Internet der Dinge Serviceorientierte IT-Architektur feiert ihr Comeback in der Industrie 4.0

Redakteur: Franz Graser

Im Rahmen des Fraunhofer-Forums zur „Zukunftsvision Industrie 4.0“ haben Forscher und Praktiker ihre Visionen für die Fabrik der Zukunft vorgestellt. Ziel ist eine effiziente, emissionsneutrale und ergonomische Fertigung.

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Professor Thomas Bauernhansl, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA). Er propagiert serviceorientierte IT-Architekturen als Voraussetzung für Industrie 4.0
Professor Thomas Bauernhansl, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA). Er propagiert serviceorientierte IT-Architekturen als Voraussetzung für Industrie 4.0
(Bild: Fraunhofer IPA)

Ob die viel zitierte Industrie 4.0 tatsächlich die vierte industrielle Revolution darstellt oder „nur“ ein evolutionärer Entwicklungsschritt sein wird, blieb nach dem Fraunhofer-Forum ungeklärt. Einig sind sich alle Beteiligten jedoch darin, dass der Industrie ein fundamentaler Wandel bevorsteht, der durch Entwicklungen wie den Klimawandel, das globale Bevölkerungswachstum sowie die damit einher gehende Ressourcenverknappung bedingt ist.

Zielstellung ist die sogenannte E3-Fabrik, also eine Fertigung, die effizient, emissionsneutral und ergonomisch sein müsse, sagte Professor Alfred Gossner, Vorstand der Fraunhofer-Gesellschaft für die Bereiche Finanzen, Controlling und IT, in seinem Eingangs-Statement. Als zentralen Baustein für die Fabrik der Zukunft sieht Frank Treppe vom Chemnitzer Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) die Cyberphysischen Systeme (CPS).

Cyber Physical Systems haben die Fähigkeit, sich untereinander und mit dem Internet zu vernetzen, nehmen ihre Umgebung über Sensoren wahr sowie teilen Informationen und treffen dezentrale Entscheidungen. Außerdem sind sie in der Lage, mit Menschen zu kommunizieren. Die sogenannte Smart Factory wird sich demnach aus Verbünden solcher Systeme zusammensetzen, die über eine Dateninfrastruktur wie etwa das Internet miteinander kommunizieren.

Daraus resultieren dann laut Treppe Produkte, die über ihren Bearbeitungsweg stets exakt identifizierbar und lokalisierbar sind und den Bearbeitungsweg zum Ziel-Zustand kennen sowie Wertschöpfungsnetzwerke, die firmenübergreifend sein können und in Echtzeit steuerbar sind. Daher wird die sogenannte Smart Factory durch eine bisher nicht gekannte drahtlose Vernetzung geprägt sein. Allerdings, so Treppe: „Der Weg dorthin ist schon noch weit.“

Ein Cyber-physisches Produktionssystem sieht Professor Thomas Bauernhansl, der Leiter des Stuttgarter Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) am Horizont.

Ausgangspunkt für dieses Konzept ist das Scheitern der Vision des Computer Integrated Manufacturing (CIM), das bis in die achtziger Jahre hinein propagiert wurde. „In CIM wurde der Mensch vergessen“, so das Verdikt des Stuttgarter Institutsleiters.

Apps statt monolithischer Software

Das von Bauernhansl vorgestellte Konzept für die Fabrik der Zukunft basiert auf einer hochflexiblen serviceorientierten IT-Architektur, die die Schwächen der derzeitigen monolithischen Unternehmenssoftware à la SAP überwinden soll. „Die heutige IT-Architektur ist nicht wandlungsfähig, flexibel und schnell genug“, so Bauernhansl.

