Modernes Software-Engineering in der Automatisierung Neue Perspektiven im Engineering

Unterstützt wird das moderne Software-Engineering mit den auf TwinCAT von Beckhoff basierenden Zeugwerk-Produkten Framework und Creator, die unter anderem beim Maschinenbauer Nordfels aus Österreich zum Einsatz kommen. „Mit dem Zeugwerk Framework und dem Zeugwerk Creator bringen wir viele Elemente moderner Softwareentwicklung in die Welt der Steuerungssoftware ein und ermöglichen damit einen standardisierten, ganzheitlichen und nachhaltigen Entwicklungsansatz“, erläutert CEO Matthias Pfurtscheller den grundlegenden Ansatz. Profitieren könne davon ein breites Zeugwerk-Kundenspektrum, das von Sonder- und Serienmaschinenbauern über reine Automatisierer bis hin zu Maschinenbetreibern reiche. Ergänzend stelle der Unternehmensbereich Services den Kunden Kompetenzen zur Verfügung, um spezifische Lösungen umzusetzen bzw. moderne Softwareparadigmen wie zum Beispiel CI/CD-Tools und Unit-Testing einzusetzen.

Inwieweit Anwender vom modernen Software-Engineering profitieren können, lässt sich laut Pfurtscheller an folgendem Paradebeispiel verdeutlichen: „Das Maschinenbauunternehmen Nordfels hat bereits vor einigen Jahren erkannt, dass Standardisierung im Entwicklungsprozess einen klaren Vorteil hinsichtlich Geschwindigkeit und Qualität bei der Umsetzung von Maschinenprojekten ergibt. Es ist damit ein idealer Kunde für Zeugwerk, einerseits weil Nordfels den möglichen Nutzen durch einen standardisierten Entwicklungsprozess bereits kennt, andererseits weil wir unmittelbar weiterhelfen können, um neue Möglichkeiten von TwinCAT und moderner Softwareentwicklung umzusetzen.“ Umfassende Unterstützung stellten bei diesem Projekt die österreichischen Beckhoff Vertriebsbüros in Hagenberg und Innsbruck bereit, mit den erfahrenen Experten Klaus Wurm beziehungsweise George Hampel und den zugehörigen Beckhoff Supportspezialisten.

Offene und moderne Softwareplattform

Zeugwerk kann bereits auf 20 Jahre TwinCAT-Erfahrung zurückgreifen und ist seit 2022 auch als Beckhoff Solution Provider aktiv. Laut Pfurtscheller erhält man durch die offene Beckhoff Steuerungsplattform die Möglichkeit, moderne Softwareparadigmen wie Objektorientierung, Codegenerierung oder Testautomatisierung effizient umzusetzen. Dabei biete TwinCAT alle notwendigen Schnittstellen, stelle eine API bei seinen Produkten zur Verfügung und öffne damit die Tür zu modernen Arbeitsweisen in der Entwicklung von Steuerungssoftware. Und weiter: „Durch die Möglichkeit, sowohl Engineering als auch Runtime über entsprechende Schnittstellen automatisiert ansprechen zu können, bildet TwinCAT die Voraussetzung, um moderne Entwicklungsansätze realisieren zu können. Dabei sind das TwinCAT Automation Interface und die PC-basierte Steuerungsplattform wichtige Bestandteile.“

Unter Software-Engineering versteht Zeugwerk die ganzheitliche und nachhaltige Sicht auf den gesamten Lebenszyklus eines Softwareprodukts. Es gehe darum, von der Anforderungsanalyse über die Projektierung und Implementierung bis hin zur Inbetriebnahme, Nutzung und Betreuung einer Software eine möglichst umfangreiche Standardisierung zu erreichen. Erst dadurch könne die Qualität und Geschwindigkeit in der Entwicklung trotz steigender Anforderungen und Fachkräftemangel beibehalten oder sogar gesteigert werden. Pfurtscheller: „Wir arbeiten nach dem Motto ‚Tun was funktioniert, um schneller bessere Software zu entwickeln‘. Dabei erfinden wir das Rad nicht neu, sondern bringen Elemente aus der IT in die Welt der Automatisierungstechnik ein.“ Zudem sei es sehr wichtig, dass die Softwareentwickler und -entwicklerinnen unmittelbar einen Nutzen für die eigene tägliche Arbeit erkennen könnten und durch neue oder geänderte Arbeitsweisen nicht überfordert würden.

Software-Entwicklungsprozesse vereinfachen

In der Softwareentwicklung hat sich gezeigt, dass der Einsatz von Frameworks ein Schlüssel für einfache und effiziente Arbeitsweisen darstellt. Frameworks definieren mit Vorlagen, Bibliotheken und Standardmodulen große Teile der Struktur und Architektur eines Softwareprodukts. Dadurch können sich Softwareentwickler auf die funktionalen und projektspezifischen Anforderungen in der Programmierung konzentrieren und mit einer standardisierten Softwarearchitektur arbeiten. Zwar ist die Framework-basierte Entwicklung in der IT-Welt bereits Standard, nach den Erfahrungen von Zeugwerk ist dieser Ansatz bei der Steuerungsentwicklung allerdings noch sehr jung. Dabei sind die Vorteile deutlich: Durch die vorgegebene, oft modulare Struktur erhält man zusätzlich eine Unterstützung für standardisierte Arbeitsweisen in der Projektierung und Inbetriebnahme. Weiterhin bietet die Standardisierung durch Framework-basierte Softwareentwicklung viel Potenzial und zahlreiche Möglichkeiten, verschiedene Schritte im Entwicklungsprozess, wie zum Beispiel Dokumentation, Testen, Ausliefern und Codegenerierung, zu automatisieren.

