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HMS Industrial Networks GmbH
Emmy-Noether-Str. 17, 76131 Karlsruhe, Deutschland
[email protected], +49 721 989777-000
www.anybus.de | www.ixxat.de | www.netbiter.de
Special
Industrial IoT
Smart Grid
Smart Connected
Car
TV
Smart Cities
Smart
Building
Industrie
4.0
Big Data
Heterogene Netze
Feldbus/Industrial Ethernet/TCP/IP
PC Inverter Roboter HMI
Wearables
Infotainment
-Systeme
Smart
Home
SPS
Homogene Netze
TCP/IP-basierte
IP-Kommunikation
Die letzte Meile
Bild: HMS Industrial Networks
Smart
Factories
Commercial IoT
Cloud
IO
Smart- Laptop
phone
TV
Das Industrial IoT und das Commercial IoT mit ihren unterschiedlichen Kommunikationsstandards
Kommunikationstechnik als
Fundament für das Industrial IoT
Während weltweit der Begriff „Internet of Things (IoT)“ und hierzulande
der Begriff „Industrie 4.0“ immer populärer werden, bringt HMS nun
zusätzlich das „Industrial Internet of Things“ an den Start. Was dahinter
steckt und welche Rolle die Kommunikationstechnik dabei spielt,
erläutert Michael Volz, Geschäftsführer der HMS Industrial Networks
GmbH, am Beispiel seiner 4. Anybus-Generation.
„Eines steht fest: Im Zusammenhang mit dem IoT geht
nichts ohne Kommunikation“, sagt M. Volz. Dabei clustert er den übergreifenden Begriff IoT in zwei Bereiche:
das Industrial IoT (IIoT) und das Commercial IoT (CIoT).
In letztgenanntem fasst er Themen, wie Smart TV, Smart
Home, Connected Car, Wearables usw., zusammen. Zum
IIoT gehören aus seiner Sicht Smart Grid, Smart Cities,
Smart Factories sowie Industrie 4.0. „Der große Gegensatz in netzwerktechnischer Hinsicht ist, dass im CIoT
homogene Netze vorhanden sind: Hier herrscht die TCP/
IP-basierte Kommunikation vor“, so der Experte. Im Unterschied dazu finden sich im IIot eine Vielzahl unterschiedlicher Kommunikationsstandards wieder, angefangen bei
verschiedenen Feldbussystemen über unterschiedliche
Industrial-Ethernet-Standards bis hin zur TCP/IP-Kommunikation. „Die Anzahl der Bussysteme hat in den
vergangenen Jahren rasant zugenommen – und es kommen immer noch neue hinzu“, so M. Volz. „Das bedeutet
für das IIoT, dass die hier eingesetzten Geräte weder
heute noch morgen eine einheitliche Sprache sprechen
2
werden. Damit erhält die Kommunikationsschnittstelle
eine Schlüsselfunk­t ion.“
Als anschauliches Beispiel führt er die sogenannte
letzte Meile an, unter der in der Automatisierungstechnik die Strecke zwischen den Steuerungen, zum Beispiel
SPS oder Industrie-PC, und ihren untergeordneten Feldgeräten verstanden wird. „In den Anfangszeiten der
Bussysteme sind hier fast ausschließlich Prozessdaten
über Feldbusse ausgetauscht worden – bei überschau­
barer Datenmenge“, erinnert er. Heute böten IndustrialEthernet-Protokolle, wie Profinet, Ethernet/IP, Ethercat
und Powerlink, neue Möglichkeiten, wie die simultane
Übertragung von sowohl Echtzeit-Prozessdaten als auch
IT-Daten sowie sicheren E/A-Signalen über ein und dieselbe Leitung. Zudem würden integrierte 2-Port-Switche
die Installation vereinfachen und die Verfügbarkeit der
Anlagen dank integrierter Redundanzmechanismen erhöhen. M. Volz: „Auch wenn die für den Anwender nutzbaren Funktionen der einzelnen Bussysteme sehr ähnlich sind, haben die Busprotokolle im Detail wenig
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Bild: HMS Industrial Networks
Special
ie Anybus-Compactcom-40er-Serie in den Formfaktoren Chip, Brick und Embedded-Modul; diese 4. Generation
D
der Anybus-Lösungen ist „IIoT-ready“
gemeinsam. Und da es den einen Standard auch in Zukunft nicht geben wird, setzen Gerätehersteller zunehmend Multiprotokollschnittstellen, wie unsere AnybusSchnittstellen, ein. Auf diese Weise können sie ihre
Geräte mit der ganzen Vielfalt der industriellen Netzwerke verbinden.“
Schnelle, flexible Lösungen gefragt
In Zukunft werden die Datenvolumina und -geschwindigkeiten noch weiter steigen und das Thema Security
stärker an Bedeutung gewinnen. „Die Herausforderung
für Gerätehersteller liegt insbesondere darin, alle Kommunikationsfunktionen über eine einzige leistungsfähige Kommunikationsschnittstelle abzuwickeln. Geräte,
die diese Forderungen erfüllen, sind gut gerüstet für die
Zukunft mit Industrie 4.0 und dem IIoT“, ist M. Volz
überzeugt.
Die Experten für industrielle Kommunikation haben
den Trend frühzeitig erkannt und stellen mit der vierten
Generation ihrer Anybus-Kommunikationstechnologie
nun eine schnelle und zugleich flexible Lösung zur Einbindung von Automatisierungsgeräten in moderne, industrielle Kommunikationsnetze vor. „Unsere AnybusKommunikationsschnittstellen der 4. Generation, die
sogenannte 40er-Serie, unterstützen über eine einzige
Kommunikationsschnittstelle schnelle Realtime-Ethernet-Protokolle, wie Profinet IRT, Ethernet/IP, Ethercat
oder Powerlink, und führen darüber hinaus – quasi
simultan – auch IT-Funktionen, wie Zugriffe auf ge­
räteinterne Webseiten, durch oder übertragen Diagnoseund Qualitätssicherungsdaten über TCP/IP-basierte ITProtokolle“, erklärt M. Volz. An einem CIoT-Beispiel
verdeutlicht er: „Ähnlich wie HD-ready-Fernseher werden Automatisierungsgeräte mit Anybus-Kommunika­
tionstechnik der 4. Generation sozusagen ,IIoT-ready‘.“
Die Gen4 im Detail
Die Anybus-Compactcom-40er-Serie unterstützt alle gängigen industriellen Netzwerke, eignet sich aber insbesondere für Industrial Ethernet im High-End-Bereich,
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also für TCP/IP-basierte Applikationen mit großen Daten­
mengen sowie für Feldbusanwendungen mit schnellen
Netzwerkzyklen. Sie basieren auf dem von HMS [1] entwickelten Anybus-NP40-Multiprotokoll-Chip und sind
als Embedded-Modul-, Brick- oder Chip-Lösung verfügbar. „Da die 40er-Serie praktisch ,Null Verzögerung‘
zwischen Applikation und Netzwerk hat, ist sie hervorragend für hoch performante, taktsynchrone Applika­
tionen wie Servoantriebe geeignet“, so der Experte.
Weiter führt er an: „Egal, für welche Bauform man sich
entscheidet, die Softwareschnittstelle zwischen dem
Anybus-Kommunikations-Interface und dem Applika­
tionsprogramm des Automatisierungsgeräts ist immer
gleich und weitgehend unabhängig vom jeweils eingesetzten Busprotokoll.“ Bei der vierten Generation der
Anybus-Technologie wurde die standardisierte AnybusSoftwareschnittstelle nochmals hinsichtlich Datendurchsatz, Netzwerkunabhängigkeit und Einfachheit der Integration in die Gerätesoftware optimiert. „Durch zwei
klar getrennte und voneinander unabhängige Kanäle
wird dem Thema Security bereits auf unterster Ebene
Rechnung getragen. Für die taktsynchrone Übertragung
der E/A-Daten wird der dreifach gepufferte Prozess­
datenkanal verwendet. IT-Funktionen und Parameter
werden über einen Messaging-Kanal mit bis zu
1 524 Byte großen Datenbereichen übertragen“, erläutert
M. Volz.
Drei Formfaktoren
für unterschiedliche Kundenanforderungen
Mit den drei Formfaktoren, als Embedded-Modul, Brick
oder Chip, deckt HMS die unterschiedlichen Kundenanforderungen optimal ab. „Mit dem einbaufertigen, in
sich gekapselten Kommunikationsmodul kommen Gerätehersteller am schnellsten zum Ziel“, informiert der
Geschäftsführer. Bei diesem ist die komplette Hard- und
Software der Kommunikationsschnittstelle einschließlich der Steckverbinder auf einem kompakten Elektronikmodul integriert. Dies wird dann in einen entsprechend vorbereiteten Steckplatz im Automatisierungsgerät
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Special
Foto: Redaktionsbüro Stutensee
Trendstudie: Industrie 4.0 –
Einschätzung und Erwartungen
des Maschinenbaus und der
produzierenden Industrie
ichael Volz ist
M
Geschäftsführer
der HMS Industrial
Networks GmbH
in Karlsruhe
eingesteckt. „Mehr Freiheitsgrade bei der Auswahl der
Steckverbinder und der Positionierung des Moduls im
Automatisierungsgerät haben Entwickler, die das BrickModul verwenden“, sagt M. Volz und fügt für die dritte
Variante an: „Hersteller, die ihre Geräte in sehr hohen
Stückzahlen fertigen und daher oft auf Modularität verzichten, können schließlich auch den Anybus-NP40-Chip
nebst Softwarestacks lizenzieren. Auf diese Weise integrieren sie die Anybus-Kerntechnologie nahtlos in ihre
Geräteelektronik.“ Abschließend weist er noch darauf
hin, dass es HMS Solution Center gibt, die individuelle
Ausführungen nach Kundenanforderung realisieren.
