Zukunftssichere Industrie 4.0-Wertschöpfungsnetzwerke

Durch die digitale Transformation wird das Applikationsengineering heute mehr denn je zur industriellen Schlüsseldisziplin. Konnte sich die Entwicklung von Automatisierungssoftware für Anlagen, Maschinen und Maschinenkomponenten in der Vergangenheit nicht selten auf klar abgegrenzte Bereiche wie einzelne Maschinen oder Maschinengruppen beschränken, so zwingt der Trend zur Industrie 4.0 den Applikationsingenieur mittlerweile dazu, selbst im Kleinsten das große Ganze im Blick zu haben. Denn in der Smart Factory der Zukunft wird es keine unverbundenen Automationsinseln mehr geben – vielmehr werden alle Geräte, Maschinen und Systeme umfassend vernetzt sein und durch einen kontinuierlichen Informationsaustausch miteinander kommunizieren.

Maschinen und Anlagen müssen so flexibel wie möglich kombinierbar sein, um den immer schneller wechselnden Anforderungen und dem Trend zur individualisierten Produktion gerecht werden zu können. Das geht am Ende auch über die Grenzen der einzelnen Betriebe hinaus. Aus Wertschöpfungsketten werden unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke. Wer hier nicht anschlussfähig ist, riskiert seinen Platz in der Supply Chain und damit seine Wettbewerbsfähigkeit. Auf diese Aufgabe sind viele Betriebe noch nicht vorbereitet. Vielmehr mangelt es vielerorts an Software-Experten, die entsprechende Qualifikationen mitbringen, um die Fabrik von Morgen zu realisieren.

Applikations-Engineering unter hohem Erwartungsdruck

Die skizzierte Entwicklung macht das Applikations-Engineering zu einer holistischen Disziplin, von der die langfristige Überlebensfähigkeit eines Unternehmens abhängt. Das setzt die Applikationsingenieure unter hohen Erwartungsdruck. Sie müssen – zum Teil in betriebsübergreifender Zusammenarbeit – hochflexible und extrem anpassungsfähige industrielle Ökosysteme schaffen, wo heute oft noch starre, proprietäre und zentralisierte Steuerungsinseln dominieren. Und das unter Berücksichtigung stetig steigender Sicherheitsanforderungen, um Mensch, Maschine und Umwelt zu schützen. Ansatzpunkte zur Entwicklung solcher Ökosysteme sind zum einen die Steuerungseinheiten und Sicherheitsfunktionen von Maschinen und Geräten und zum anderen die übergeordneten Automatisierungslösungen.

Je nachdem, ob der Applikationsingenieur nun – aus welcher Position heraus auch immer – für einen Komponentenhersteller, einen Maschinenbauer oder einen Anlagen- bzw. Fabrikbetreiber tätig ist, ergeben sich natürlich verschiedene Aufgabenstellungen mit unterschiedlichen Komplexitätsstufen. Im Komponentenbereich wie auch im Geräte- und Maschinenbau sollten Schnittstellen, Steuerelemente und komplette Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPSen) stets so ausgelegt werden, dass sie eine unkomplizierte Integration der Systeme in unterschiedlichste IIoT-Umgebungen unterstützen. Analog dazu sollten dann anlagen- bzw. fabrikseitig offene Automatisierungsplattformen realisiert werden, die neben der herstellerübergreifenden Integration aller Gewerke auch die Realisierung verteilter Anwendungen unterstützen. Das Stichwort lautet hier Interoperabilität: Die ursprünglich heterogenen Maschinen und Geräte, deren Steuerungsebenen durch unterschiedliche Betriebssysteme und Programmiersprachen charakterisiert sind, sollen am Ende nahtlos zusammenwirken und einen bis ins letzte Detail hinein präzise abgestimmten Prozess ermöglichen.

Interoperabilität als Herausforderung – Innovation als Lösung

Doch der Weg zur Interoperabilität ist komplex und bedingt Modularisierung und Schnittstellen-Komptabilität. Für die Beherrschung dieser Komplexität braucht es innovative Lösungen, die mehr Funktionalität – und damit Flexibilität – im Applikations-Engineering bereitstellen. Ideale Voraussetzung dafür ist die Nutzung offener, plattformunabhängiger Engineering-Umgebungen, die verschiedene Betriebssysteme und proprietäre Steuerungen integrieren, um so einen Vendor-Lock-In auszuschließen. Durch die zusätzliche Integration entsprechender Simple-Engineering-Werkzeuge können auch Anwender ohne umfassendes Entwickler-Knowhow hochwertige, funktional sichere Automatisierungslösungen entwickeln.

