Effizienz vom Engineering bis zum Edge Computing

Digitale Produktion lebt von Informationen. Siemens setzt deshalb auf einen durchgängig digitalisierten Workflow und effizienten Datenfluss über alle Ebenen hinweg. Ein skalierbares Portfolio direkt anwendbarer Lösungen unterstützt Anwender beim Ausbau digitaler Kompetenz – vom Engineering bis zum maschinennahen, performanten Edge Computing. Von Nadja Neunsinger

Digitalisierung basiert darauf, Daten zu erfassen, transparent zu machen sowie auszuwerten und die daraus gewonnenen Erkenntnisse zurück in die Prozesse fließen zu lassen, um diese kontinuierlich zu verbessern. Maschinenbauer realisieren so einen durchgängig digitalen Workflow vom Engineering bis zum Service, der dabei hilft, Entwicklungszeiten zu verkürzen, schneller am Markt zu sein und die Integration in vorhandene Strukturen zu vereinfachen. Betreibern ermöglicht dies, ihre Produktion am Laufen zu halten, dabei maximal verfügbare und produktive Abläufe zu generieren und Qualität dauerhaft effizient produzieren zu können. Das setzt neben performanter Operation Technology (OT) auch Kompetenz im Bereich der Informationstechnologie (IT) voraus – oder einen kompetenten Partner.
Womit sich die Frage stellt, wer bei der Umsetzung besser unterstützen kann. Sind das die Anbieter von industrieller Automatisierungstechnik oder von klassischer Informationstechnologie? Automatisierungsseitig verschwimmen die Grenzen schon länger, wie ein wachsender Software-Anteil bei Controller-, HMI-/SCADA-, Antriebs- sowie Netzwerklösungen und Engineering-Systeme zeigt. Als einer der Marktführer hat sich Siemens über viele Jahre auf beiden Feldern umfassendes Know-how erarbeitet und beherrscht neben der OT diverser Branchen auch deren spezifische Anforderungen an die IT.

Lösungen für einen durchgängig digitalisierten Workflow

Das zeigen aufeinander abgestimmte Hard- und Softwarelösungen für das digitale Unternehmen. Im Rahmen der Digital Enterprise Suite realisiert Totally Integrated Automation (TIA) nahtloses und effizientes Zusammenwirken aller Automatisierungskomponenten – von der Feldebene bis zur Unternehmensleitebene. Der Ansatz integriert die gesamte Wertschöpfungskette – vom Engineering mit dem TIA-Portal über die Inbetriebnahme bis zum Betrieb und Cloud-basierten Services.
Spezifische Anforderungen diverser Anwender decken eine Reihe generalisierter digitaler Lösungsangebote ab. Diese lassen sich mit wenig Aufwand an individuelle Gegebenheiten anpassen und in der Leistung skalieren. Neben Querschnittsthemen wie industrielle Kommunikation und Cybersecurity adressieren diese elementaren Schlüsselfunktionen den Einstieg in die Digitalisierung.

Virtuelle Inbetriebnahme – Fehler früher eliminieren

Ziel bei jeder Entwicklung muss es sein, Fehler früh zu erkennen und zu eliminieren, um den Änderungsaufwand und somit die Kosten zu minimieren. Digitale Lösungen erschließen dabei neue Möglichkeiten, bis hin zur virtuellen Inbetriebnahme ganzer Produktionen. So lassen sich Simatic-Programme mit Simatic S7-PLCSIM Advanced, dem digitalen Zwilling einer realen Simatic S7-1500, einfach simulieren und optimieren; einschließlich aller Kommunikationsaufgaben, Know-how-geschützter Bausteine, des Safety-Programmteils sowie der Webserver-Funktionalität der echten CPU. Unterstützt werden auch multiple und verteilte Instanzen zur Simulation mehrerer Controller auf einem PC oder im Netzwerk. Via Application Programming Interface (API) lassen sich Daten mit Co-Simulationen wie NX Mechatronic Concept Designer oder Testsoftware wie Matlab austauschen. So können PLC-Programme im Büro im Kontext einer Maschine, einer Linie und auch von komplexeren Anlagen intensiv getestet werden. Eventuelle Fehler ziehen keine realen Schäden nach sich und lassen sich frühzeitig eliminieren. Das Programm hat eine hohe Reife, was die reale Inbetriebnahme im Feld mitunter drastisch verkürzt. Die Möglichkeit, parallel arbeiten zu können, beschleunigt die Entwicklung wesentlich und verkürzt generell die Time-to-Market.

