Das Mooresche Gesetz - benannt nach Gordon Moore, einem der Gründer von Intel - gilt seit über 50 Jahren: Es besagt, dass sich alle 24 Monate die Zahl der Transistoren auf einem Computerchip verdoppelt, wodurch zahlreiche technische Weiterentwicklungen möglich werden. Heute bringen Halbleiterunternehmen immer mehr Leistungsfähigkeit und Energieeffizienz auf immer kleineren Bauteilen unter. Computerchips sind inzwischen so klein, leistungsstark und kostengünstig, dass sie in fast jede Maschine und fast jedes Gerät eingebaut werden können und diese so mit umfangreichen Logik- und Konnektivitätsfunktionen ausstatten. Für die Automatisierungsbranche eröffnet das vielfältige Möglichkeiten, denn Maschinen sind dadurch in der Lage, miteinander zu kommunizieren und Echtzeitdaten sowie archivierte Daten nahtlos zwischen Werkshalle, Unternehmensnetzwerk und Backoffice auszutauschen. Auf dieser Basis lassen sich neue Methoden für die Verbesserung von Fertigungsprozessen entwickeln.
Produktzyklen verkürzen sich
Vor zehn Jahren sahen die Anforderungen an die Chipproduktion noch anders aus: Der leistungsstärkste Computerprozessor von Intel war der Boxed-Prozessor-Intel-Pentium-II-Xeon. Der Chip war handflächengroß, enthielt rund 7,5 Millionen Transistoren, wies einen SPECint-Leistungswert von 18 auf, verbrauchte 40 Watt und kostete etwa 1000 US-Dollar. Für die damalige Zeit ein guter Chip. Ein Jahrzehnt später ist der Intel-Atom-Prozessor nur noch daumennagelgroß, enthält Hunderte Millionen Transistoren, weist einen SPECint-Leistungswert von 56 auf und verbraucht weniger als zwei Watt. Hinzu kommen eine noch höhere Präzision und Leistungsfähigkeit sowie die Vernetzungsfunktionen. Chips werden mittlerweile in Milliarden vernetzter Maschinen und Geräte in unterschiedlichen Branchen verbaut, von der Fertigung über die Kommunikation bis hin zu Finanzdienstleistungen, im Energiesektor und im Einzelhandel. Die Anzahl vernetzter Geräte hat weltweit einen Stand von rund 6,5 Milliarden und es ist davon auszugehen, dass sich die Geräteanzahl bis 2015 verdoppeln wird. Allein der weltweite mobile Datenverkehr wird laut Prognosen in den kommenden fünf Jahren um das 18-fache steigen. Wir stehen also am Beginn einer technischen Revolution, in der leistungsstarke Rechnerfunktionen allgegenwärtig sein werden. Jim Pinto, Analyst im Bereich der Automatisierungsindustrie und Futurist, vertritt die Auffassung, dass die Kunden immer schnellere Neuentwicklungen und kürzere Produktzyklen verlangen. Diesen Bedarf können herkömmliche Fertigungsunternehmen nicht ohne Weiteres decken. In Verbindung mit der zunehmenden Komplexität der Automatisierung benötigen die Anbieter aufgrund dieser Trends schnell neue und flexiblere Prozesse.
Die digitale Fabrik
Die vernetzte digitale Fabrik der Zukunft nutzt auf Standards basierende Architekturen und vernetzte Systeme, um den Produktionsausstoß anhand von Echtzeitdaten zu verbessern. Durch die Konnektivität, die zwischen den verschiedenen Ebenen eines Werks besteht, lassen sich die Daten aus der Werkshalle verzögerungsfrei für das Management bereitstellen: Die Konvergenz der Netzwerke im Fertigungswerk sowie zwischen Fertigungswerk und Informationstechnik erlaubt den nahtlosen und flexiblen Datenaustausch in Echtzeit. Die intelligente Automatisierung ermöglicht eine schnelle Neukonfiguration der Fertigungssteuerungssysteme, so dass diese jederzeit an Faktoren wie Unterbrechungen in der Lieferkette, spezielle Kundenwünsche oder eine höhere Nachfrage angepasst werden können. In der digitalen Fabrik kommt zudem bei allen vernetzten Einheiten Standard-Sicherheitstechnik zum Einsatz, um Datenschutz und Datensicherung zu gewährleisten. Die Sicherheit ist für Fertigungsunternehmen von entscheidender Bedeutung. Denn viele Unternehmen stellten im Jahr 2010 beim Angriff des Stuxnet-Wurms fest, dass die Infrastruktur anfällig für Schadcode ist, wenn man vormals proprietäre Systeme öffnet und den IP-Netzwerkzugriff gewährt. Die Komplexität und die Vielfalt der Anlagen, die in Fertigungsautomatisierung- und Stromversorgungssystemen genutzt werden, machen es noch schwieriger, diese vor Cyber-Angriffen zu schützen. Eine umfassende Lösung erfordert mehrere Produkte - nur so lassen sich verschiedene ineinandergreifende Sicherheitsebenen schaffen, ohne das System zu komplex zu gestalten oder Leistungsfähigkeit und Verfügbarkeit zu beeinträchtigen. Möglich machen dies beispielsweise vorhandene Techniken wie die Intel-vPro-Technik. Diese Lösungen bieten ein verbessertes Situationsbewusstsein, nahtlosen, mehrzonigen Schutz, native Scada-Unterstützung und Remote-Geräteverwaltung. Derartige Sicherheitslösungen werden erforderlich sein, damit Unternehmen die Vorteile des vernetzten Fertigungswerks nutzen können.
Embedded auf dem Vormarsch
Gordon Moore erkannte genau diesen technischen Wandel durch die exponentielle Zunahme der Rechenleistung der Chips: Bereits heute kommen Embedded-Prozessoren in den unterschiedlichen Branchen zum Einsatz. Fertigungsunternehmen auf der ganzen Welt werden angesichts der damit einhergehenden Effizienz- und Produktivitätssteigerung sowie der verbesserten Wettbewerbsfähigkeit folgen.
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