergänzendes zum Thema
Neue Organisation
UniversalAutomation.Org

Das Thema herstellerunabhängige Automatisierung nimmt Fahrt auf. In der neu gegründeten UniversalAutomation.Org haben sich Industrieunternehmen, Hersteller, OEMs, Systemintegratoren, Start-Ups und Universitäten zusammengetan, um gemeinsam an der Referenzimplementierung einer IEC 61499-basierten Steuerungs-Runtime zu arbeiten. Das Ziel: herstellerunabhängige Interoperabilität und Portierbarkeit als Standard in der Automatisierung etablieren. Schneider Electric ist von Anfang an Teil der neuen Organisation.

Wie will Schneider Electric den entscheidenden Schritt gehen, hin zu einer echten durchgängigen Vernetzung von IT und OT?

Indem wir Insellösungen und geschlossene Systeme sukzessive abbauen. Innerhalb unserer IoT-Lösungsarchitektur Ecostruxure sind zum Beispiel sämtliche Feldgeräte, Steuerungen und Softwareanwendungen zu durchgängigem Datenaustausch befähigt. Auf diese Weise lässt sich Datentransparenz herstellen, die als Grundlage für den Einsatz intelligenter Softwarelösungen dient.

Um Brownfield-Anlagen mit heterogenen Maschinenlandschaften ganzheitlich zu vernetzen, haben wir zudem unser Green Box Sortiment entwickelt. Im Kern besteht dieses aus dem neuen Industrie-PC Harmony P6, der mit über 300 Kommunikationsprotokollen für alle gängigen Steuerungssysteme ausgestattet ist. Damit lassen sich Daten herstellerunabhängig zusammenführen. Unser Software-Advisor, aber auch die System Plattform von Aveva können auf dem IPC installiert werden und profitieren von den zusammengeführten Daten.

Wenn Sie mit unserem Ecostruxure Automation Expert arbeiten, besteht das Problem der nachträglichen Datenintegration übrigens gar nicht. Denn von Anfang an existiert die gesamte Maschine auch als virtuelle Einheit, sie ist mit all ihren mechatronischen Komponenten, cyberphysischen Systemen oder Modulen verfügbar und sichtbar.

Gibt es aus Ihrer Sicht bereits alle Technologien, um solche universellen Ansätze zu verwirklichen? Läge es dann ‚nur noch‘ am Wollen?

Wir vertreten den Ansatz universeller Automatisierung, weil wir zutiefst davon überzeugt sind, dass die Technologien dafür bereits verfügbar sind. Aber, bei allen Vorteilen, die dieser Ansatz für OEMs und Endkunden bringt, uns ist natürlich bewusst, dass sich bewährte Konventionen nicht über Nacht aus den Angeln heben lassen. Das wäre auch gar nicht zielführend. Schließlich haben die bisherigen Standards über viele Jahre gute Dienste geleistet. Angesichts der technischen Entwicklung bei der Rechenleistung und Vernetzung sowie den gewachsenen Ansprüchen an Flexibilität, Effizienz und Nachhaltigkeit sind die bewährten Ansätze jedoch zunehmend überholt.

Jetzt sind sogenannte Early Adopter gefordert, die vorangehen und die enormen Mehrwerte eines hardwareunabhängigen Konzepts demonstrieren. So zum Beispiel unser Kunde GEA Westfalia. Der Maschinenhersteller aus Oelde hat den Ecostruxure Automation Expert bei der Entwicklung eines Separators für die Pharmaindustrie im Einsatz und profitiert von einem deutlich weniger fehleranfälligen und vereinfachten Engineering. Auch die Integration des Separators in übergeordnete Managementsysteme fällt dank Hardwareunabhängigkeit deutlich leichter.

Zuallererst setzt offene Automatisierung Innovationskraft frei.

Pierre Bürkle, Vice President Industrial Automation DACH, Schneider Electric

Können Sie kurz erklären, welche Vorteile eine wirklich offene Automatisierung den Systemanbietern, OEMs, Maschinenbauern, Systemintegratoren und Endkunden bringt?

Zuallererst setzt offene Automatisierung Innovationskraft frei. Frei von Herstellerbindung können Maschinen und Anlagen viel kreativer geplant, konstruiert und erweitert werden. Zunächst sogar rein in der Softwareumgebung. So kann bereits vor der Konstruktionsphase der Mehrwert einer Anlage oder einer Umrüstung in puncto Produktivität, Effizienz und Nachhaltigkeit ermittelt werden.