Alle reden von Industrie 4.0. Aber keiner weiß wirklich,
was die betroffenen Unternehmen und Experten darüber denken. Dies sollen zwei Trendstudien ändern, die
von Think Company und der Dr. Linus Schleupner GmbH
in Zusammenarbeit mit dem VDE VERLAG realisiert wurden.
Im Rahmen des ersten Teils des Projekts wurden insgesamt 80 Hersteller von Automatisierungstechnik zu
ihrer Einschätzung der zukünftigen Entwicklung des
Themas sowie ihrer eigenen, weiteren Planungen befragt. Für den zweiten Teil gaben insgesamt 42 Hersteller aus dem Bereich Maschinenbau und produzierendes
Gewerbe ihre Meinung ab.
Alle Ergebnisse der Befragung von 42 Herstellern aus
dem Bereich Maschinenbau und produzierendes Gewerbe sind in einem 30-seitigen Bericht zusammengefasst, den Interessierte für 290 € + MwSt. beim VDE
VERLAG (Kerstin Grzechnik, [email protected],
Tel. 0 69/84 00 06-13 80) in Papierform oder als PDF erwerben können. Ebenfalls steht der Bericht der Befragung von 80 Automatisierungstechnikherstellern für
290 € + MwSt. zur Verfügung. Beide Berichte werden
zusammen für 390 € + MwSt. angeboten.
Literatur
[1] HMS Industrial Networks GmbH, Karlsruhe:
www.anybus.de
4
App
industrie
Special
zum Download
Ein wesent­licher BeE-Paper
standteil
unseres Specials Indus­trie 4.0 ist
die App Industrie 4.0
(für iOS und Android).
Sie stellt alle Beiträge
dieses Specials – auch
in Form eines E-Papers – zur Verfügung. Darüber hinaus
dient sie auch nachträglich als Quelle für aktuelle Informationen rund um das Thema Industrie 4.0. Ferner finden Sie darin Ankündigungen von themenrelevanten
Veranstaltungen über die Hannover Messe hinaus sowie viele weitere interessante Details.
Die kostenlose App Industrie 4.0 wird ab dem 13. April
pünktlich zur Hannover Messe verfügbar sein. Für den
kostenfreien Download folgen Sie bitte den Links auf
www.etz.de oder www.openautomation.de.
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industrie
„In der Welt der Industrie-Kommunikation wird es immer Neuerungen geben – aber auch langlebige, optimal
auf eine spezielle Lösung ausgerichtete Bussysteme. Für
eine zukunftssichere Investition ist daher vor allem eine
breite Vielfalt an Kommunikationstechnik wichtig, um
Zukunft und Vergangenheit zu verknüpfen“, betont
M. Volz. Er weist aber auch darauf hin, dass der Schritt
zu Industrie 4.0 noch mehr fordere: „Teamwork ist gefragt: Kommunikation über die Grenzen der Bussysteme
hinweg und schnelle Einbindung in Systeme, die die eigentliche Produktion und Planungsebene optimal koordinieren.“ In diesem Zusammenhang sieht er den Weg
der skalierbaren Leistungsauswahl mit einer flexiblen
Kommunikationsschnittstelle, wie sie die Anybus-Compactcom-40er-Serie bietet, als optimal an. Als konkreten Nutzen fügt M. Volz an: „Gerätehersteller sind mit
unseren Anybus-Modulen für die weitaus höheren
A nforderungen der Zukunft gerüstet und sparen im
­
Vergleich zu Eigenentwicklungen bis zu 70 % der Entwicklungskosten. Außerdem sinkt die Time-to-Market
beträchtlich“.(ih)
industrie
Fazit
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Special
Hannover Messe 2015:
Integrated Industry – Join the network!
Vom 13. bis 17. April findet die Hannover Messe 2015 statt. In diesem
Jahr vereint sie zehn Leitmessen unter einem Dach und folgt dem
Leitthema „Integrated Industry – Join the network!“. Über Details und
Hintergründe berichtet Dr. Jochen Köckler, Vorstand der Deutschen
Messe AG, im Interview.
Herr Dr. Köckler, Sie führen nun im dritten Jahr als
Leitthema der Hannover Messe „Integrated Industry“ mit.
Im letzten Jahr erhielt es den Zusatz „Next Steps“, in
diesem „Join the network!“. Bitte erläutern Sie kurz, was
Sie zur Wahl des diesjährigen Leitthemas bewogen hat
und welcher Intention es folgt.
Dr. J. Köckler: Integrated Industry ist das zentrale Industriethema unserer Zeit. Wir stehen am Beginn der
vierten industriellen Revolution. Dass wir in Hannover
bereits zum dritten Mal unser Leitthema in diesen Zusammenhang stellen, zeigt, dass die Hannover Messe die
Entwicklungen schon früh begleitet hat und seitdem
konsequent vorantreibt. Konkret steht „Integrated Industry – Join the network“ dafür, dass die wesentlichen
Herausforderungen von Industrie 4.0 nur im Netzwerk
zu bewältigen sind: Maschinenbau, Elektrotechnik und
IT müssen kommunizieren und kooperieren. Gleichzeitig steckt in unserem Leitthema aber auch der Aufruf
an sämtliche Unternehmen der industriellen Branchen,
Teil der Bewegung zu werden und sich zu fragen, inwieweit sie selbst fit für Industrie 4.0 sind. Aktuelle Umfragen zeigen, dass sich erst ein Viertel der Unternehmen
mit den durch Industrie 4.0 anstehenden Veränderungen beschäftigt. Das ist zu wenig. Und das will die Hannover Messe ändern!
Mit „Next Steps“ wurden im letzten Jahr die nächsten
Schritte in Richtung intelligenter, sich selbst organi­
sierender Fabrik beschritten. Das ließ den potenziellen
Hannover-Messe-Besucher technologische Innovationen
im Zusammenhang mit Industrie 4.0 erwarten. Was er­
wartet ihn konkret im Zusammenhang mit dem diesjäh­
rigen Schwerpunkt?
Dr. J. Köckler: Das Spektrum handfester Beispiele aus
der Anwendung ist mittlerweile sehr groß. Stichwort
Smart Factory: Die Hannover Messe zeigt, was heute in
der Produktion dank Wireless-Sensoren, Machine-toMachine-Kommunikation, Big Data oder Cloud-Lösungen technologisch möglich ist. Oder nehmen Sie Roboter­
systeme, die aufgrund ihrer flexiblen Einsetzbarkeit in
der Produktion zukünftig noch stärker eingesetzt werden. Auf der Hannover Messe sind Roboter zu sehen, die
mit neuester Sensorik ausgestattet sind, sich möglichst
einfach programmieren und intuitiv per Touchpad steuern
lassen. Ebenfalls ein wichtiges Thema im Zusammen-
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r. Jochen Köckler, Vorstand der Deutschen Messe AG: „Die
D
wesentlichen Herausforderungen von Industrie 4.0 sind nur im
Netzwerk zu bewältigen: Maschinenbau, Elektrotechnik und IT
müssen kommunizieren und kooperieren.“
hang mit Industrie 4.0 sind Smart-Grid-Technologien
und das intelligente Zusammenspiel von konventio­
neller und regenerativer Energie. In Hannover werden
Produkte und Lösungen gezeigt, die den Wandel des
Energiesystems hin zu einer zuverlässigen und wettbewerbsfähigen Versorgung ermöglichen. Auch Additive
Manufacturing, der sogenannte 3D-Druck, wird eines
der Hauptthemen der kommenden Hannover Messe sein.
Er ist ein wichtiger Teil von Industrie 4.0, weil er viele
Ansatzpunkte für neue Geschäftsmodelle und Kooperationen eröffnet.
(Wie) wird das Megathema Industrie 4.0, bei dem Net­
working, die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle und
die Veränderung im Denk- und Handlungsprozess von
Mitarbeitern zunehmend Bedeutung erlangen, auch den
Charakter der Hannover Messe als weltweit größte In­
dustriemesse verändern?