Beim Zeugwerk Framework handelt es sich um ein standardisiertes Applikationstemplate und verschiedene Bibliotheken mit umfangreichen Funktionen zur Anwendungsentwicklung. Aspekte wie Kommunikation, Daten, Funktionseinheiten und diverse Bausteine zur Umsetzung von Maschinenprozessen sind dabei standardisiert abgebildet. Der Zeugwerk Creator ist eine Erweiterung der TwinCAT-Entwicklungsumgebung TcXaeShell, welche die Applikationsentwicklung durch kontextspezifische Menüs, Dialoge und Funktionen sowie durch die Standardisierung mit dem Zeugwerk Framework deutlich vereinfacht und beschleunigt.

Zur Einbindung als Plug-in ergänzt Pfurtscheller: „Die Erweiterung der TcXaeShell durch den Creator ermöglicht eine nahtlose Integration mit dem Zeugwerk Framework, um einheitliche, schnelle und fehlerfreie Arbeitsweisen zu etablieren. Dies bietet vor allem den Vorteil, dass die bestehende, gewohnte Entwicklungsumgebung um neue Funktionen für die standardisierte Anwendungsentwicklung erweitert und damit die Einarbeitungszeit auf ein Minimum reduziert wird. Der Applikateur muss die TwinCAT-Umgebung also nie verlassen.“ Durch das TwinCAT Automation Interface habe man die Einbindung sehr leicht realisieren können. Es sei die notwendige Schnittstelle zur Engineering-Umgebung Visual Studio beziehungsweise TcXaeShell, um programmatisch auf ein TwinCAT-Projekt zugreifen zu können. Das Fazit: Ohne das TwinCAT Automation Interface wäre eine Integration nicht möglich gewesen.

Deutliche Vorteile für den Maschinenbau

Ein weiterer Vorteil des TwinCAT Automation Interface – so Pfurtscheller – liege in der automatischen Codegenerierung, welche die Entwicklung massiv beschleunige. Die Konfiguration einer Anlagensoftware mit den entsprechenden Bausteinen und dem meist sehr ähnlichen Aufbau lasse sich auf diese Weise deutlich schneller realisieren. Im Anschluss könne der Anwender wie gewohnt in der TwinCAT-Umgebung programmieren und weiterentwickeln. Zudem erläutert Pfurtscheller: „Der Anwender konfiguriert über die Funktionen des Zeugwerk Creator seine Applikation, ohne eine Zeile Code schreiben zu müssen. Der Aufbau der Applikation bleibt für jede Applikation gleich und ist projektspezifisch in kürzester Zeit erstellt. Automatisch generierte Testumgebungen für die Inbetriebnahme oder Backup/Restore-Möglichkeiten für Daten sind weitere Vorteile, die durch die Integration und die Verwendung des Creator zur Verfügung stehen. So konnte beispielsweise Nordfels die Zeit für das Erstellen eines größeren Maschinenprojekts von mehreren Tagen auf wenige Stunden verkürzen.“

Für das genannte Projekt des Maschinenbauers Nordfels entwickelte Zeugwerk eine kundenspezifische Erweiterung für die TcXaeShell, welche die automatische Generierung der PLC eines Maschinenprojekts menügeführt vollautomatisch ermöglicht. Dabei stehen Dialoge zum Anlegen von Stationen und Substationen zur Verfügung, die in der Folge die Generierung aller notwendigen Codeteile durchführen. Hierbei lässt sich die zusätzliche Funktionalität in der Entwicklungsumgebung TcXaeShell nutzen, als sei sie Teil von TwinCAT. Dazu werden zusätzliche Funktionen, wie zum Beispiel das Anlegen einer neuen Station, als Menüpunkte in der TcXaeShell an den richtigen Stellen angeboten, um ganz natürlich Applikationsteile zu einer Nordfels-PLC hinzuzufügen. Diese Herangehensweise stellt laut Pfurtscheller sicher, dass die Zusatzfunktionalität auch tatsächlich verwendet wird, da der Nutzen groß und die Einstiegshürde minimal ist.

Edmund Jenner, CEO von Nordfels, bestätigt die Vorteile: „Durch die Einführung von modernen Softwareparadigmen wurde die team- und projektübergreifende Softwareerstellung erst sinnvoll möglich, was für uns völlig neue Perspektiven hinsichtlich Weiterentwicklung und Nachnutzung jedes einzelnen Software-Projekts eröffnet!“ Nordfels habe durch diese einmalige Entwicklung für jedes zukünftige Automatisierungsprojekt den Qualitäts-, Geschwindigkeits- und Wiederverwendungsvorteil und festige zudem einheitliche, standardisierte Arbeitsweisen im gesamten Team.