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TechnikentwicklungTechnikentwicklung: Zwei Welten werden eins

Effektivitätssteigerungen in der Automation.
Welche Innovationslinien treiben die Automatisierungstechnik? Im Zeitalter der Mechatronik betrifft diese Frage alle im Maschinen- und Anlagenbau tätigen Unternehmen.
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Technikentwicklung: Technikentwicklung: Zwei Welten werden eins

Seit Jahren wird unter der Überschrift "Internet der Dinge" die nahtlose Verschmelzung von realen Dingen, Vernetzung, Software und Simulation diskutiert. Die Fertigungsautomatisierung agierte dazu aber bisher sehr zurückhaltend. Seit dem Frühjahr 2012 hat sich das geändert: Das Zukunftsprojekt "Industrie 4.0" bündelt alle Aktivitäten zur Fertigungsautomatisierung und Industrieproduktion. Im März 2012 wurden die "Handlungsempfehlungen zur Umsetzung des Zukunftsprojekts Industrie 4.0" von der Forschungsunion vorgelegt. Auf der Hannover Messe 2012 wurden intensive Diskussionen um dieses Thema geführt. Informationsdurchgängigkeit quer durch die Automatisierungspyramide ist seit Jahren Realität, die Durchgängigkeit der Informationen im Engineering-Prozess ist noch eine Herausforderung: Deshalb spielen sich die derzeit sichtbaren Innovationen vor allem im Softwarebereich ab. Die Unterstützung aller Prozessschritte des Engineerings in einem Engineering-Tool und die nahtlose Integration der Feldgeräte-Technologien ist der Hebel zu schnellerem und sicherem Engineering.

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Siemens zum Beispiel geht den Schritt zur Feldgerätetechnologie und integriert in das TIA-Portal neben den Werkzeugen zur SPS- und HMI-Programmierung nun sukzessive Bausteine zur elektrischen Antriebstechnik (Sinamics). Auch bei Bosch-Rexroth ist das Programmierwerkzeug IndraWorks auf dem Weg zum „Engineering Framework“. Es bietet dem Nutzer die Integration des Engineerings hydraulischer und elektrischer Antriebstechnik über Indramotion MLC. B&R nimmt die funktionale Integration von Regelungstechnik, Motion, Robotik, CNC und Visualisierung in das Automation Studio vor. Beckhoff bietet zum Entwurfswerkzeug TwinCat technologieorientierte Funktionsbibliotheken weit über den in der IEC-Sprachnorm definierten Umfang an.

Prozessintegration im Engineering

Bislang waren Anlagenengineering (etwa Schaltpläne, Schaltschränke) und Automatisierungsdesign (SPS Programme, HMI) datentechnisch und prozesstechnisch zwei getrennte Welten. Die erzeugten Daten, etwa Hardwarekonfigurationen und das dazugehörige I/O Mapping, betreffen jedoch dasselbe Projekt; Änderungen in der einen Welt haben immer Auswirkungen auf die andere. Deshalb ist ein Zusammenwachsen beider Welten für den Projektierer anzustreben. B&R und Eplan haben auf der diesjährigen Hannover Messe die durchgängige Anbindung der Werkzeuge "B&R Automation Studio" und "Eplan Electric P8" gezeigt. Siemens hat die nächste Stufe der Integration von "Comos Version 10" zum Prozessleitsystem Simatic PCS 7 und damit zur TIA-Welt vorgestellt: Eine neue Schnittstelle sorgt für einen konsistenten und bidirektionalen Informationsaustausch zwischen beiden Systemen. Doch dies sind nur erste Schritte. Prof. Dr. Russwurm, Mitglied des Vorstands bei Siemens, hat die weiteren langfristigen Entwicklungslinien bereits zur Hannover Messe 2011 dargelegt: Das Design des zu produzierenden Produkts (in der CAD- und PLM-Welt), das Automatisierungsdesign (in der TIA-Welt) und das Anlagendesign (in der Comos-Welt) werden zu einer industriellen Softwareumgebung mit einheitlicher Datenhaltung zusammenwachsen. Siemens kann dazu alle Softwaremodule aus eigenem Haus anbieten. Somit sind weitere konsequente Schritte in diese Richtung auch auf den nächsten Messen zu erwarten.