Ein weiterer Pluspunkt betrifft die Programmierung. Diese erfolgt im Ecostruxure Automation Expert rein grafisch per sogenanntem ‚single line engineering‘. Die vorgefertigten Funktionsblöcke – zum Beispiel für eine Abfüll- oder Pumpenanwendung – werden einfach mit Linien verbunden. Eine aufwändige Konfiguration der Schnittstellenkommunikation zwischen den einzelnen mechatronischen Komponenten entfällt.

Auf diese Weise lässt sich das Engineering nicht nur erheblich vereinfachen und beschleunigen, der Spielraum für Fehler wird auch stark reduziert. Letztlich ist es auf dieser Basis sogar möglich, neue Komponenten einfach per Plug-and-Play in eine Anlage zu integrieren. Hinzu kommt, dass die verschiedenen, in Funktionsbausteinen gekapselten Anwendungen nicht zyklisch, sondern eventbasiert abgearbeitet werden. Heißt: Bestimmte Funktionen laufen nur dann ab, wenn bestimmte Maschinenzustände sie triggern. Damit lässt sich die CPU-Last deutlich reduzieren.

Die Industrie kann also, wie in der IT-Welt üblich, von offenen Systemplattformen profitieren. Wie aus einem App-Store wählt der Anwender einfach die passende Applikation aus und lässt sie auf der Hardware eines beliebigen Herstellers laufen. So einfach ist das?

Im Grunde ja. Angesichts immer komplexer werdender Anlagen, die mittlerweile ein sehr hohes Automatisierungsniveau benötigen, wird das Thema Anwenderfreundlichkeit immer wichtiger – gerade bezüglich Programmierung und Schnittstellenkonfiguration. Eine Art App-Store, aus dem bereits getestete, vorgefertigte Softwarebausteine für konkrete Applikationen ausgewählt werden können, würde einen echten Quantensprung bedeuten. Aber das lässt sich eben nur gewinnbringend umsetzen, wenn sich diese Applikationen frei und hardwareunabhängig auf die mechatronische Basis aufspielen lassen.

An dieser Stelle zeigt sich das enorme, teils disruptive Potenzial eines offenen Automatisierungsansatzes. Denn die Idee von vorgefertigten Applikationen für konkrete Maschinenanwendungen wirkt sich ja nicht nur vereinfachend und beschleunigend auf das Engineering aus. Es entstehen auch neue Geschäftsmöglichkeiten für Maschinenbauer, Systemintegratoren und App-Entwickler.

Mit unserer Co-Innovationsplattform Schneider Electric Exchange besteht übrigens schon ein hervorragend laufender Marktplatz, der sich ideal für den Vertrieb solcher Automatisierungs-Apps eignen würde.

Sie sehen die Norm IEC 61499 als den richtigen Standard dafür. Wie weit geht die Industrie damit konform?

Ich kann natürlich nicht für die gesamte Industrie sprechen. Aber angesichts technologischer Entwicklungen, zunehmendem Wettbewerbsdruck und klimapolitischer Vorgaben machen sich aktuell viele Entscheidungsträger Gedanken darüber, wie sie ihre Anlagen weiterentwickeln, flexibilisieren und effizienter gestalten können. Und hier sind die Prämissen der Norm IEC 61499 sehr überzeugend.

Interessant ist in diesem Zusammenhang auch die Forschung von Alois Zoitl, Professor für Cyber-Physical Systems for Engineering and Production an der Johannes Kepler Universität in Linz. Er beschäftigt sich schon seit über 15 Jahren mit IEC 61499 und führt die Tatsache, dass die Norm in der Industrie bisher so wenig Anwendung gefunden hat, auf die Abstraktheit des Themas zurück. Über die Jahre hat es nur wenig praktikable, anwendungsnahe Versuche gegeben, diese Norm für die Industrie nutzbar zu machen.

Und genau das hat sich ja jetzt geändert. Mit unserem Ecostruxure Automation Expert haben wir eine konkrete, für jeden verständliche Lösung geschaffen, mit der sich praktisch sofort von hardwareunabhängiger Automatisierung profitieren lässt.

In seinem 2016 gemeinsam mit Thomas Strasser veröffentlichten Buch ‚Distributed Control Applications‘ betont Alois Zoitl übrigens explizit die Bedeutung von IEC 61499 für eine zukunftsfähige Automatisierungs-Architektur und die Freisetzung der Potenziale von Industrie 4.0. Und da möchte ich ihm nicht widersprechen.

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