Industrie 4.0 Sicher und Smart auf dem Weg zu Industrie 4.0

Redakteur: Jan Vollmuth

Das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 verfolgt das Ziel, die Wettbewerbsfähigkeit in der Industrie zu sichern. Das Zusammenspiel von Safety und Security sowie die Verteilung der Steuerungsintelligenz sind wesentliche Erfolgsfaktoren für das Gelingen von Industrie 4.0.

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Modularisierung und Verteilung von Steuerungsintelligenz sind zwei wichtige Anforderungen an Automatisierungssysteme, die den Anforderungen der Industrie 4.0 gerecht werden.
Modularisierung und Verteilung von Steuerungsintelligenz sind zwei wichtige Anforderungen an Automatisierungssysteme, die den Anforderungen der Industrie 4.0 gerecht werden.
(Bild: Pilz GmbH & Co. KG)

Die Begriffe Industrie 4.0, Internet of Things oder aber SmartFactoy beschreiben die zunehmende Vernetzung von Maschinen und Anlagen. Informationstechnologie und die Automatisierung werden eng miteinander verbunden. Dies bedeutet, dass in Zukunft eine hochvernetzte Industrie das Wertschöpfungspotential für Unternehmen steigern und gleichzeitig Kosten reduzieren kann.

Unternehmen vor neuen Sicherheitsherausforderungen

Mit der Weiterentwicklung der Automatisierungslandschaft zur Industrie 4.0 kommen nun neue Sicherheitsherausforderungen auf Unternehmen zu: Bei den angestrebten Produktionssystemen handelt es sich um hochgradig vernetzte Strukturen mit einer Vielzahl von beteiligten Menschen, IT-Systemen, Automatisierungskomponenten und Maschinen. Zwischen den teilweise autonom agierenden technischen Systemkomponenten findet ein reger und oft zeitkritischer Daten- und Informationsaustausch statt, zugleich sind wesentlich mehr Akteure entlang der Wertschöpfungskette beteiligt.

Dabei treffen in Bezug auf das Thema Sicherheit zwei Welten aufeinander: Die Welt der Automatisierung verschmilzt mit der IT-Welt. Die jeweiligen Sichtweisen auf das Thema Sicherheit unterscheiden sich deutlich: Die international verwendeten Begriffe „Safety“ für Maschinensicherheit und „Security“ für IT-und Datensicherheit helfen zunächst bei der grundlegenden Differenzierung. Die Herausforderung liegt aber darin, die Anforderungen beider Welten zu passenden und praktikablen Lösungen zu standardisieren. Die neuen Schutzziele umfassen beispielsweise den Schutz von Produktionsdaten, Produkt- und Plagiatsschutz, Schutz des Know-how, Zugangsschutz, Integritätsschutz, Fernwartung.

Beide Welten berücksichtigen

Eine Grundlage für die nachhaltige Marktakzeptanz ist die Schaffung von standardisierten Mechanismen in der Kommunikation zwischen den Maschinen und innerhalb der Maschine. Nur wenn die Anforderungen beider Welten berücksichtigt sind, entstehen praktikable – vom Anwender akzeptierte – Lösungen.

Weitere Herausforderungen im Zukunftsprojekt Industrie 4.0 entstehen mit Blick auf die Modularisierung, die Vernetzung und die Verteilung von Steuerungsfunktionen in kleine und immer kleinere Teilfunktionen.

Um flexibel und schnell auf veränderte Anforderungen in der Produktion eingehen zu können, wird ein modularer Aufbau von Maschinen und Anlagen immer wichtiger. Damit lassen sich zudem Engineering-Prozesse vereinfachen sowie die Wiederverwendbarkeit der einzelnen Einheiten steigern. Allerdings werden dafür Automatisierungssysteme benötigt, die in der Lage sind, die in den mechatronischen Einheiten verteilte Intelligenz zentral und anwenderfreundlich zu steuern. Anlagen lassen sich dann in übersichtliche, selbstständig arbeitende Einheiten zerlegen.

Nachteil zentralistische Steuerung

Mit zentralistisch ausgelegten SPS-Steuerungen, wie sie heute im Einsatz sind, können die Vorteile einer Modularisierung nicht komplett ausgeschöpft werden: Änderungen in einzelnen Anlagenteilen verursachen einen überproportional hohen Aufwand auf der Steuerungsebene, da dann alle Programmstrukturen und die Kommunikationsbeziehungen der Module untereinander an zentralen Stellen der Steuerung verändert werden müssen.

Für die Automatisierung der Zukunft sind daher Lösungen gefragt, die zum einen in der Lage sind, Steuerungsintelligenz zu verteilen und zum anderen gleichzeitig gewährleisten, dass die notwendige Vernetzung mehrerer Steuerungen für den Anwender einfach zu handhaben bleibt. Mit dem Automatisierungssystem PSS 4000 und dem Echtzeit-Ethernet SafetyNET p verfolgt Pilz konsequent den modularen und verteilbaren Ansatz, der es erlaubt, bereits heute die Vorteile einer dezentralen Steuerungsstruktur zu nutzen.

Verteilte Intelligenz

Künftig werden intelligente Sensoren und Aktoren in verteilten Systemen immer mehr die Funktionen von Steuerungen übernehmen. Eine verbesserte Interaktion von Maschinenmodulen untereinander und von Mensch und Maschine ist das Ziel. Sichere Motion Controller, die synchron und sicher über Echtzeit-Ethernet gekoppelt sind, tragen bereits lokale Steuerungs- und Auswertefunktionen. Auch mit intelligenten Kamerasystemen zur dreidimensionalen sicheren Raumüberwachung und kamerabasierten Schutz- und Messsystemen markiert Pilz den Weg in diese Richtung.

Im Sinne von Industrie 4.0 ist die Produktion bei Pilz mit den vor- und nachgelagerten Prozessen und Abläufen vernetzt. Bereits in der bisherigen Fertigung kamen IT-gestützte Produktionsprozesse, wie beispielsweise ein intelligenter, RFID-unterstützter Werkstückträger, zum Einsatz. Diese wurden übernommen und nun Schritt für Schritt ergänzt: Im neuen Peter Pilz Produktions- und Logistikzentrum in Ostfildern optimiert Pilz durch gezielte Sammlung und Verarbeitung von Maschinendaten die Fertigungssteuerung. Das vermeidet Störungen oder Stillstandzeiten. Arbeitsdokumente werden künftig in einer Pilz Cloud gespeichert, um stets aktuell und in Echtzeit auch auf mobilen Endgeräten zur Verfügung zu stehen. Weitere konkrete Ansätze zur Verbindung von IT und Produktion entstehen in der „Pilz Denkfabrik 4.0“: Experten aus IT und Produktionstechnik stehen dort Ressourcen für die Umsetzung von Industrie 4.0 bei Pilz zur Verfügung. (jv)

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