Nachhaltigkeit ist heute ein betriebswirtschaftliches Muss. Kunden fordern nachhaltig produzierte Ware, die Politik verlangt CO2-Reduktionen und viele Anleger achten heute mehr denn je auf die Nachhaltigkeitsbilanz eines Unternehmens.
Gleichzeitig wirkt sich der möglichst effiziente Einsatz von Energie und Ressourcen aber nicht nur beim ökologischen Fußabdruck aus. Angesichts hoher Strompreise schlägt sich ein geringerer Energieverbrauch auch in der Betriebskostenabrechnung zu Buche. Die Boston Consulting Group und der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) haben ausgerechnet, dass sich schon heute etwa 37 Prozent des weltweiten CO2-Ausstoßes mit wirtschaftlich lohnenswerten Technologien einsparen ließen. Doch dafür braucht es eine beschleunigte und vor allem IIoT-basierte Digitalisierung – gerade in der Produktion.
Hürden, die einer noch engeren Verzahnung von IT und OT im Wege stehen, gilt es möglichst rasch abzubauen. Schneider Electric, als enger Partner der Lebensmittel- und Verpackungsindustrie, setzt aus diesem Grund voll auf hardwareunabhängige Automatisierung. Unter dem Schlagwort „Universal Automation“ hat der Konzern das Software-Tool EcoStruxure Automation Expert gelauncht, mit dem sich automatisierte Anwendungen rein softwarezentriert und herstellerunabhängig modellieren lassen.
Herausforderungen für Endkunden und Maschinenbau
Industriebetriebe und Maschinenbauer sind heute aber nicht nur mit höheren Ansprüchen an Nachhaltigkeit und Energieeffizienz konfrontiert. Gleichzeitig ist auch der Wettbewerbsdruck enorm gestiegen. Resilienz und Agilität sind zu Kerntugenden geworden, mit denen sich etwa moderne CPG- oder F&B-Betriebe der Konkurrenz stellen müssen.
Geringe Losgrößen, schwankende Nachfrage und saisonale Sortimente verlangen nach flexiblen Maschinen-Setups, schneller Time-to-Market und hoher Anlagenverfügbarkeit. Nur mit durchgängiger IIoT-Vernetzung, die eine ganzheitliche Perspektive auf Energieverteilung und Automatisierung gestattet, lässt sich hier noch mithalten.
Aber es gibt ein Problem: Viele OEMs und deren Endkunden sind nach wie vor an proprietäre Automatisierungssysteme gebunden. Da beim Einsatz mehrerer geschlossener Systeme die Querkommunikation zwischen verschiedenen Steuerungen in unterschiedlichen Tools immer wieder zeitaufwendig programmiert werden muss, sind spontane und schnelle Umbaumaßnahmen, Erweiterungen oder Updates praktisch nicht möglich. Wirklich herstellerunabhängige Systeme, bei denen die Automatisierungssoftware eines Herstellers auf der Steuerung eines anderen laufen kann, gibt es heute nicht, und die konsequente Weiterentwicklung in Richtung IIoT bleibt damit gehemmt.
Viele Vorteile, die sich in Sachen Energieeffizienz, Engineering, Nachrüstung, Flexibilität und Service für die Automatisierung bieten würden, lassen sich also schlichtweg nicht nutzen. Auf Basis der Norm IEC 61499 schlägt Schneider Electric deshalb neue Weg ein. Als Pionier einer grünen und digitalen Industrie möchte das Unternehmen die Grundlage dafür schaffen, dass Automatisierer voll von den Potenzialen der Industrie 4.0 profitieren können.
Automatisieren per Mausklick
Der große Reiz von IEC 61499 liegt in der postulierten Hardwareunabhängigkeit begründet. Dank ihr ist es möglich, dass Anwender des EcoStruxure Automation Expert ihre automatisierten Anwendungen zunächst rein in der Softwareumgebung modellieren und simulieren können. Kein Stück Stahl, keine mechatronische Komponente muss bis dato verbaut werden.
