Industrieanlagen folgen bis heute weitgehend einem simplen Konzept: Es geht um Automatisierungsaufgaben, die von Automatisierungsgeräten ausgeführt werden. Diese Geräte müssen mit einer Zentralsteuerung verbunden werden. Mehr ist nicht notwendig für ein zweifelsfrei extrem leistungsfähiges Konzept. Das Netzwerk ist nur das Vehikel des industriellen Ethernet-Feldbusses oder – noch trivialer – nur die Verbindungsleitung. Aus Sicht der Automatisierung ist das absolut nachvollziehbar und ausreichend.
Mit Industrie 4.0 kommt jedoch eine neue Anforderung auf die Netzwerktechnik und damit eben auch auf die Verbindungstechnik zu: In Industrie 4.0 soll die industrielle Produktion effektiver, flexibler und leistungsfähiger werden. Die Steuerungsaufgaben gehen von einer zentralen Steuerung auf das System selbst über. Für die Struktur der Produktionsanlagen bedeutet dies einen radikalen Konzeptwechsel. Aus einem streng hierarchischen wird ein dezentrales System. Anlagen werden modular aufgebaut, Steuerungsaufgaben werden in das System verlagert. Das Netzwerk wird zur entscheidenden Komponente.
Was kommt zur Feldebene hinzu?
Was sich so einfach und logisch anhört, ist in der Umsetzung an eine Reihe von Bedingungen geknüpft, von denen die Integration von Cyber Physical Systems (CPS) und der materialen Produktionswelt im Zentrum steht. Industrie 4.0 ist geprägt durch die Integration von CPS in IT-Applikationen. Diese Integration soll möglichst flexibel erfolgen. Der starre Verbund von klassischen Produktionsanlagen wird damit aufgebrochen. Dabei entstehen zwei Bereiche, die miteinander in Verbindung gebracht werden müssen.
In den ersten Umsetzungen hat sich gezeigt, dass die entscheidende Nahtstelle zwischen den autarken Anlagenmodulen liegt. Diese können konventionell, also mit Kopfsteuerung und dezentralen I/Os, aber auch aus CPS aufgebaut sein. Was sie in jedem Fall auszeichnet ist, dass diese Module im Fertigungsablauf einen in sich vollständigen Service am realen Objekt durchführen. Der Aufbau der Module kann auch jetzt noch konventionell erfolgen, ohne die Vorteile von Industrie 4.0 zu gefährden.
Module sollen in einer Fertigung an unterschiedlichen Orten extrem einfach und vor allem schnell in den Herstellungsprozess integriert werden. Und es sollen an diesen Orten unterschiedliche Module eingesetzt werden können. Mit diesen zwei Kernforderungen erhält die Verkabelung einen anderen Charakter. Der Einsatz an verschiedenen Orten führt zur Grundeinrichtung und die Verwendung mit unterschiedlichen Modulen zum Grunddienst. Die Verkabelung wird zur Infrastruktur.
Wie wird die Infrastruktur der I4.0-Fertigung aussehen?
Die Infrastruktur der Smart Factory befindet sich in der Definitionsphase. Sowohl für die IT als auch für die Automatisierung kommt Ethernet zum Einsatz. Im Office-Gebäude besteht dazu eine anwendungsneutrale Verkabelung nach ISO/IEC 11801. Diese Norm beschreibt, wie eine passive Netzwerkinfrastruktur aufzubauen ist.
Überträgt man diese Betrachtung auf die Produktionsanlage, so sollen unterschiedliche Module in das Netzwerk integriert werden. Dazu müssen alle Lebensadern der Industrie berücksichtigt werden. Das sind Kommunikation, 400 VAC, Druckluft, Hilfsenergien und weitere Signale. Die benötigten Verbindungen sind also mannigfaltig und ein einfaches Plug&Produce wird erst dann möglich, wenn diese in eine Schnittstelle, einen Steckverbinder integriert werden. Han-Modular stellt hier durch den modularen Aufbau alle Lebensadern zur Verfügung. Mit der Standardisierung der Modulschnittstelle ist bereits ein entscheidender Schritt gemacht. Doch zum Aufbau einer Infrastruktur gehört mehr. Im Falle der industriellen Produktion muss die Modulschnittstelle unterschiedlichste Funktionen bieten, damit ein einfacher und vor allen Dingen sicherer Betrieb möglich wird. Neben der Modulanschluss-Schnittstelle sind das das Management respektive die Diagnose, das Identifizieren der Module, Energiemessung und Energie-Schalten, eine Absicherung der 400 VAC sowie Safety und Kommunikation in Echtzeit. Diese Funktionen können durch aktive Netzwerkkomponenten sichergestellt werden.
Harting treibt die Entwicklung der Industrie4.0-Infrastruktur-Komponenten intensiv voran. Die Smart Power Network Unit des Herstellers führt etwa das Thema der Administration von Kommunikation und Power zusammen. Diese Komponente unterstützt mit der Linie und dem Ring die industrietypischen Topologien und spannt so eine Infrastruktur auf, die den flexiblen Einsatz unterschiedlicher Fertigungsmodule ermöglicht.
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