Dr. J. Köckler: Die Hannover Messe ist als weltweit
wichtigste Industriemesse ein Spiegelbild ihrer Märkte
und verändert sich mit ihnen, indem sie sich neuen Be-
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5
Special
dürfnissen und Herausforderungen flexibel anpasst. Insofern ist es sogar notwendig, dass ein Megathema wie
Industrie 4.0 diese Weltleitmesse prägt. Darüber hinaus
ist eine Messe dieser Größenordnung aber auch ein bedeutender Impulsgeber für zentrale Themen und Diskussionen, die über die einzelnen Branchen hinausreichen.
In diesem Zusammenhang passt das Thema Integrated
Industry mit seinem Networking-Gedanken besonders
gut zur Hannover Messe, deren wichtigstes Ziel ja ist,
Gemeinsamkeiten und Synergien aufzuzeigen, um im
Ergebnis Angebot und Nachfrage oder auch Interessierte
und Partner zusammenzubringen.
Wenn wir gerade beim Blick in die Glaskugel sind: In­
wieweit erwarten Sie, dass der Hannover Messe aus den
Themen Industrie 4.0 oder Internet of Things zukünftig
neue Leitmessen erwachsen werden?
Dr. J. Köckler: Das Besondere an dem Leitthema ist ja,
dass es eine Relevanz für sämtliche auf der Hannover
Messe vertretenen Branchen hat. Mit Industrieautomation und IT, mit Energie und Umwelttechnologien, mit
industrieller Zulieferung und Produktionstechno­logien,
mit Antriebs- und Fluidtechnik sowie mit Forschung
und Entwicklung haben wir fünf Ausstellungsschwerpunkte, in denen die vernetzte Produktion eine wesentliche Rolle spielt. Die Herausforderungen sind überall
ähnlich:. Es geht darum, die Vernetzung organisatorisch in den Unternehmen umzusetzen, Arbeits­abläufe
zu verändern, Mitarbeiter müssen qualifiziert werden,
es braucht eine Einigung auf Standards und gemeinsame Antworten auf Fragen der Verarbeitung großer
Datenmengen oder auch in Bezug auf die Datensicherheit. Beim Blick auf die Digitalisierung der Industrie
und der Produktionstechnik ist die Hannover Messe das
Industrie-4.0-Kompetenzzentrum. Insofern wird es uns
in Zukunft weniger darum gehen, neuen Messen aus
dem Thema zu entwickeln, sondern Industrie 4.0 weiterhin konsequent zu besetzen und mit der Industrie, den
Verbänden und der Politik voranzutreiben.
Im letzten Jahr hatten Sie Besuchern erstmals geführte
Industrie-4.0-Touren angeboten. Dabei wurde ihnen auf
verschiedenen Messeständen an Demonstratoren aufge­
zeigt, wie sich Produkte selbstständig durch Anlagen steu­
ern, um anschließend individuell bearbeitet zu werden.
Was erwartet den Besucher in diesem Jahr auf den Touren
mit Blick auf „Join the Network!“?
Dr. J. Köckler: Im Gegensatz zum Vorjahr sind wir einen bedeutenden Schritt weiter. Erstmals werden Produkte im Rahmen von Industrie 4.0 gezeigt, die ein
Kunde auch kaufen und direkt in seine Maschinen und
Anlagen einbauen kann. Als Beispiel hierfür sei „SmartFactoryKL“ genannt, die zweifellos ein Highlight der Industrie-4.0-Touren in diesem Jahr sein wird. Die
„SmartFactoryKL“-Partner werden eine auf mittlerweile
acht Module erweiterte Demonstrationsanlage zeigen,
mit der kundenspezifische Bauteile auf Zuruf hergestellt
und im laufenden Betrieb per plug-and-play umkonfiguriert werden. Das Projekt dient den 17 Partnern als
6
Erprobungsplattform. Und das mit Erfolg: Mehrere der
Unternehmen beweisen, dass der Schritt von der Vision
zur praktischen Nutzung gemacht ist, indem sie erstmals Produkte zum Kauf anbieten. Das Potenzial ist
enorm. Laut einer Studie von Pricewaterhouse Coopers
wollen deutsche Unternehmen bis 2020 rund 40 Mrd. €
in Industrie 4.0 investieren. Im Maschinen- und Anlage­
bau liegt der Digitalisierungsgrad heute bei 19 %. In
fünf Jahren soll er bei 85 % liegen. Das sind große
Chancen für die Unternehmen auf der Hannover Messe.
(ih)
Guided Technology Tours –
Tour 2: Industrie 4.0
Die „vierte industrielle Revolution“ – die Vision der intelligenten, sich selbst organisierenden Fabrik ist nicht bloß
Zukunftsvision. Produkte, die sozusagen selbst wissen,
wie sie gebaut werden müssen, sind das Kennzeichen
der „smarten Fabrik“. Ein Produkt erzählt seine Historie
vom CAD-Layout bis zur Firmware, Fertigungsanlagen
sind hoch automatisiert, verwalten sich selbst und kommunizieren weltweit miteinander. IT, Elektronik und Automatisierung wachsen zusammen. Teilnehmer der
Indus­t rie-4.0-Tour erhalten einen Blick hinter die Ku­
lissen und erfahren mehr über smarte Objekte und
Komponenten, intelligente Maschinen, die Fabrik der
Zukunft, eine sichere IT-Infrastruktur sowie ein ausgeklügeltes Daten- und Energiemanagement.
Die Tour findet zweimal täglich, um 10.00 Uhr und um
14.00 Uhr, statt. Vier Versionen werden angeboten:
Tour A
• ABB
• Colfax
• Festo
• Harting
• Psipenta
• Rittal
• SAP
Tour B
•B&R
• Bosch Rexroth
• Centrum Industrial IT
• Endress+Hauser
• Fraunhofer IPT (OWL)
• Schaeffler
• Weidmüller
Tour C
• Arburg
• Beckhoff
• KHS GmbH
• Pepperl & Fuchs
• Phoenix Contact – Gemeinschaftsstand
• Pilz
• Sick
Tour D
• Accenture
• Bosch Software
• IFM Electronic
• Microsoft
• Phoenix Contact –
Hauptstand
• Siemens
• T-Systems
Die Touren können im Vorfeld der Hannover Messe über
www.hannovermesse.de gebucht werden.
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Special
Mit RAMI 4.0 und Industrie-4.0-Kom­
ponente wichtige Zwischenziele erreicht
Die deutsche Elektotechnik- und Elektronikindustrie nimmt eine
Schlüsselposition im Zusammenhang mit Industrie 4.0 ein. Über die
Schwerpunkte des ZVEI-Führungskreises Industrie 4.0, Details zur
Industrie-4.0-Komponente und zum Modell einer Referenzarchitektur
sowie zu Use Cases informiert Gunther Koschnick, Geschäftsführer
ZVEI-Fachverband Automation.
Herr Koschnick, das Thema Industrie 4.0 beschäftigt nun
seit gut drei Jahren intensiv die Branchen. Die großen
Verbände, wie ZVEI, VDMA und Bitkom, haben in diesem Zusammenhang Handlungsfelder für sich definiert
und Arbeitskreise gebildet. Bitte erläutern Sie zunächst die
Schwerpunkte, die Sie im „Führungskreis Industrie 4.0“
innerhalb des ZVEI angehen.
G. Koschnick: Bevor ich zu den Schwerpunkten unserer
Arbeit an Industrie 4.0 komme, lassen Sie mich eins
vorweg sagen: Das vergangene Jahr war für die Elektroindustrie und den ZVEI [1] im Bereich Industrie 4.0
e rfolgreich. Die im ZVEI, dem Zentralverband der
­
­E lektrotechnik- und Elektronikindustrie, organisierten
Mitgliedsunternehmen sehen Industrie 4.0 als große
Chance. Eine Umfrage belegt, dass mehr als dreiviertel
der Befragten erste Ansätze und Projekte zu Indus­
trie 4.0 im eigenen Unternehmen realisieren oder sich
als Anbieter von Komponenten für Industrie 4.0 auf
dem Markt positionieren. Über fertige Lösungen verfügen nach eigenen Angaben aber erst gut 7 %. Vor allem
einige große Unternehmen der Branche haben bereits
aus eigener Kraft Industrie-4.0-Lösungen etabliert. Anstelle von Komplettlösungen handelt es sich aber eher
noch um Insellösungen.
Das Ergebnis der Umfrage ist nicht verwunderlich.
Die Elektroindustrie ist der Impulsgeber für jede dritte
Innovation im Verarbeitenden Gewerbe. Sie schöpft ein
Drittel ihrer Erlöse aus Produktneuheiten. Im Jahr 2013
lagen ihre Aufwendungen für Forschung und Entwicklung mit 14,4 Mrd. € auf Rekordniveau. Damit investierte sie mehr in Forschung und Entwicklung als die
deutsche Chemieindustrie, die mit 10 Mrd. € an zweiter
Stelle folgt. Das sind gute Voraussetzungen, um die Digitalisierung kompletter industrieller Wertschöpfungsketten, also Industrie 4.0, voranzutreiben.
Deshalb hat im Juni 2014 der ZVEI-Führungskreis als
gemeinsames Sprachrohr der Unternehmen der Elektroindustrie zu Industrie 4.0 seine Arbeit aufgenommen.