Die vorgefertigten Funktionsbausteine lassen sich ganz einfach per sogenanntem Single Line Engineering rein grafisch miteinander verbinden. Ein automatischer Plausibilitätscheck sowie elaborierte Simulationsmöglichkeiten geben dann in der virtuellen Softwareumgebung sofort darüber Aufschluss, ob und, wenn ja, wie produktiv und effizient die real ausgelegte Anlage funktionieren würde. Die softwareseitig modellierten Programmstrukturen lassen sich gemäß IEC 61499 dann im Anschluss frei und herstellerunabhängig auf die jeweiligen realen Anwendungskomponenten verteilen – seien es nun Frequenzumrichter, SPS, IPCs, Windows/Linux-Rechner oder kleine Einplatinencomputer.
Die komplette Konfiguration der Kommunikationsschnittstellen zwischen mehreren Steuerungen wird dabei selbstständig durch den EcoStruxure Automation Expert übernommen. Diese in proprietären Systemen meist sehr aufwendige Routinearbeit entfällt also vollständig.
Außerdem besteht für den Programmierer innerhalb der Softwareumgebung jederzeit Klarheit über die Abhängigkeiten der verschiedenen Module und Komponenten. Auf diese Weise lässt sich das Engineering nicht nur erheblich beschleunigen und vereinfachen, der Spielraum für Fehler wird auch stark reduziert.
Vorteile hardwareunabhängiger Automatisierung
Mit einer hardwareunabhängigen und softwarebasierten Automatisierungslogik ergeben sich eine Reihe an Vorteilen. Zunächst einmal ist die Time-to-Market erheblich beschleunigt. Schneider Electric selbst schätzt, dass sich mit dem EcoStruxure Automation Expert bis zu 50 Prozent des Engineering-Aufwands einsparen lassen. Indem sich neue Komponenten per Plug & Play in eine Anlage integrieren, ist die Fertigungslinie praktisch unmittelbar nach dem Austausch wieder funktionsbereit. Lange Stillstandszeiten und Produktionsausfälle werden vermieden.
Ein weiterer Vorteil: Die Funktionsbausteine auf Basis von IEC 61499 verfügen über Ein- und Ausgänge für Events. Damit ist eine ereignisbasierte Programmierung möglich, die die Umsetzung von „Right-Time“-Anwendungen erlaubt. Zudem ist die CPU-Last gesenkt, da bestimmte Aufgaben nicht mehr nach einem zyklisch festgelegten Programm ablaufen, sondern nur dann, wenn vorher festgelegte Maschinenzustände sie triggern.
Und noch ein weiterer Pluspunkt in Sachen Ersatzteilmanagement: Dank der Herstellerunabhängigkeit müssen weniger Komponenten in weniger Varianten vorrätig gehalten werden. Und der Aufwand für Bestellwesen und Logistik wie auch die Kapitalbindung durch Lagerbestände sind deutlich minimiert.
Digitale Services und neue Geschäftsmodelle
Auch wenn offene Automatisierung nach IEC 61499 für viele noch Neuland ist: Die Möglichkeiten, die sich damit für und aus einer durchgängigen IIoT-Vernetzung ergeben, sind enorm. Sind Module, cyberphysische Systeme und mechatronische Komponenten komplett offen miteinander vernetzbar, stehen sie der Softwareebene mit maximaler Transparenz zur Verfügung.
Auch Daten, die bisher nicht genutzt werden konnten, lassen sich nun nutzen. Alle Informationen aller mechatronischen Einheiten liegen im EcoStruxure Automation Expert an einem zentralen Ort vor und können barrierefrei verwertet werden. Damit ist eine integrierte Betrachtungsweise von Energieverteilung und Automatisierung noch wirksamer möglich. Mithilfe entsprechender Softwareservices können Prozesse zum Beispiel energieeffizient optimiert werden, und höchste Qualitätsstandards in Sachen Hygiene, Gesundheit und Nachhaltigkeit lassen sich über den gesamten Produktionsprozess unkompliziert einhalten.
Die Bedeutung von Softwarelösungen für die industrielle Automatisierung ist mit IEC 61499 also noch erheblich gewachsen. Auf Basis einer größeren Unabhängigkeit von Steuerungssystemen lassen sich etwa Abo-Modelle denken, über die man laufzeitabhängig die Lizenz für bestimmte branchenspezifische Applikationen erwerben kann. Kunden könnten dann von stets aktuellen und entsprechend cybersicheren Programmen mit elaborierten Analysefunktionen profitieren.