Zur diesjährigen HMI wurde in Vorträgen, Ausstellungen und einer hochkarätig besetzten Podiumsdiskussion das Thema „Industrie 4.0“ als die vierte Industrielle Revolution in der industriellen Fertigung angekündigt. Was verbirgt sich dahinter? Vereinfacht dargestellt: Alle Module in einer Anlage oder Maschine werden in Zukunft als Cyber-Physikalische Systeme (CPS) angelegt und haben dadurch neben den physikalischen Eigenschaften (wie Greifen und Bewegen eines Pick and Place) alle notwendigen Kommunikationsmöglichkeiten (per Draht oder Wireless), eine eindeutige Identität (als IP-Adresse), die eigene Konfiguration und sämtliche relevanten Daten (zum Beispiel als digitale Geräte- und Wartungsakte, Schaltpläne und Simulationsmodelle) und eigene Steuerungsprogramme an Bord. Mit anderen Teilnehmern kommunizieren sie über Softwaredienste. Damit sind alle Module autonome Systeme, die sich selbständig in einen Automatisierungsverbund einklinken können. Konfiguration und Inbetriebnahme erfolgt über intuitive Oberflächen auf Tablets oder Smartphones. Die Zeit der klassisch hierarchisch aufgebauten Automatisierungspyramide wäre dadurch gezählt, eine neue offene Referenzarchitektur in der Automatisierungstechnik wird sich dadurch etablieren.

Konsequenzen und Ableitungen

Die Bedeutung der feldnahen Systeme und Technologien gewinnt durch beide Innovationslinien. Hydraulische und pneumatische Achsen, Handhabungssysteme, Fördergeräte und Vakuumgreifer werden nicht wie bisher die physikalischen Interfaces der Automatisierungssysteme in den Maschinen und Anlagen sein, sondern werden zu echten und gleichberechtigten Teilnehmern. Die weitere Integration im Engineering-Prozess wird für Anwender zu enormen Effektivitätssteigerungen im Entwurf von Automatisierungssystemen führen. Allerdings nur, wenn sich die Systeme öffnen und offene Schnittstellen etabliert werden: Was nützt ein integriertes Engineering-Portal, in dem zwar elektrische Antriebe und Regelungsbausteine ausgelegt, programmiert und in Betrieb genommen werden können, aber eine für diese Anwendung notwendige fluidtechnische Achse nicht in den Prozess integriert werden kann? Diese Herausforderung gilt sowohl für die Hersteller der Engineering-Systeme im Sinne offener Schnittstellen als auch für die Hersteller der Feldgeräte, die dazu passende Softwaremodule zur Auslegung, Konfiguration und Programmierung liefern müssen. Nicht zuletzt für die Verbände, von denen die Initiative zu notwendiger Normungsarbeit ausgehen muss.

Noch deutlicher wird das bei der Innovationslinie Industrie 4.0. Das Zukunftsszenario: Mechatronische Module (cyber-physikalische Systeme) werden mechanisch und elektrisch verbunden. Diese autonomen Systeme bauen die Automatisierungs-Konfiguration und den Projektrahmen über Softwareservices automatisch auf, nutzen dazu die PLM-Daten des zu produzierenden Gutes und Daten des Fabrikengineerings, die endgültige Funktion wird über intuitive Konfiguration mit Tablets vor Ort erledigt, die Dokumentation des ganzen Projekts erfolgt automatisch in der Firmencloud. Das muss kein Traum bleiben, wenn sich Hersteller von Automatisierungssystemen und Hersteller intelligenter Feldgeräte zusammentun und Standards schaffen. Albrecht Winter/bw

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