Seine Aufgabe ist es, die Nahtstelle zur Informationsund Kommunikationstechnologie (IKT) aus Sicht des
Shop Floors zu definieren und die dabei entstehenden
Modelle anhand von Use Cases, konkreter Fallstudien
zur praktischen Anwendbarkeit von Industrie-4.0-Tech-
www.openautomation.de
Gunther Koschnick ist Geschäftsführer des
ZVEI-Fachverbands Automation
nologien, zu erproben. Anhand dieser Fallbeispiele lässt
sich der direkte Nutzen der neuen Technologien auf­
zeigen.
Ziel ist, die notwendigen Standards für Industrie-4.0Anwendungen aus Sicht der Elektroindustrie mitzugestalten und voranzutreiben. Gleichzeitig stellen wir den
weiteren Forschungsbedarf fest.
Unsere Stärke: Im Verband sind vom Sensor-/AktorHersteller über Steuerungstechnikanbieter bis hin zu
Leitsystem- und Industrie-Software-Anbietern alle Unternehmen organisiert, die auf die Ausgestaltung von
Indus­trie-4.0-Anwendungen Einfluss nehmen. So lässt
sich die gesamte Bandbreite des Shop Floors abbilden.
Bitte geben Sie einen kurzen Überblick über die bisherigen
Meilensteine.
G. Koschnick: Vor der Hannover Messe können wir über
wichtige Fortschritte berichten. Entgegen dem Vorwurf,
die Standardisierung ginge beim Thema Industrie 4.0
nicht schnell genug voran, beweist der ZVEI zusammen
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7
Special
mit seinen Partnern das Gegenteil. Über Verbandsgrenzen hinweg, in enger Zusammenarbeit mit Bitkom,
VDMA und den Experten der Automatisierungsbranche
(VDI/VDE-GMA, DKE und ZVEI), haben wir ein wich­
tiges Zwischenziel erreicht: Es wurde ein Modell einer
Referenzarchitektur für Industrie 4.0, das sogenannte
RAMI 4.0, ausgearbeitet, an dem Anwendungen und
Standards überprüft und der Standardisierungsbedarf
festgestellt werden kann. Die Definition der „Industrie4.0-Komponente“ beschreibt das reale Produkt mit ihrer
IT-Verwaltungsschale, in der alle relevanten Daten verwaltet werden und die die Schnittstelle in das „Internet
of Things und Services“ (IoT) bildet. Beides zusammen
dient den Unternehmen als Basis zur Entwicklung zukünftiger Produkte und Geschäftsmodelle.
Der Fortschritt macht die Arbeit an den ZVEI-UseCases, die der Verband gemeinsam mit Vertretern der
Anwenderindustrien vorantreibt, umso wichtiger. In
den Use Cases werden die oben genannten Modelle auf
Praxistauglichkeit getestet. Gleichzeitig wird der ZVEI
den Nutzen der Industrie-4.0-Lösungen an konkreten
Anwendungsfällen aus dem Produktionsumfeld von
Endanwendern zeigen. Es freut uns sehr, dass wir das
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung für die Umsetzung der ZVEI-Use-Cases gewinnen konnten. Die Details dazu werden wir Interessenten in unseren ZVEI-Vorträgen im Forum Industrie 4.0
und im Forum Industrial Automation auf der kommenden Hannover Messe präsentieren.
Neben diesen „Einzelaktivitäten“ innerhalb Ihres Verbands gibt es innerhalb der Plattform Industrie 4.0, die
von den drei zuvor genannten Verbänden gegründet
wurde, ebenfalls Arbeitsgruppen. Dem Unbeteiligten mag
die Abgrenzung nicht ganz klar sein. Können Sie hier
etwas Licht ins Dunkel bringen?!
13.–17. 04. 2015
Rittal: Halle 11, Stand E06
Eplan: Halle 7, Stand D18
8
Das Modell der Referenzarchitektur für Industrie 4.0 (RAMI 4.0)
G. Koschnick: „Abgrenzung“ ist hier das falsche Wort.
Die Plattform Industrie 4.0 und der ZVEI-Führungskreis
grenzen sich mit ihrem Auf bau nicht voneinander ab.
Denn Industrie 4.0 kann nur industrie- und verbändeübergreifend zum Erfolg geführt werden. Zwischen den
Gremien des ZVEI-Führungskreises und der Plattform
Industrie 4.0 findet ein reger Austausch statt.
Organisiert wird dieser Austausch seitens des ZVEI in
den vier Gremien des Führungskreises, die den Aufbau
der Verbändeplattform spiegeln. Hier haben wir auch
eine Personalunion hergestellt: Die Mitglieder der Spiegelgremien sind auch in den jeweiligen Arbeitskreisen
der Plattform aktiv. So können wir den konstanten Informationsfluss zwischen beiden Instanzen gewährleisten. Das ist der Beitrag der Elektroindustrie zur Arbeitseffizienzsteigerung in der Plattform.
Die vier Gremien sind dabei aber nicht nur Spiegel,
sondern wachsen zu dem einheitlichen Sprachrohr der
Elektroindustrie in der Verbändeplattform Industrie 4.0
Unsere
Kompetenz.
Ihr Nutzen.
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Special
efinition der
D
Industrie-4.0-Komponente
heran: Der Führungskreis Industrie 4.0 sorgt für Austausch zwischen Elektroindustrie, IT-Branche und Anwendern. Dazu schafft er den Raum, den die Elektro­
industrie braucht, um industrieinterne Lösungsansätze
erarbeiten zu können
Das Spiegelgremium Strategie und Framework (SG1)
steuert dabei die Arbeit der anderen Gremien im Führungskreis. Den Vorsitz im Führungskreis hat Prof. Dr.
Dieter Wegener von der Siemens AG übernommen.
Welche konkreten Aufgaben hat der ZVEI im Zusammenhang mit der Plattform Industrie 4.0?
G. Koschnick: Dafür habe ich ein sehr aktuelles Beispiel: Wir haben in den letzten Wochen den Input für
das Modell der Referenzarchitektur, das sogenannte
RAMI 4.0, und die Industrie-4.0-Komponente aus Sicht
der ZVEI-Automatisierungsunternehmen in der SG2,
zuständig für Referenzarchitektur, Standards und Normung im ZVEI-Führungskreis, erarbeitet und in die Arbeitsgremien der Plattform weitergegeben.
(ih)
Literatur
[1] ZVEI - Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronik­
industrie e. V., Frankfurt/M.: www.zvei.org
Entdecken Sie Ihren Nutzen:
Auf der Hannover Messe 2015.
World’s First.
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9
Special
Kabel für die Fabrik der Zukunft
Die vierte industrielle Revolution hält Einzug in die Betriebe.
Maschinen, Werkzeuge und Bauteile werden intelligenter
und tauschen große Mengen an Informationen aus. Damit
kommen auf die Verkabelung neue Herausforderungen zu:
Datenleitungen müssen robuster werden, Stecker kompakter
und leicht zu handhaben. Und: Ethernet wird auch bei Sensoren
und Aktoren Standard.
Ralf Moebus
Übertriebener Hype oder Hoffnungsträger? Kein Thema
wird in der Fertigungsbranche derzeit so heiß diskutiert
wie Industrie 4.0. Die vierte industrielle Revolution
nach Dampfmaschine, Fließbandfertigung und Automatisierung verspricht individualisierte Produkte bei gleichzeitig günstiger automatisierter Fertigung. Industrie 4.0
ist Versprechen und Herausforderung zugleich. Denn
um seine Potenziale zu erschließen, bedarf es eines Paradigmenwechsels. Starre Automatisierungshie­r archien
lösen sich auf; „dumme“ Werkzeuge, Bauteile, Transportbehälter erhalten ein eigenes Gedächtnis und kommunizieren untereinander, organisieren im Idealfall ihre eigene Produktion ohne höhere Steuerintelligenz. Das wirkt
sich bis auf die Verkabelung aus.
Was bedeutet das konkret für eine Fertigungslinie?
Als der Arbeitskreis Industrie 4.0 im Jahr 2012 die Zukunft der Fabrik skizzierte, spielten Visionen eine größere Rolle als solche Detailfragen. Doch diese müssen
geklärt werden, wenn sich Industrie 4.0 durchsetzen soll.
Mit der Smart Factory hat das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz [1] den Prototyp einer
solchen Zukunftsfabrik errichtet. Die Demo-Fabrik in
Kaiserlautern zeigt im Kleinen, was auf Maschinenbauer, Fertigungsindustrie und Logistik zukommt.
Mehrere renommierte Automatisierungs- und Maschinenbau-Unternehmen sind Partner in der „SmartFactoryKL“, darunter auch die Lapp-Gruppe. Der Kabelspezialist aus Stuttgart hat das Modul zur Qualitätskontrolle
beigesteuert. Außerdem stammt die komplette Verkabelung zwischen den Modulen von Lapp [2]. In der „SmartFactoryKL“ kommt der Verkabelung eine aktivere Rolle
zu als in den meisten heutigen Fabriken. Um Module
Ralf Moebus ist Leiter Produktmanagement für Automatisierung und Netzwerke
bei der Lapp-Gruppe in
­Stuttgart.
