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Kopplung von OT mit IT bei der Digitalisierung in der Produktion
AMC/Advantech: Die fortschreitende Digitalisierung in der Produktion und damit verbundener Prozesse erlaubt Industrieunternehmen einen wesentlichen Schritt zur Verbesserung ihrer Effizienz und Qualität als auch deren Wettbewerbsfähigkeit. Dabei spielt die Weitergabe wesentlicher Daten aus der Produktion, der Maschinen- und Anlagenzustände bis hin zu deren Zustandsüberwachung in der Automationsebene in übergeordnete ERP/MES-Systeme eine zentrale Rolle. Gleichzeitig sind auch Arbeitsaufträge, Parameter- und Konfigurationseinstellungen u.v.a.m. aus der übergeordneten Ebene sicher, schnell und zuverlässig in die Produktion über die miteinander vernetzten IT-Systeme der Bereiche zu übertragen. AMC als Systemhaus hilft Ihnen bei der Auswahl, Bereitstellung und Anpassung zu notwendiger Computer-, Kommunikations-, Mess- und Steuerungstechnik sowie bei der erfolgreichen Integration in ihre IT-Umgebung.
Seit mehreren Jahrzehnten spielen zwei unterschiedliche Technologien, die Informationstechnologie und die Betriebstechnik, eine grundlegende Rolle für den effizienten Betrieb der weltweiten Produktionslinien. In der Regel existieren diese beiden IT-Welten als separate Einheiten. Aber in Anbetracht der Nutzaspekte, beide Sphären in einem System zu verschmelzen, versuchen sich viele Hersteller an einer Integration – und viele scheitern bei diesem Vorhaben. Um zu verstehen, woran diese Projekte scheitern und wie man sie zum Erfolg führt, muss man beide Technologien verstehen.
OT - IT - Kopplung ist alternativlos
Operational Technology (OT) bezieht sich auf die Hard- und Softwaresysteme, die Maschinen und Prozesse überwachen und steuern – nicht nur in der Fertigung, sondern auch in der Logistik, bei Versorgungsunternehmen, bei der Gebäudeleittechnik, im Verkehrsmanagement u.a.. Während die Technologien und die Terminologie den Spezialisten der jeweiligen Disziplinen noch geläufig sind, kann dieses Wissen außerhalb des Fachbereichs nicht vorausgesetzt werden.
Informationstechnologie (IT) hingegen wird breiter verstanden. Sie ist typischerweise im Büro oder Rechenzentrum einer Organisation zu finden und umfasst alle Computer, Server und netzwerkbasierten Strukturen, die Daten verarbeiten und speichern.
In der Vergangenheit waren Überschneidungen zwischen IT und OT nicht vorgesehen und meist auch nicht erwünscht. Stattdessen wurden diese Technologien von verschiedenen Abteilungen in eigener Verantwortlichkeit verwaltet. Die weiter steigenden Anforderungen in der Industrie und der Wirtschaft generell – gerade in Verbindung mit der Verbreitung des Internets der Dinge (IoT) – spiegeln sich unmittelbar in den Applikationen der industriellen Automatisierung wieder.
Der Megatrend Industrie 4.0 hängt mit dieser Entwicklung direkt zusammen. Die vierte industrielle Revolution verändert die etablierten Strukturen von OT und IT: Die Koexistenz beider Systemwelten ist für viele Hersteller nicht länger akzeptabel. Immer mehr Führungskräfte und Ingenieure fordern, Produktionsanlagen aus der Ferne überwachen und steuern zu können – in Echtzeit und rund um die Uhr. Um das zu realisieren, müssen produzierende Unternehmen eine entsprechende Infrastruktur zur Datenspeicherung und -verarbeitung vorhalten, Cloud Services einbinden und dabei die IT-Sicherheit im Auge behalten.
Steigende Ansprüche
IT-Geräte sind für den Einsatz in Büroräumen oder Rechenzentren konzipiert. Diese Orte sind in der Regel sauber, temperatur- sowie feuchtigkeitskontrolliert und mit Failover-Systemen gesichert. Fällt ein System aus, ist der Support-Mitarbeiter meist schnell am Platz. Diese Hardware ist nicht darauf ausgelegt, den Umgebungseinflüssen einer Fabrik standzuhalten. OT-Hardware, wie speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und andere proprietäre Produktionsanlagen, hat einen vergleichsweise langen Lebenszyklus. Daher basieren aktuell eingesetzte Industriegeräte auf einer Vielzahl von physikalischen Kommunikationsschichten, die meist mit dem Hersteller der industriellen Steuerung verbunden sind.
Gängig ist zum Beispiel Profibus, Devicenet, Interbus und Modbus. Um moderne Vernetzungsszenarien wie die Echtzeiterfassung und Weitergabe von Sensordaten umzusetzen, braucht man beides: leistungsstarke Industrie-PCs und produktionsnahe Server, die auch unter rauen Umgebungsbedingungen ihren Dienst verrichten, sowie die damit vernetzte IT-Infrastruktur
OT-Upgrade
Das Hauptproblem bei der Erfassung von Daten aus der OT-Technologie ist es, auf Werksebene gesammelte Daten an die IT-Systeme weiterzuleiten. Dazu bieten sich im Wesentlichen drei Möglichkeiten an:
- OT-Upgrade – zusätzlich zu ihren traditionellen Automatisierungsaufgaben lassen sich die SPSen und Industrierechner so programmieren, dass sie alle Daten an angebundene IT-Systeme liefern.
