Was dem PC das Betriebssystem, ist in der Fabrikhalle das Manufacturing Execution System (MES). Während beim ersteren Plug-and-play aber längst Standard ist, erfordert die MES-Anbindung einer Maschine oder Anlagenkomponente immer noch erheblichen Zeit- und Kostenaufwand. »PLUGandWORK« soll dies nun ändern. Die Technologie überwindet die Kommunikations-Barrieren proprietärer Steuerungssysteme und etabliert dazu »Sprechende Datenpunkte«: Sie ermöglichen eine weitgehend automatisierte Konfiguration und Vernetzung im industriellen Umfeld.

»Ein neues Gerät wurde im Netzwerk erkannt - Software wird installiert - Sie können das Gerät jetzt verwenden« - Peripheriegeräte vom USB-Stick bis zum Drucker mit PC, Laptop oder Tablet verbinden geht (zumindest meistens) nahezu wie von selbst. An die Vorzüge der Plug-and-play-Technologie haben wir uns alle seit Jahren gewöhnt. Die Zeiten, als wir noch schier endlose Gerätelisten nach den zu Hardware und Betriebssystem passenden Treibern durchsuchen mussten, sind - dem technischen Fortschritt sei Dank - vorbei. Industrie 4.0 und das Internet der Dinge (IoT) sollen ähnlich komfortabel funktionieren - zumindest versprechen uns das die Technologiekonzepte der Forscher und Systementwickler. Die Realität in den Werkshallen ähnelt derzeit allerdings noch einem Zeitsprung weit in die IT-Vergangenheit. Die Einbindung von Maschinen, Fertigungsanlagen und Automatisierungskomponenten ist immer noch ein wissensintensiver und zeitaufwändiger Expertenjob. Denn in der Industrie ist abgeschottete Proprietät weiterhin die Regel. Netzwerke- und damit Industrie 4.0- oder IoT-Fähigkeiten sind die Ausnahme: Einheitliche Schnittstellen, über die sich Anlagenkomponenten - ähnlich wie der Drucker am PC - weitgehend automatisch in ein Manufacturing Execution System (MES) integrieren, gibt es in der Regel nicht. Vielmehr verwenden die Systeme in der Industrie herstellerspezifische Steuerungslösungen auf der Grundlage unterschiedlichster Kommunikationsprotokolle. In einer solchen Fertigungswelt sind also noch nicht einmal die »Maschinentreiber« verfügbar, um die Anlagen wenigstens händisch mit überschaubarem Aufwand in ein Fabriknetzwerk einbinden zu können.

Maschinendaten verstehbar machen

Dass es durchaus Wege gibt, diese für alle Beteiligten unbefriedigende Situation in den Fabrikhallen nachhaltig zu ändern, belegt die von Forschern des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie entwickelte »PLUGandWORK«-Technologie. Ihr Konzept ermöglicht nicht nur, neue Maschinen, Anlagenkomponenten und eingebettete Systeme netzwerkfähig zu gestalten, sondern schafft auch die Voraussetzung, um die Konfigurationsarbeiten beim Anlagenbestand weitgehend zu reduzieren. Die Basis dafür ist eine Modellierung der Maschinen und Komponenten in dem internationalen, offenen Standard AutomationML™. »Doch auch zur Erstellung eines solchen Modells ist es erst einmal erforderlich, die Anlagen- und Steuerungsinformationen in entsprechender Form überhaupt zur Verfügung zu haben«, so Dr. Olaf Sauer vom Fraunhofer IOSB.

Die Software-Module von »PLUGandWORK« übersetzen herstellerspezifische Steuerungscodes und unterschiedliche Kommunikationsprotokolle in ein standardisiertes Beschreibungsformat. Bild: Fraunhofer IOSB

»PLUGandWORK« umfasst daher eine ganze Reihe von Assistenzsystemen. Dazu zählen etwa Software-Module, die die Daten einer Maschine oder einer Komponente auslesen und automatisiert in ein standardisiertes Modell überführen. »Der entscheidende Schritt dabei ist das Verstehen und Zuordnen der verschiedenen Datenpunkte - zum Beispiel ob eine Zahlenreihe die aktuell bearbeitete Stückzahl wiedergibt oder aber die in Grad Celsius gemessene Temperatur an einem Sensor«, sagt Sauer. Ein Kernelement von »PLUGandWORK« bildet daher eine »Treiber-Datenbank«, in der nach und nach alle relevanten Informationen zu Maschinentyp und den Steuerungsdetails hinterlegt werden. Auch hier ist es bei den meisten Bestandsanlagen notwendig, dass die Einträge einmal händisch eingegeben werden. Dies kann sowohl als User-generated-Content durch einen IT-Experten im Zuge einer Konfiguration erfolgen oder auch vom Maschinenhersteller selbst. Einmal in der Datenbank erfasst, ist ab dann für die jeweilige Anlage oder Komponente jedoch eine weitgehend automatisierte Systemanbindung möglich - ähnlich komfortabel wie bei der Zusammenarbeit zwischen Drucker und PC.

Neue Maschinen und eingebettete Systeme, die nach dem »PLUGandWORK« Prinzip entwickelt und gefertigt werden, haben ihre Selbstbeschreibung in universellem Format bereits mit an Bord. Bild: Fraunhofer IOSB

»Sprechende Datenpunkte« als Standard

»PLUGandWORK« etabliert gleichzeitig eine universelle Technologie für Interoperabilität über System- und Herstellergrenzen hinweg. »Sprechende Datenpunkte«, die außer den Daten eine maschinenlesbare, umfassende Selbstbeschreibung mitliefern, sollen so künftig zu einer Selbstverständlichkeit werden. Entwickler und Hersteller von Maschinen, Anlagenkomponenten sowie eingebetteten Systemen unterschiedlichster Art unterstützen die Forscher des Fraunhofer IOSB dabei, das »PLUGandWORK«-Prinzip in ihre Gerätelösungen fest zu integrieren. Betreibern von Produktionsanlagen und Systemintegratoren bieten die Forscher ergänzende Lösungsbausteine etwa für Kommunikationsserver auf Basis des Industrie 4.0-Kommunikationsstandard OPC UA oder die Nachrüstbox für bestehende Maschinen und Anlagen »PLUGandWORK Cube«. (stw)

Das Fraunhofer IOSB stellt das Projekt auch auf der Hannover Messe 2018 in Halle 7 am Stand D26 vor!

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