E-Mail: ralf.moebus@
lappgroup.com
10
Das Sortiment der Etherline-Verbindungen von Lapp
für Profinet-Applikationen
auszutauschen, müssen Steckverbindungen in Sekunden
gelöst und wieder gekoppelt werden. Dabei müssen sie
robust sein und leicht zu handhaben. Außerdem rückt
die Datenübertragung näher an das Werkstück heran.
Der Datenverkehr nimmt deutlich zu und damit die Anforderungen an die mögliche Datenrate der Leitungen.
Massenfertigung mit Losgröße 1
Die Smart Factory, die auf der Hannover Messe 2014
vorgestellt wurde und die 2015 in erweiterter Form wieder auf der Messe zu sehen sein wird, fertigt in hohem
Tempo Visitenkartenetuis mit individueller Gravur und
Farbe – Massenfertigung mit Losgröße 1 also. Das Besondere an der Fertigungslinie ist ihre Modularität:
Neue Bearbeitungsstationen, etwa zum Laserbeschriften
der Teile, können einfach ans Ende angedockt werden,
ohne Neukonfiguration der gesamten Anlage. Der Visitenkartenhalter fährt die neue Station an, wird bearbeitet und fährt anschließend wieder zurück und nimmt
den alten Bearbeitungsablauf wieder auf. Module lassen
sich in fünf Minuten austauschen, wenn ein anderes
Produkt gefertigt werden soll, und das auch im laufenden Betrieb – ein Paradebeispiel für „plug-and-produce“.
Das Ende der Automatisierungspyramide
Mit Industrie 4.0 löst sich die klassische Automatisierungspyramide immer weiter auf. Die Intelligenz sitzt
nicht mehr allein in der zentralen Steuerung. Soge-
Sonderdruck
www.etz.de
Special
nannte cyber-physische Systeme enthalten eigene In­
telligenz, sie tauschen Daten untereinander aus. Im Fall
der Smart Factory enthält das Visitenkartenetui einen
RFID-Chip, auf dem die Bearbeitung jedes einzelnen
Etuis dokumentiert wird. Der Chip wird in jedem Bearbeitungsschritt ausgelesen und unter anderem mit dem
aktuellen Energieverbrauch in der Station gefüttert.
Kunden könnten später im Laden diese Information auslesen und zum Beispiel beurteilen, wieviel Kohlendioxid
bei der Herstellung dieses Produkts ausgestoßen wurde.
Ethernet setzt sich durch
Als Standard für die Datenübertragung in der Fabrik
setzt sich Industrial Ethernet immer mehr durch; frühere Feldbussysteme werden abgelöst. Ethernet wurde
in den 1970er-Jahren entwickelt, um Computer miteinander zu vernetzen – für den harten Fabrikbetrieb war
Ethernet ursprünglich nicht gedacht. Die Kabelhersteller
haben reagiert und für Industrial Ethernet Kabel und
Steckverbindungen entwickelt, die Öl und Säure ebenso
widerstehen, wie Vibrationen und elektromagnetischen
Feldern. Kabel der Lapp-Gruppe erfüllen die hohen
Qualitätsanforderungen nach dem Vorbild des Klassikers Ölflex mit seinen ölresistenten Mantelmaterialien.
In der Smart Factory geht die Lapp-Gruppe noch einen Schritt weiter. Um den Datenverkehr mit Sensoren
und Aktoren bis ans Werkstück zu bringen, müssen
diese Kabel besonders robust sein, etwa indem sie Millionen Bewegungen in Schleppketten aushalten. Außerdem ist der Platz begrenzt. Dementsprechend werden
die Kabel mit engen Biegeradien geführt. Lapp hat dafür
unter der Marke Etherline besonders dünne und biegsame Ethernet-Kabel im Programm. Sie sind extrem widerstandsfähig und für verschiedene Industrial-Ethernet-Systeme, wie Profinet und Ethercat, erhältlich.
M8-Steckverbinder als Zukunftsstandard
Was für die Kabel gilt, gilt auch für die Steckverbinder
– auch sie müssen kompakter werden und sehr widerstandsfähig sein. Standard für Ethernet in Fabriken ist
heute der M12-Stecker. Er ist allerdings für manche Applikationen zu groß, etwa für Profinet-Greifer, welche
Die Forschungsanlage „SmartFactoryKL “. Bei dieser hat Lapp die
Partnerschaft für ein Produktionsmodul übernommen
in der Smart Factory die Informationen aus dem Chip
im Visitenkartenetui auslesen. Dort kommt der kompaktere M8-Steckverbinder zum Einsatz, der ursprünglich
für herkömmliche Steuerleitungen eingeführt wurde.
Für Ethernet ist der M8-Steckverbinder noch relatives
Neuland. Die Lapp-Gruppe hat dieses Stecker-Format
nun auch für die Ethernet-Verkabelung zugänglich gemacht. Er bringt kompakte Bauform, Robustheit und
hohe Datenübertragungsraten in die intelligente Fabrik.
Fazit
Von der Smart Factory profitieren auch Produktionsstätten mit herkömmlicher Automatisierungstechnik.
Alle Technologien und Komponenten, die in der Smart
Factory stecken, gibt es bereits zu kaufen, sie werden
schon in Fabriken eingesetzt. Die Fabrik der Zukunft ist
damit keine Vision mehr, sondern Realität. Allerdings
kombiniert sie Technologien neu und flexibler, außerdem stellt sie hohe Anforderung an die Qualität – auch
bei Kabeln und Steckverbindern. (ih)
Literatur
ie Etherline-Cat.6A-Leitung von Lapp ist eine hochflexible
D
Leitung mit Datenübertragungsraten von bis zu 10 Gbit/s
www.openautomation.de
[1] Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz
GmbH, Kaiserslautern: www.dfki.de
[2]U.I. Lapp GmbH, Stuttgart: www.lappkabel.de
Sonderdruck
11
Special
Quo vadis Plattform Industrie 4.0?
Auf der Hannover Messe 2013 wurde die Plattform Industrie 4.0
der breiten Öffentlichkeit vorgestellt. Ihr Ziel: Die möglichst
schnelle wirtschaftliche Umsetzung der Vision von Industrie 4.0.
Auf der diesjährigen Hannover Messe wird die „Plattform Industrie
4.0“ unter das Dach des Bundeswirtschaftsministeriums gestellt.
Rainer Glatz, Leiter der Geschäftsstelle Plattform Industrie 4.0,
gibt Einblicke in die Ergebnisse der Plattforminitiative.
Herr Glatz, bitte geben Sie zunächst noch einmal einen
kurzen Überblick über die Ziele der „Plattform Industrie
4.0“ und den Stand der Zielerreichung.
R. Glatz: Mit der Plattform Industrie 4.0 [1] verfolgten
wir mehrere Ziele. Erstens ging es uns darum, die Vision von Industrie 4.0 in der breiten Öffentlichkeit über
Pub­likationen, Veranstaltungen oder Messen greifbarer
zu machen. Mit unseren Aktivitäten haben wir das
Thema Industrie 4.0 ganz maßgeblich gesetzt. Zweitens
wollten wir unsere Mitglieder zur aktiven Mitarbeit motivieren. Inzwischen sind nicht nur in den Trägerverbänden, sondern auch in vielen Unternehmen Indus­t rie4.0-Aktivitäten gestartet worden. Drittens haben wir in
den Arbeitsgruppen der Plattform grundlegende Themen, wie Standardisierung oder Security, aufgegriffen,
die für eine wirtschaftliche Umsetzung zwingend gelöst
werden müssen. In der nächsten Etappe wird nun eine
noch engere Zusammenarbeit mit der Politik etabliert,
um Industrie 4.0 nicht nur als technisches, sondern
auch als gesellschafts- und industriepolitisches Thema
voranzutreiben.
Welche Themen bearbeitet der VDMA in seinem „Forum
Industrie 4.0“ und welche Ergebnisse oder Meilensteine
wurden daraus in die Plattform-Initiative eingebracht?
R. Glatz: Das Forum Industrie 4.0 im VDMA [2] ist interdisziplinär: Wir bringen die Experten aus unserem
Haus und die Experten der Unternehmen zusammen.
Zentrale Themen sind Produktionsorganisation und Geschäftsmodelle, Forschung und Innovation, Normung
und Standards sowie IT-Sicherheit und Recht. Ebenso
befasst sich das Forum mit den Themen Mensch und
Arbeit sowie der europäischen Vernetzung von Indus­
trie 4.0.
In diesem Zusammenhang wird viel sogenannte Basisarbeit geleistet, um die Unternehmen des Maschinenund Anlagenbaus bei dem Thema Industrie 4.0 zu begleiten.
Ein Beispiel dafür sind die erfolgreichen „LABTours“ zu den
Spitzeninstituten der Industrie4.0-Forschung in Deutschland.