- Gateway Aggregator – ein Aggregationspunkt innerhalb des IO-Controllers kann mit einem Gateway verbunden werden. Dieses integrierte Gerät extrahiert die Daten aus dem Echtzeitsystem und stellt sie dem IT-System zur Verfügung, ohne dass die SPS oder der IPC neu programmiert werden muss.
- Direkte Kommunikation – Bei dieser Variante sind alle Sensoren und Aktoren mit aktiven Kommunikationsmodulen ausgestattet, die eine direkte Anbindung an das IT-System ermöglichen.
Auswahl der passenden Strategie
Anlagenbetreiber sollten sorgfältig abwägen, welche Option für ihren Betrieb am besten geeignet ist. Dafür gilt es, die Vor- und Nachteile sowie Kosten zu berücksichtigen. Als Faustregel gilt, dass ein Upgrade der OT meist die beste Wahl für Neuinstallationen ist, bei denen eine geeignete PC-basierte Steuerung (Soft-SPS) gewählt wurde. Bei Bestandsanlagen sind die laufenden SPSen und Industrie-PCs jedoch oft ungeeignet, den zusätzlichen Datentransport zu übernehmen. In diesen Fällen ist die Neuprogrammierung einer SPS mit erheblichen Kosten und Anlagenstillständen verbunden. Daher wird in solchen Situationen in der Regel eine Gateway Aggregator-Lösung bevorzugt. Direct Communication bietet eine Alternative für gezielte, hochwertige Upgrades der Bestandsanlagen. Wenn jedoch viele Sensoren benötigt werden und jeder mit Kommunikationsfähigkeiten ausgestattet werden muss, könnte dieser Ansatz wirtschaftlich unrentabel sein.
Kommunikationsgateways und -protokolle
Um industrielle Bestandssysteme an eine Internet of Things-Anwendung anzubinden, müssen Daten erst einmal von ihren anwendungsspezifischen physikalischen Bussystemen auf offene Netzwerkschnittstellen wie Ethernet und Wireless konvertiert werden. Anders als bei der Operational Technology verwenden IT-Unternehmensnetzwerke die Standards und Protokolle, die auch im Internet verwendet werden, etwa TCP/IP. Anwendungsspezifische Protokolle wie HTTP/S, SNMP, MQTT werden dann auf die Oberseite geschichtet. Das Internet nutzt zum Beispiel die Programmiersprachen Javascript oder Java und Informationen werden via HTML5 dargestellt.
Datensammlung und -aufbereitung
IIoT-Plattformen sammeln große Mengen an Rohdaten von angeschlossenen Sensoren, Aktoren und anderen OT-Geräten. Um die benötigte Datenbandbreite auf ein akzeptables Maß zu reduzieren, sollten die relevanten Daten schon aus den Rohdaten gefiltert werden, bevor sie an die Cloud-Infrastruktur zur Analyse weitergeleitet werden
In der Praxis ist das nicht so einfach, da die meisten OT-Netzteilnehmer, wie Sensoren und Geräte, über keine Funktionen zur Datenverarbeitung und -filterung verfügen, oder die Rechenleistung nicht ausreicht. Intelligentere OT-Assets wie SPSen sind hingegen oft für die Ausführung einer einzigen Aufgabe aufgelegt und nicht darauf, anfallende Fertigungsdaten mit anderen Systemen zu teilen. In diesem Fall werden für die IoT-Anwendung Edge-Computing-Geräte benötigt, die als Gateway zwischen OT-Assets und IT-Cloud dabei helfen, Daten zu erfassen, zu speichern, zu filtern und weiterzuleiten.
Für diese Aufgabe stehen verschiedene IoT-Gateway-Lösung zur Verfügung, die mit Sensoren und Aktoren verbunden werden können, um die analogen und digitalen Sensordaten zu erfassen.
Industrie PC und Server für die Smart Factory
Mit speziell ausgelegten Industrieservern lassen sich viele Flaschenhälse in industriellen IoT-Anwendungen überwinden. Diese Systeme unterscheiden sich in vielen Punkten von regulären Servern und sind gerade in Smart Factory-Anwendungen an der richtigen Stelle unverzichtbar. Entsprechende Industrie-PCs und eingebettete Automatisierungsrechner können die Feldebene mit dem IT-Netzwerk gerade in Applikationen mit virtuellen Infrastrukturen verbinden, wo es um die Verarbeitung von großen Datenmengen geht.
Zusammenfassung
Der Weg zur Industrie 4.0 ist für das produzierende Gewerbe der Weg in die Zukunft. Die mit Digitaltechnik gewonnene Kontrolle über das Fertigungsgeschehen ermöglicht es den Unternehmen, ihre Effizienz und Produktivität zu steigern und gleichzeitig die Kosten zu senken. Die Soft- und Hardware im Unternehmen sollte dabei nicht nur die aktuellen Prozesse unterstützen, sondern auch eine Basis für die nächsten Ausbaustufen einer Smart Factory bilden. AMC als iAutomation-Premier-Partner von Advantech kann mit seinem Portfolio Anwendern dabei helfen, die Lücke zwischen OT und IT zu schließen. AMC bietet ein weitreichendes Spektrum an Hardware-Plattformen und Engineering-Software, um IoT- und Industrie 4.0-Dienste im Produktionsumfeld zu implementieren.
Lassen Sie sich noch heute von AMC beraten. Wir freuen uns auf Ihre Anfragen!
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