Die Kommunikationsinfrastruktur der Fabrik der Zukunft. Als Kommunikationsplattform dient der Manufacturing Service Bus, an den die Maschinenebene über Services angeschlossen ist. Leichtgewichtige Apps treten an die Stelle monolithischer Unternehmenssoftware-Pakete.
Die Kommunikationsinfrastruktur der Fabrik der Zukunft. Als Kommunikationsplattform dient der Manufacturing Service Bus, an den die Maschinenebene über Services angeschlossen ist. Leichtgewichtige Apps treten an die Stelle monolithischer Unternehmenssoftware-Pakete.
(Bild: Fraunhofer IPA)

An die Stelle hierarchisch gegliederter IT-Infrastrukturen mit ERP-Systemen auf der obersten, MES-Lösungen auf der mittleren und der Echtzeit-Maschinensteuerungen auf der unteren Ebene müsse eine netzartige Struktur treten: „Diese Pyramide müssen wir datentechnisch glatt klopfen.“ Die monolithischen Softwaresuiten werden demnach von einzelnen kleinen Apps ersetzt. Die Applikationslandschaft werde damit so zurechtgeschnitten, dass sie wieder zum Prozess passe – anders als es heute in der Realität oft der Fall sei, wo man die gelebten Prozesse an die Vorgaben der Unternehmenssoftware anpassen müsse.

Eine wichtige Komponente der Applikationslandschaft, die Bauernhansl propagiert, ist ein sogenannter Manufacturing Service Bus. Diese Kommunikations-Infrastruktur bildet gewissermaßen die Schiene, auf der Nachrichten zwischen den einzelnen Maschinen und Diensten befördert werden. Maschinen und Cyber-physische Systeme sind über Integrationsdienste an diesen Bus angeschlossen.

An die Stelle umfänglicher betriebswirtschaftlicher Applikationen treten Apps, die speziell auf bestimmte Prozessaufgaben zugeschnitten sind. Über Services haben diese Apps Zugriff auf den Manufacturing Bus und können so zum Beispiel Informationen aus der Maschinenebene aufnehmen und an die kaufmännische Ebene weiterleiten. Die Apps können sich die fertigenden Unternehmen entweder aus einer Art App Store kaufen oder mieten oder aber über ein Development Kit selbst bauen.

Daraus ergibt sich laut Bauernhansl nicht zuletzt ein Preisvorteil: Bei einem vollwertigen MES müsse der Betrieb voraussichtlich mit Projektkosten rechnen, die nicht selten im sechsstelligen Euro-Bereich liegen. Für eine solche App fielen dagegen dreistellige Beträge an.

Kritisch beäugt wird natürlich auch die Sicherheit eines solchen Systemverbundes. Institutsleiter Bauernhansl gibt zwar zu, dass es keine absolute Sicherheit in einem IT-System geben könne, aber „viele kleine Systeme, die miteinander kommunizieren, sind sicherer als die EDV-Infrastruktur, die ein Mittelständler heute hat.“

Bauernhansl plädiert dabei vehement für offene industrieweite Standards. „Es gibt nur ein Internet“, sagt er. Wenn die großen Automatisierer und Industriesoftware-Hersteller dagegen damit anfangen, jeweils ihr eigenes „Internet der Dinge“ zu schaffen, dann würden alle Beteiligten langsamer, so der IPA-Leiter.

Bemerkenswert ist, dass der Begriff der Apps, der vor allem ja aus dem Smartphone-Umfeld bekannt ist, in Zukunft auch im Industrieumfeld heimisch werden wird. Solche Apps können auf Smartphones, Tablets oder aber auf herkömmlichen PCs laufen und geben einen schnellen Überblick über den augenblicklichen Status in der Produktion. Dass sich solche Apps schnell erstellen lassen, demonstrierte Peter Lindlau, Geschäftsführer der Münchner Softwarefirma pol solutions.

Lindlau zeigte, dass sich Maschineninformationen mit wenigen Handgriffen in Excel-Tabellen einspielen lassen, woraus sich wiederum grafische Darstellungen generieren lassen. In ähnlicher Weise können diese Informationen auch in Apps für Smartphones oder Tablets einfließen und den Fertiger jederzeit zum Beispiel über die Maschinenauslastung informieren.

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