Diese Termine sind bei kleinen
und großen Unternehmen sehr
begehrt.
ainer Glatz war Leiter
R
der Geschäftsstelle
Plattform Industrie 4.0
und ist Geschäftsführer
der Fachverbände
Elektrische Automation
und Software im VDMA
12
Sonderdruck
Die Einblicke, die der breiten
Öffentlichkeit in die Arbeiten
bzw. die Ergebnisse der Plattform-Aktivitäten gegeben wurden, waren recht verhalten. So
fand die letzte offizielle Pressekonferenz auf der letztjährigen
Hannover Messe statt. Warum
war man bei diesem hehren
Ziel so zurückhaltend in Kommunikationsdingen?
R. Glatz: Industrie 4.0 ist ein
komplexes, interdisziplinäres
Thema, bei dem unterschied­
liche Sprach- und Denkwelten
aufeinanderstoßen. Während
man Visionen oder geplante
www.etz.de
Special
Die neue Leitung der Plattform Industrie 4.0
Es war in der Presse schon mehrfach zu lesen und im Interview angedeutet, dass die
Plattform Indus­trie 4.0 zukünftig neu organisiert werden wird. Dabei wird die Politik in
der nächsten Stufe stärker Einfluss nehmen.
„Die Wirtschaft wird sich mit der Politik gemeinsam um das Thema kümmern“, sagte
Dr. Klaus Mittelbach, Vorsitzender der ZVEIGeschäftsführung, während eines ZVEIPressegesprächs Anfang März. „Die Plattform
wird den gleichen Namen und das gleiche
Logo wie bisher tragen. Es wird eine eigene,
professionelle Geschäftsstelle geben.“
Auf der Cebit in Hannover haben dann der
Bundesminister für Wirtschaft und Energie,
Sigmar Gabriel, und die Bundesministerin für
Bildung und Forschung, Johanna Wanka, die
neue Marschrichtung der Plattform Indus­
trie 4.0 verkündet und deren Leitung übernommen. S. Gabriel: „Mit der Neuausrichtung
Ziele noch recht einfach medienwirksam
darstellen kann, ist die fachliche Abstimmung, das Erreichen eines gemeinsamen
Verständnisses kein einfacher Prozess. Bei
aller Bereitschaft zur Kooperation gibt es natürlich auch Wettbewerbsinteressen. Trotzdem können die Arbeitsgruppen bereits
erste vorzeigbare Ergebnisse vorweisen, die
im Rahmen der kommenden Hannover Messe
präsentiert werden.
Welche Highlights werden in Hannover zu
sehen sein?
R. Glatz: Da Industrie 4.0 das Kernthema
der Hannover Messe 2015 ist, werden es
viele Aussteller aufgreifen und weiterentwickelte Lösungen zeigen. Die im letzten
Jahr gestarteten Industrie-4.0-Demotouren
finden in diesem Jahr im Rahmen der
Technology-Tours statt, mit voraussichtlich
vier unterschiedlichen Touren pro Tag. Das
Forum Industrial IT, das im letzten Jahr
über 3 500 Teilnehmer verzeichnen konnte,
wurde in Forum Industrie 4.0 umbenannt,
um den Fokus des Forums weiter zu schärfen. Da wir aus mehr als 150 eingereichten
Vorträgen auswählen können, wird das Forum Industrie 4.0 sicherlich wieder ein attraktives Programm für die Besucher anbieten.
Bitte gewähren Sie uns noch einen Blick
über den Tellerrand: In den USA beschäf­
tigen sich das Industrial Internet Consortium
www.openautomation.de
der Plattform wollen wir schnell zu ersten
Ergebnissen kommen, damit diese in konkreten Anwendungsbeispielen von den Unternehmen getestet und anschließend in
Geschäftsmodellen umgesetzt werden können. Unser Ziel ist es, Industrie 4.0 zu einer
Erfolgsgeschichte für Deutschland zu machen und unser Land als Leitanbieter für cyber-physische Produktionssysteme zu etablieren.“
Die Auftaktveranstaltung der Plattform
Industrie 4.0 ist für den 14. April 2015 während der Hannover Messe geplant. Hier sollen die ersten Ergebnisse der bisherigen
Verbändeplattform sowie Ausblick, Zielrichtung und Agenda der „neuen“ Plattform vorgestellt und diskutiert werden. Erste greifbare Ergebnisse aus den Arbeitsgruppen
sollen bis Ende des Jahres erarbeitet und auf
dem IT-Gipfel vorgestellt werden.
oder das Internet of Things Council mit
ähnlichen Themen wie die Plattform Industrie 4.0. Gibt es auch mit diesen Vereinigungen einen Austausch bzw. möglicherweise eine Zusammenarbeit?
R. Glatz: Das Industrial Internet Consortium (IIC) fokussiert auf sogenannte „Testbeds“, in denen Mitglieder des IIC neue Use
Cases und Geschäftsmodelle für das Industrial Internet in vorwettbewerblichen Bereichen erproben. Entgegen der in den Medien häufig geäußerten Auffassung, befasst
sich das IIC nicht explizit mit der Entwicklung von Standards. Da neben Smart Grids,
Smart Home unter anderem auch produk­
tionsorientierte Themen aufgegriffen werden sollen, wird es sicherlich auch the­
matische Überschneidungen zur Plattform
Industrie 4.0 geben. Die Zukunftsthemen
Industrie 4.0 oder Industrial Internet zielen
im Kern auf internationale Märkte und Zukunftstechnologien. Trotz des Wettbewerbs
zwischen Unternehmen oder nationalen Initiativen werden Kooperationen insbesondere
in grundlegenden Fragen der Standardisierung oder Sicherheit unverzichtbar sein.
Diesbezüglich gab es bereits erste Gespräche mit dem IIC. (ih)
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B
er-M
Hannov April 2015
17.
.3
1
m
vo
d A59
1, Stan
Halle 1
Literatur
[1] Plattform Industrie 4.0: www.plattform-i40.de
[2]VDMA Verband Deutscher Maschinen- und
Anlagenbau e. V., Frankfurt/M:
www.vdma.org
E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH
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13
Special
Normen und Standards –
Grundvoraussetzung für Industrie 4.0
Immer wieder wird im Zusammenhang mit Industrie 4.0 das
Fehlen von Normen und Standards sowie der lange Weg bis zu
deren Erlangung bemängelt. Über dieses Thema, Industrie-4.0Handlungsschwer­punkte sowie Details der Normungs-Roadmap
informiert Johannes Stein, Leiter des VDE-Kompetenzzentrums
Industrie 4.0.
Herr Stein, welche Themen rund um Industrie 4.0 haben
Sie sich innerhalb des VDE als wesentliche Handlungsschwerpunkte und mit welchem Ziel gesetzt?
J. Stein: Derzeit wird der Begriff Industrie 4.0 für eine
sehr breite Themenpalette verwendet. Auf der technolo­
gischen Seite stehen vielfältige Technologien als En­
abler für Industrie 4.0: Angefangen beim Chip-Design
über Mikrosystemtechnik, Sensorik, Kommunikations­
technik, IT, Automatisierung bis hin zu komplexen Fra­
gen der Semantik, Big Data oder Referenzmodellen.
Auch sicherheitstechnische Fragestellungen, sei es die
IT-Sicherheit oder die Sicherheit von Menschen und An­
lagen, stehen auf der Agenda. Dabei ist das Thema Si­
cherheit eine der Kernkompetenzen des VDE [1] in den
Bereichen Normung und Prüfung. Interessant ist hier­
bei, dass auf der einen Seite durch Industrie 4.0 neue
Anforderungen an die zugrundeliegenden Technologien
gestellt und somit Entwicklungen beschleunigt voran­
getrieben werden. Auf der anderen Seite stoßen Techno­
logien, wie Big Data oder 3D-Druck, neue Geschäftsmo­
delle an.
Auf der anwendungsbezogen Seite spannt Industrie
4.0 den Bogen zwischen den verschiedenen Anwender­
branchen, wie Maschinen- und Anlagenbau, der chemi­
schen und verfahrenstechnischen Industrie oder der Lo­
gistik. Als VDE untersuchen wir derzeit mit unseren
technischen Experten die Auswirkungen der Technolo­
giethemen auf Industrie 4.0. Gemeinsam wollen wir
eine Brücke zu den Anwendungsdomänen bauen. Damit
unterstützen wir aktiv die Umsetzung der derzeitigen
Vision von Industrie 4.0. Hierzu trägt der VDE an viel­
fältigen Stellen bei.
J ohannes Stein ist
Leiter des VDEKompetenzzen­
trums Industrie 4.0
14
Sonderdruck
Bitte nennen Sie konkrete Ansatzpunkte.
J. Stein: Beispielsweise stellen
VDE|DKE und die VDE-Fachge­
sellschaften Positionspapiere zu
spezifischen Fragestellungen oder
Roadmaps bereit und führen In­
formationsveranstaltungen durch.
