Interview Was Industrie 4.0 für den Steckverbinder bedeutet

konstruktionspraxis hat bei Harting, Spezialist für Verbindungstechnologie, nachgefragt, welche Konsequenzen die aktuellen Entwicklungen rund um das Thema Industrie 4.0 auf die elektrische Anschlusstechnik haben.

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Auf der Hannover Messe 2015 zeigte Harting die smarte HAII4YOU-Factory, in der das Unternehmen seine Kompetenz als Komponenten-, Applikations- und Systemanbieter vereint.
Auf der Hannover Messe 2015 zeigte Harting die smarte HAII4YOU-Factory, in der das Unternehmen seine Kompetenz als Komponenten-, Applikations- und Systemanbieter vereint.
(Bild: Harting)

Herr Huhmann, die Fabrik der Zukunft –wie wird sie aussehen?

Die Fabrik der Zukunft gibt es, zumindest als Demonstrator: Die Smart Factory KL ist für mich diese Fabrik. In einem Konsortium von führenden Anbietern aus der Automatisierungsbranche wurde sie aufgebaut. Die Fabrik der Zukunft ist hochgradig modular. Die Module sind alle mit einer Verwaltungsschale ausgestattet, entsprechen also einer Automatisierungskomponente der Referenzarchitektur RAMI40 der Plattform Industrie 4.0. Dabei werden als Fertigungsmodul ganze Produktionsschritte gekapselt, die als Service verstanden werden können. In der Smart Factory KL sind das beispielsweise die Bearbeitung eines Produktes, die Montage und die Beschriftung. Was hier als Fertigungsmodul bezeichnet wird, ist vollständig in die Businessapplikationen wie ERP oder MES integriert. Die intelligente Verwaltungsschale nutzt dazu OPC UA. Im ersten Schritt wurden so die Fertigungsmodule zu CPSsen (Cyber Physical Systems). In einem nächsten Schritt werden auch die Fertigungsmodule weiter modularisiert. Hier sprechen wir von verteilter Steuerung dieser Module. Und dazu wandern weitere CPSsen in die Module. Die Smart Factory KL geht also alle Migrationsschritte hin zu einer durchgängigen Industrie-4.0-Fabrik.

Welche Anforderungen kommen damit auf die Anschluss- und Verbindungstechnik zu?

Anschluss- und Verbindungstechnik ist bei Modularisierung ein entscheidender Faktor. Denn der Nutzen durch Plu&Produce erfordert den richtigen Steckverbinder. Jedes Modul wird über einen universellen Steckverbinder angeschlossen. Diese Steckverbinder sind Bestandteil einer leistungsfähigen Infrastruktur. Bei einer industrietypischen Anordnung sind die Module über T-Stücke in Linientopologie verbunden. Dabei wandelt sich der Steckverbinder, denn die vielen Fertigungsmodule sollen einen Gesamtwertschöpfungsprozess darstellen und dazu reichen die klassischen passiven Steckverbinder nicht aus. Beim Aufbau der Smart Factory aus Einzelmodule müssen diese einerseits mit allen Lebensadern versorgt werden und andererseits muss deren Interaktion sichergestellt werden.

Was bedeutet das genau?

Nehmen wir den Ablauf des Um-Konfigurierens einer Smart Factory. Zuerst muss sichergestellt sein, dass ein Modul abgesteckt werden darf. Dazu sind die Ausgänge des Steckverbinders spannungsfrei zu schalten. Am T-Steckverbinder wird dieses angezeigt. Der Steckverbinder wird abgezogen, ein neues Modul eingesteckt. Jetzt muss identifiziert werden, welches Modul angesteckt wurde. Nachdem überprüft wurde, dass das eingesteckte Modul richtig ist, wird dieses in Betrieb genommen. Das geschieht sowohl für die Kommunikations- als auch die Energieverbindung. Neben den Funktionen eine Managed Switches wird ein Management der Leistung im T-Stück benötigt. Und, damit die Funktion abgesichert ist, sind auch Security Funktionen und Absicherungskonzepte für die Power zu integrieren. So lassen sich Linientopologien managen. Dieses Management ist nicht zuletzt aus Verfügbarkeitsgesichtspunkten notwendig.

Ergebnis ist daher, dass sich das klassische T-Stück sich zu einem smarten T-Stück wandelt. Die Steckverbinder müssen aufgrund der Kombination aller Lebensadern modular ausgeführt sein. Hier hat sich der Han-Modular-Steckverbinder als ideale Schnittstelle der Smart Factory erwiesen. Doch auch die elektromechanischen Eigenschaften dieses Steckverbinders wandeln sich. Beispielsweise sind in einer modularen Factory viel mehr Steckzyklen erforderlich, wenn Module permanent an und abgekuppelt werden. Wir haben hier mit der Ertüchtigung von Han-Modular für 10.000 Steckzyklen die adäquate Lösung.