Projektierungsaufgaben automatisieren

Hersteller von modularen Serienmaschinen kennen das: für häufiger benötigte Module und Funktionalitäten muss man den SPS-Code immer wieder neu erstellen – manuell und somit ineffizient. Im TIA-Portal können die Anwender stattdessen einfach standardisierte Programmmodule generieren, etwa für einen Förderer mit Motor, Sensor und Transportband. Abgespeichert in einer Bibliothek, lassen sich diese zentral verwalten, adaptieren und mehrfach verwenden. Wobei das API TIA Portal Openness auch den letzten Schritt weitgehend automatisiert. Damit kann man eigene Code-Generatoren oder Automatisierungsprozesse nutzen und die Funktionalität, zum Beispiel mit Visual Studio, erstellen. Über Dynamic Link Libraries (DLLs) ist ein Zugriff auf die Objekte und Funktionen des TIA-Portals und das Fernsteuern durch externe Anwendungen möglich. So lassen sich auch externe Quellen wie XML- oder Excel-Dateien in den Entwicklungsprozess einbinden und mit den Standardmodulen in der Bibliothek verknüpfen. Das reduziert Redundanzen, vereinfacht das Engineering und führt deutlich schneller zu unterschiedlichen Maschinenvarianten. Und der gesamte Prozess ist praktisch fehlerfrei.

Industrial Edge Computing

Das Ziel jeder Produktion sind dauerhaft zuverlässig und fehlerfrei laufende Prozesse am Maximum einer Maschine oder Anlage. Auch dabei erschließt die Digitalisierung bislang unvorstellbare Möglichkeiten, indem sie mit Industrial Edge Computing das Potenzial der in allen Automatisierungskomponenten generierten Betriebs- und Prozessdaten voll ausschöpft. Und das direkt am Prozess und ohne unerwünschte Rückwirkung. Industrial Edge Computing kombiniert eine performante lokale Datenverarbeitung im Feld mit den Vorteilen einer Cloud-basierten Lösung.
Siemens Industrial Edge besteht im Wesentlichen aus drei Komponenten. Die Schnittstelle zur Automatisierungstechnik der Maschinen sind auf robusten Simatic Industrie-PCs basierende Edge-Geräte. Diese sind vom eigentlichen Prozess vollständig entkoppelt und bilden die Hard- und Software-Infrastruktur für das Erfassen und Verarbeiten großer Datenmengen quasi in Echtzeit.
Letzteres übernehmen sogenannte Edge- oder MindSphere-Applikationen (Apps) – in Hochsprachen programmierte Softwaremodule für unterschiedlichste Anwendungen. Damit lassen sich im Prozess anfallende Daten direkt verarbeiten, aufbereiten und lokal analysieren. Oder man kann sie in aggregierter Form an überlagerte IT-Systeme beziehungsweise lokale oder externe Cloud-Systeme wie das offene, Cloud-basierte IoT-Betriebssystem Siemens MindSphere übertragen. Eine typische Anwendung ist das Überwachen von Antriebsparametern, um sporadische Störungen oder langsam zunehmenden Verschleiß zu erkennen und erforderliche Wartungsarbeiten planbar zu machen. Dies trägt zu höchster Verfügbarkeit und Produktivität bei.
Essenziell für effizientes, zeit-, aufwand- und kostenoptimiertes Cloud Computing ist das Cloud-basierte Edge Management. Damit lässt sich der Zustand aller angebundenen Edge-Geräte zentral überwachen, verwalten und immer auf dem neusten Stand der Technik halten. Updates können einfach aus der Cloud heraus weltweit auf allen Edge-Geräten ausgerollt und installiert werden. Damit nutzt das Edge Computing immer den neusten Stand der Technik.
Diese Beispiele zeigen, dass und wie die Digitalisierung sowohl Maschinen- und Anlagenbauern als auch produzierenden Betrieben echten Mehrwert bietet. Die fortschreitende Integration von OT und IT wird dies weiter vorantreiben. Der skalierbare Ansatz erleichtert dabei ganz konkret den Einstieg und den sukzessiven Ausbau digitaler Kompetenz. (rt)

Autorin: Nadja Neunsinger ist Marketing Managerin für Totally Integrated Automation bei Siemens.