Ein Beispiel für eine solche offene und plattformunabhängige Umgebung ist die Open Automation Architecture Lösung des Engineering-Spezialisten logi.cals. Mit ihr hat das mittelständische Unternehmen aus der niederösterreichischen Landeshauptstadt St. Pölten eine cloudbasierte Multi-Language-Entwicklungsumgebung vorgelegt, die auf allen Ebenen einer Smart Factory – vom Sensor bis zur verteilten Steuerung – ein zukunftsfähiges Applikationsengineering 4.0 ermöglicht. Die Engineering-Umgebung unterstützt sowohl sämtliche in IEC-61131-3 standardisierten SPS-Programmiersprachen als auch Hochsprachen (C, C++). Durch die offene Architektur kann die Engineering-Umgebung einfach in bestehende client- oder cloudbasierte Automatisierungsplattformen und IOT-Ökosysteme integriert werden. Sowohl ODMs als auch OEMs können sich durch die Integration der logi.cals-Technologien in ihre eigenen Plattformen stärker auf Ihre Kernkompetenzen fokussieren: Ein klarer Wettbewerbsvorteil bei knappen Entwicklungs-Ressourcen.

Auf der Open Automation Architecture basierende Plattformen stellen Applikationsingenieuren ein komplettes Engineering-Ökosystem an Infrastruktur und Schnittstellen zur Verfügung, in das unterschiedliche Werkzeuge eingebunden werden können. Durch die Integration der bestehenden logi.cals-Lösung logi.CAD 3 steht zudem ein effizientes, plattformunabhängiges Software-Engineering-Toolkit für die Realisierung von Automatisierungs-Applikationen zur Verfügung. Das Engineering-Tool läuft auf allen gängigen Betriebssystemen (Windows, Linux, Mac OS) und lässt sich aufgrund seines modularen Aufbaus flexibel erweitern. Features wie die integrierte Safety-Toolchain ermöglichen die effiziente und kostenschonende Umsetzung von funktionalen Sicherheitslösungen. Neben der Client-Ausführung ist es auch als Cloud-Version (logi.CLOUD) verfügbar, was eine systemgrenzenüberschreitende Zusammenarbeit in globalen Entwicklungsteams ermöglicht. Durch die Nutzung der objektorientierten, plattformunabhängigen Programmiersprache Java sowie des Open-Source-Programmiertools Eclipse bzw. Eclipse-fähiger Komponenten steht die offene Engineering-Lösung auch langfristig sicher zur Verfügung. Die Ergebnisse bzw. Teilergebnisse der Programmierarbeit lassen sich in zentralen Bibliotheken archivieren und können so jederzeit für weiterführende Programmieraufgaben oder Low-Code-Projekte wiederverwendet werden. Darüber hinaus besteht die Option, Laufzeitsysteme und SPSen zu virtualisieren und die Anwendung der programmierten Lösungen so zunächst in der Cloud zu testen – eine Funktion, die vor allem für die Simulation noch gänzlich unerprobter verteilter Anwendungen interessant ist und den Programmierern die Möglichkeit bietet, auch unter dem Zeitdruck immer kürzerer Entwicklungszyklen eine qualitätssichere Lösung realisieren zu können.

Für Automatisierer mit eingeschränkten Programmierkenntnissen steht innerhalb der Open Automation Architecture das browserbasierte logi.WEB/SAFE-Tool zur Verfügung. Über eine grafische Benutzeroberfläche lassen sich hier sowohl die gewünschten Applikationen als auch passende Lösungen zur funktionalen Maschinen- und Gerätesicherheit programmieren. Für die Applikationen können Automatisierer dabei auf die wachsende Anzahl von Standard-Bibliotheken zurückgreifen, die schon jetzt viele logische Bausteine zur Applikationserstellung „out of the box“ enthalten. Analog dazu können auch Applikationsmodule verwendet werden, die von hauseigenen Spezialisten entwickelt wurden. Für die funktionalen Sicherheitslösungen steht eine integrierte PLCopen TC5-Bibliothek zur Verfügung, die ebenso wie das logi.SAFE-Tool gemäß der der internationalen Sicherheitsfunktions-Norm ISO 61508 SIL3 zertifiziert ist.

Fazit

Angesichts der enormen Herausforderungen, mit denen Applikationsingenieure gegenwärtig konfrontiert sind, bieten plattformunabhängige Engineering-Umgebungen wie die Open Automation Architecture von logi.cals die besten Voraussetzungen für eine Umsetzung ehrgeiziger Automatisierungsprojekte. Breite Skalierungsoptionen und risikofreie Testmöglichkeiten in der Cloud erlauben ein schrittweises Herantasten an die erforderlichen Lösungsansätze und geben Raum für kreatives Experimentieren. Zugleich stehen sämtliche Tools zur Verfügung, die für die verbindliche Entwicklung hochwertiger und zukunftsweisender Automatisierungslösungen erforderlich sind. Darüber hinaus wird sichergestellt, dass auch diejenigen Schritt halten können, die aufgrund eingeschränkter personeller oder finanzieller Kapazitäten keine vollwertige Entwicklungsarbeit zu leisten im Stande sind. Sie können sich mit Hilfe von Baukastensystemen und grafischen Editoren „in time und budget“ standardisierte Automatisierungslösungen zusammenstellen, die für viele Anforderungen genügen und den Weg in die Digitalisierung ebnen – einen Weg, zu dem es heute keine Alternative mehr gibt.

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