Gerade in den Fachgesellschaften,
wie der GMM oder der GMA, wer­
den grundlegende Positionen er­
arbeitet. So veröffentlichte die GMA
Positionspapiere zu Referenzmodel­
len und -architekturen sowie zu
Wertschöpfungsnetzwerken, die
wesentliche Grundlage der weite­
ren Diskussionen waren. Derzeit
überarbeiten wir im gemeinsamen
DIN/DKE–Steuerkreis beispielswei­
se die Normungs-Roadmap „Indus­
trie 4.0“. Die neue Version wird
im Herbst erscheinen und die von
der Plattform Industrie 4.0 erar­
beiteten Referenzmodelle aufgrei­
fen, um hieran die Normungsland­
schaft zu spiegeln.
www.etz.de
Special
Durch das Zusammenkommen der unterschiedlichen
Branchen ist die Normungslandschaft – historisch ge­
wachsen – derzeit recht komplex. Hier werden wir einen
Überblick bereitstellen. Viele Fachthemen, wie zum Bei­
spiel IT-Sicherheit, Funkkommunikation oder die Rolle
des Menschen innerhalb Industrie 4.0, werden in unse­
ren Normungsgremien mit den technischen Experten
branchenübergreifend bearbeitet. Dabei sehen wir ge­
rade durch die Normung die Möglichkeit, die Ideen in­
ternational voranzutreiben. So initiierte VDE|DKE be­
reits 2013 eine entsprechende strategische Arbeitsgruppe
auf IEC-Ebene.
Ein weiterer Schwerpunkt ist die Zusammenarbeit bei
Forschungsprojekten. Beispielsweise unterstützt VDE|DKE
die Begleitforschung des BMWi-Technologieprogramms
„Autonomik für Industrie 4.0“. Dabei ist es auf der einen
Seite unser Ziel, Informationen für Projekte bereitzu­
stellen. Auf der anderen Seite möchten wir daraus früh­
zeitig neue Themen ableiten, die in die Normung und
Standardisierung überführt werden müssen.
Häufig werden Normen und Standards als Hemmschuh
für die Realisierung von Industrie 4.0 genannt. Bitte beziehen Sie zu dieser Aussage Stellung.
J. Stein: Solche Aussagen lesen wir auch und sind teil­
weise verwundert. Zuerst möchte ich betonen, dass Nor­
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men und Standards eine der Grundvoraussetzung für
die Umsetzung von Industrie 4.0 sind. Erst durch den
durch Normen dokumentierten Konsens kann beispiels­
weise eine Kommunikation über Hersteller- und Unter­
nehmensgrenzen hinweg erfolgen. Nur so lassen sich
vertikale oder horizontale Wertschöpfungsketten und
-netzwerke realisieren. Außerdem kommen bei in den
an Industrie 4.0 beteiligten Branchen oftmals Geräte
und Anlagen mit recht langen Lebenszyklen zum Ein­
satz. Hier schaffen wir durch die Normung eine solide
technologische Basis.
Ferner ist festzuhalten, dass viele Normen bereits vor­
handen sind. Dies wurde in der ersten Version unserer
Normungs-Roadmap deutlich. Gleiches zeigte die Ta­
gung „Normen für Industrie 4.0“, die der DIN/DKE-Steu­
erkreis in Zusammenarbeit mit BMWi und Plattform
Industrie 4.0 im Februar veranstaltete. Hier wurden
Themen, wie Semantik, Kernmodelle, Kommunikation
sowie IT-Sicherheit, behandelt. Aber sicherlich müssen
Normen und Standards aufgrund von neuen Entwick­
lungen und Anforderungen auch immer weiter entwi­
ckelt werden. So sind sie – insbesondere in diesem Um­
feld – nie „fertig“ im Sinne von „ändern sich nicht
mehr“.
Außerdem verbirgt sich hinter dem Vorwurf, dass
keine Normen vorhanden seien, häufig der Wunsch
Sonderdruck
15
Special
nach einer eindeutigen Festlegung,
um Entwicklungsaufwand zu spa­
ren und Investitionsentscheidungen
leichter treffen zu können. Natür­
lich ist es das Ziel der Normung, für
bestimmte Themen Festlegungen zu
treffen, um der Wirtschaft hier eine
gemeinsame Basis gerade an den
Schnittstellen zu bieten. Auf der
anderen Seite werden Normen im
Konsens erarbeitet und sind frei­
willig in der Anwendung. Das heißt,
dass gewollter technologischer Wett­
bewerb, der zu Innovationen führt,
unter Umständen auch zu unter­
schiedlichen Lösungen in der Nor­
mung führen kann. Da nun bei
­Industrie 4.0 vormals unabhängige
Branchen stärker verschmelzen,
wächst natürlich auch die Anzahl
der vorhandenen Lösungen, die bis­
her unabhängig in den einzelnen
Bereichen gepflegt wurden. VDE|DKE
strebt mit dem branchenübergrei­
fenden Austausch eine Zusammen­
führung an. Die nächste NormungsRoadmap wird hier bereits eine
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Bitte gehen Sie noch kurz auf den
Einwand „Normung dauert zu lange“
ein.
J. Stein: Auch diesen Vorwurf muss
ich relativieren. Normung bedeutet
Konsens. Häufig ist die Zeit der
Konsensfindung national und dann
auch international der ausschlagge­
bende Punkt. Dies ist aber auch gut
so, denn Konsens ist extrem wich­
tig. Und was viele vergessen: Im
Rahmen der Normung und Standar­
disierung ist es durch Produkte, wie
VDE-Anwendungsregeln oder DINSpecs, schnell möglich, ein belast­
bares Dokument vorzulegen. Wir
stellen uns aber auch immer wieder
den neuen Anforderungen und ent­
wickeln unsere Prozesse und Pro­
dukte weiter. Aus diesem Grund hat
die DKE gerade das Zukunftspro­
gramm „Normung 2020“ gestartet.
Darüber hinaus möchte ich noch
den Vorwurf ausräumen, dass IKTStandards schnell und teilweise als
De-facto-Standard am Markt ver­
fügbar seien, während Normen zu
lange bräuchten und zu veraltet
seien. Auch hier ist die Realität
vielschichtiger: Zum einen verzich­
tet auch die IKT-Branche in wesent­
lichen Grundlagen nicht auf Nor­
mung und Standardisierung. Und
natürlich werden neue IKT-Tech­
nologien auch in applikationsnahe
Normen überführt und angewendet.
Die Zusammenarbeit funktioniert
auf vielen Feldern, wo Normen er­
forderlich sind. Nehmen wir die Au­
tomatisierungstechnik als Beispiel:
Hier werden IKT-Technologien teil­
weise übernommen und an die eige­
nen Anforderungen der Automatisie­
rungstechnik, wie Echtzeitfähigkeit
oder Zuverlässigkeit, angepasst. Al­
lerdings kann und muss nicht alles
genormt werden – so entsteht tech­
nologischer Wettbewerb am Markt.
Das Netzwerken gewinnt im Zusammenhang mit Indus­trie 4.0 eine immer größere Bedeutung. Welche Wege
beschreitet der VDE in diesem Zusammenhang?
J. Stein: Als Verband stellen wir
fest, dass neue Themen immer frü­
her in allen Bereichen des VDE
durchschlagen. Die breite Aufstel­
lung mit Fachgesellschaften, Nor­
mung, Standardisierung und Prü­
fung ist hier eine Stärke des VDE,
der mit seinen technischen Exper­
ten und Mitgliedern nahe an den
aktuellen Trends und Entwicklun­
gen ist. So können wir gemeinsam
mit den Experten Themen voran­
treiben und in konkrete Aktionen
und Produkte umsetzen, wie Stu­
dien, Roadmaps oder aber Normen.
Damit beziehen wir auch in der Ge­
sellschaft Stellung zu relevanten
Themen. Mit der Vernetzung über
die verschiedenen Bereiche des VDE
hinweg wollen wir diese Stärken im
Sinne unserer Experten und Mit­
glieder noch intensiver nutzen, in­
dem wir voneinander lernen, Netz­
werke ausbauen und uns gegenseitig
unterstützen. Kurz gesagt: Ziel ist
es, noch mehr „an einem Strang zu
ziehen“.(ih)
Literatur
[1] VDE Verband der Elektrotechnik
Elektronik Informa­tionstechnik e. V.:
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Special
Der Smart-Bridge-Adapter, eingeschleift in die Sensorzuleitung
Die digitale Lücke zwischen Sensoren
und mobilen Endgeräten geschlossen
Aus der Konzeptstudie Smart-Bridge hat Pepperl+Fuchs nun eine
kommerzielle Lösung entwickelt, mit der handelsübliche Mobilgeräte
als Bedien- und Anzeigeeinheiten für industrielle Sensoren verwendet
werden können. Das System besteht aus einem Drahtlos-Adapter
sowie einer App für die Mobilgeräte.
Benedikt Rauscher
Auf dem Weg zur Industrie 4.0 werden neue und zusätzliche Kommunikationswege zwischen einzelnen Automatisierungskomponenten benötigt. Hierzu bieten sich
aus der IT bekannte Netzwerk-Technologien an. In Kombination mit einer Vernetzung über Fabrikgrenzen hinweg lassen sich Steigerungen bei Produktivität, Flexi­
bilität und Effizienz erreichen.
Dipl.-Ing. Benedikt Rauscher
ist Entwicklungsgruppenleiter IVC im Geschäftsbereich Fabrikautomation bei
der Pepperl+Fuchs GmbH
in Mannheim.
E-Mail: brauscher@
de.pepperl-fuchs.com
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Für Sensoren und Aktoren hat das zur Folge, dass der
Datenfluss aus der Feldebene nicht mehr ausschließlich
über die Steuerungsebene erfolgen muss. Dazu wird
eine „Sensorik 4.0“ mit geeigneten Schnittstellen benötigt. Klassische Sensoren alleine können diese Anforderungen nicht erfüllen.
Bedien- und Anzeigekonzepte für Sensoren
Nicht erst seit Aufkommen der Industrie-4.0-Idee wird
immer mehr Intelligenz in die Feldebene verlagert. Sensoren bilden komplexere Funktionalitäten ab und bieten
zusätzliche Konfigurations- und Einstellmöglichkeiten.
Um diese Komplexität effektiv nutzen zu können, sind
für Inbetriebnahme, Wartung und Service solcher Einheiten auch leistungsfähige Anzeige- und Bedienkonzepte erforderlich. Diese müssen bessere Übersichtlichkeit
und höheren Bedienkomfort bieten als die üblicherweise
verwendeten Elemente, wie LED, Folientaster oder kleine
Sonderdruck
17
Special
haben standardisierte Betriebssysteme mit intuitiver Bedienung über Multitouch-Gesten zu einer flächen­deckenden Verbreitung und Akzeptanz dieser Geräte im privaten und
geschäftlichen Bereich geführt. Auch in der
Automatisierung werden Mobilgeräte zunehmend eingesetzt, zumeist als Bedien- und Anzeigeeinheiten für Steuerungen oder übergeordnete Systeme.
Die Brücke zur Sensorik
Pepperl+Fuchs hat mit der Konzeptstudie SmartBridge aufgezeigt, wie handelsübliche Smartphones und Tablets für Inbetriebnahme, Service
und Wartung von Feldgeräten verwendet werTextbasierte
den können, ohne dass auf übergeordnete SteuAnzeige aller
erungen zugegriffen werden muss.
Sensordaten in der
Aufgrund des großen Interesses an der Studie
„Expert View“wurde Smart-Bridge zu einem kommerziellen
Ansicht
System weiterentwickelt. Das System besteht
aus einem Drahtlos-Adapter und Apps für Mobilgeräte von Apple oder solche mit AndroidLCD-Displays. Solche gerätegebundenen Einheiten beBetriebssystem.
deuten außerdem zusätzliche Kosten und benötigen zuDer in Schutzart IP67 ausgeführte Adapter wird in die
sätzlichen Platz. Eine weitere Forderung in diesem Zuvorhandene drei-, vier- oder fünfadrige Sensorverkabesammenhang ist das rückwirkungsfreie Anzeigen von
lung eingeschleift und darüber auch mit Energie verSensordaten, das heißt eine zeitliche oder funktionale
sorgt. Er macht Sensordaten und Parameter für die MoBeeinträchtigung der Sensorfunktion durch die Anzeige­
bilgeräte drahtlos via Bluetooth verfügbar. Dabei wurde
elemente ist unerwünscht.
für die drahtlose Übertragung Bluetooth einer WLANLösung vorgezogen. Hintergrund ist, dass Bluetooth mit
Preiswerte High-End-Geräte
reinen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen arbeitet und wefür die Automatisierung
der das Mobilgerät noch der Sensor in ein Netzwerk
Im täglichen Leben haben sich Tablets und Smartphones
­integriert werden müssen. Nachteile solcher Netzwerke
durchgesetzt und klassische PC teilweise sogar verkönnen sein, dass diese schnell unübersichtlich werden
drängt. Bei diesen modernen Mobilgeräten handelt es
und Angriffsflächen für digitale Gefahren bieten. Ausich um vergleichsweise preiswerte High-End-Geräte,
ßerdem bleibt so der WLAN-Adapter des Mobilgeräts
die mit hochauflösenden Farbdisplays, leistungsfähigen
frei und kann zum Aufbau einer parallelen Verbindung
Prozessoren, vielfältigen Schnittstellen und Sensoren
zum Internet verwendet werden, um dort verfügbare
für verschiedene Größen ausgestattet sind. Nicht zuletzt
Dienste zu nutzen. Zusätzlich ist der Smart-Bridge-Adapter mit einer wechselbaren Micro-SD-Karte
ausgerüstet. Auf dieser können Sen­sordaten über
längere Zeiträume hinweg, zum Beispiel zum
Aufspüren von sporadischen Effekten, aufgezeichnet oder auch Sensor-Parametrierungen
abgelegt werden. Das Auslesen der Micro-SDKarte erfolgt über eine USB-Schnittstelle.
IO-Link für Herstellerunabhängigkeit
bersichtliche
Ü
Darstellung auf
sensortypspezifischen
Bildschirmseiten
18
Sonderdruck
Zur Kommunikation mit den Feldgeräten ist der
Adapter mit einer IO-Link-Schnittstelle ausgestattet. Bei IO-Link handelt es sich um einen
herstellerübergreifenden Kommunikationsstandard, der von namhaften Herstellern von Automatisierungskomponenten unterstützt wird.
Mit IO-Link können die Prozessanschlüsse
von Sensoren oder Aktoren zur seriellen Übertragung von Daten und Parametern verwendet
werden. Es sind keine zusätzlichen Anschlüsse
oder Leitungen an den Feldgeräten erforder-
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Special
lich. Die IO-Link-Schnittstelle selbst ist einfach und
platzsparend realisierbar.
Die spezifischen Eigenschaften der einzelnen IO-LinkGeräte werden in einer Datei beschrieben, dem IO-Link
Device Descriptor (IODD). Diese Datei wird vom Hersteller bereitgestellt.
Aufgrund der vielfältigen Vorteile für Hersteller und
Anwender wird davon ausgegangen, dass in Zukunft
alle parametrierbaren Sensoren und Aktoren auch mit
IO-Link-Schnittstellen angeboten werden.
„Mitwachsende“ App
für handelsübliche Mobilgeräte
werden. Der Einsatz ist nicht auf Geräte eines Herstellers begrenzt.
Softwareschnittstelle
für Feldgeräte mit Webservern
Die Smart-Bridge ist nicht ausschließlich auf Sensoren
mit IO-Link-Schnittstelle beschränkt. Hochwertige und
komplexe Sensoren sind heute häufig mit einer Ethernet-Schnittstelle ausgerüstet und bieten webbasierte
Service- bzw. Anzeigefunktionen. Für solche Einheiten
ist in der Smart-Bridge-App eine Softwareschnittstelle
integriert, die in den Sensoren vorhandene Web-Services
nutzbar macht und nahtlos in die App einbettet. (ih)
Die Smart-Bridge-App ist für Mobilgeräte mit „iOS“Literatur
und Android-Betriebssystem verfügbar. Mit ihr werden
[1] Pepperl+Fuchs GmbH, Mannhein: www.pepperl-fuchs.com
Smartphones oder Tablets zu komfortablen Werkzeugen
für das Arbeiten mit modernen industriellen Sensoren.
Auf einen entsprechenden Befehl
hin scannt die App den Empfangsbereich des Mobilgeräts und listet
verbindungsbereite Adapter mit festgelegten Namen sowie dem Typ des
am Adapter angeschlossenen Sensors auf.
Wenn ein Adapter ausgewählt
wird, startet der Verbindungsaufbau. Dabei wird das im Adapter gespeicherte Passwort abgefragt, um
unbefugte Verbindungen zu unterbinden.
Nach erfolgreichem Verbindungsauf bau baut das Mobilgerät für den
Sensortyp spezifische Bildschirmseiten auf. Die dazu erforderlichen
Informationen werden aus den Beschreibungs-Datensätzen (IODD) der
Sensortypen entnommen. Zum Laden der IODD verfügt die App über
eine Update-Funktion, die IODD
von bisher unbekannten Sensor­
typen beim ersten Verbinden mit
diesem Typ aus dem Internet lädt.
Eine Internetverbindung ist nur
während dieses Ladevorgangs erforderlich. Nachdem alle benötigten
IODD auf dem Mobilgerät vorliegen,
kann die Verbindung getrennt werden.
Mithilfe dieser Update-Funktion
und durch die Nutzung der IODD
kann die App um weitere Sensortypen ergänzt werden, ohne dass die
App selbst verändert werden muss.
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Martin Buck • Michael Marhofer
Ausgabe zur SPS IPC Drives 2014
A8100
A50062
A42373
Gebäudesteuerung und -visualisierung
per Computer und Smartphone
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Sonderdruck
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