Wird in Zukunft mehr Anschlusstechnik benötigt werden?

In erster Linie wird Industrie 4.0 taugliche Connectivity benötigt werden und davon immer mehr. Diese Connectivity ist auf sehr leistungsfähige Geräte abzustimmen und unterscheidet sich zum Teil signifikant von alten Lösungen. Der einfache Anschluss des Feldbusses ist beispielsweise nicht mit einem 10 Gigabit Ethernet-Anschluss zu vergleichen. Auch handelt es sich bei der Modularisierung nicht um ein proprietäres Einzelkunstwerk. Interoperabilität erfordert Standards. Das wirkt sich auch bei den Steckverbindern aus. In Summe bedeutet das ein mehr für Anschlusstechnik für die, die diese Anforderungen erfüllen.

Was geht heute schon: Wie sieht der Harting-Steckverbinder für Industrie 4.0 aus?

Da sich Harting in der Rolle des Enabler für Industrie 4.0 sieht, haben wir alle Connectivity auf ihre Industrie 4.0 Tauglichkeit überprüft. Prominentester Steckverbinder ist hier das Han-Modular System. Durch neue Module wie das Identifikationsmodul und den modulintegrierten Switch bieten wir zukünftig Industrie-4.0-spezifische Funktionen, die das riesige Gesamtspektrum der Module bereichert. Aber auch bei den Geräteschnittstellen gibt es klare Industrie 4.0 Vorgaben. Es werden immer kleinere intelligente Einheiten als CPS aufgebaut. Intern verlangen CPSsen kleine Board to Board Steckverbinder mit industrietauglicher Ausführung und hochperformante IP 67 Geräteschnittstellen. Da CPSsen einfach angeschlossen werden sollen und auch durch integrierte Aktuatorik eine beträchtliche Leistungsaufnahme haben, setzen sich immer mehr hybride Steckverbinder durch. Harting hat hierzu ein breites Spektrum an hybriden Geräteschnittstellen aufgebaut.

Welche Auswirkungen hat Industrie 4.0 auf das Berufsbild des Konstrukteurs im Maschinen- und Anlagenbau?

Industrie 4.0 ist von IT Technologien getrieben. Diese werden neben den Automatisierungskenntnissen zum Schlüssel für ein erfolgreiches Maschinen- und Anlagen-Design.

Lange Zeit wurden die Welten der industriellen Automatisierung und der IT-Technologien gut voneinander separiert. Anfang 2000 glaubte man, dass durch die Einführung von Ethernet in der Automatisierung diese Trennung der Welten überwunden wird. Das ist aber nicht geschehen. Der entscheidende Schritt kommt jetzt durch Industrie 4.0, da hier auch die Feldebene bis in die Business-Applikationen durchgängig wird. Daher sehe ich OPC UA als gleichberechtigt zu Automatisierungs-Kommunikation wie beispielsweise Profinet. Erst die Kombination der Kompetenzen erlaubt es, den Weg zur Industrie 4.0 zu beschreiten.

Was sind aktuelle F&E-Themen bei Harting?

Harting hat zur letzten HM eine hochintegrierte Infrastrukturbox vorgestellt. Diese Box stellt für uns den Übergang vom passiven T-Stück zum intelligenten T-Stück dar und zeigt die allgemeine Forschungsrichtung. Wir realisieren Industrie 4.0 Steckverbinder mit integrierter Intelligenz und mit optimierten Eigenschafften, wie beispielsweise die erhöhte Anzahl an Steckzyklen. Aber wir gehen auch über die Connectivity hinaus und bieten mit unserer eigenen modularen Plattform die Technologie für Cyber Physical Systems an. Beispielsweise haben wir so einen leistungsfähigen RFID Reader entwickelt und unsere RFID Transponder sind die Grundlage smarter Produkte.

Wie setzt Harting Integrated Industry im eigenen Unternehmen um?

Industrie 4.0 verändert Wertschöpfungsketten, in die unsere Produkte eingebunden sind. Die Individualisierung schließt auch den Steckverbinder ein. So haben wir auf der HM unseren Fertigungsansatz zum individuellen Steckverbinder vorgestellt. Dazu haben wir unsere eigene Smart Factory aufgebaut. Diese erzeugt nach Kundenvorgaben einen individuellen Han-Modular-Steckverbinder. Ein Han-Modular-Rahmen wir in einzelnen Fertigungsmodulen zu einem Steckverbinder zusammengesetzt, der dann abschließend kundenindividuell gekennzeichnet wird. Durch diese Demoanlage konnten wir Kompetenz für Industrie-4.0-Anlagen aufbauen in denen wir unsere Industrie 4.0 Connectivity erproben. Darüber hinaus haben wir neue Produktionstechnologien aber auch Geschäftsmodelle erkannt und erprobt, die wir jetzt in unsere Produktion einfließen lassen.

Vielen Dank für das Gespräch.

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Über den Autor

Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Redakteurin, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht