Drei Fragen an ...

Digitalisierung in der Fabrik

Matthias Roese, Chief Technologist Manufacturing, Automotive & IoT, Hewlett Packard Enterprise und Falko Binder, Enterprise Networking Architecture Lead, Cisco Deutschland im Gespräch über Digitalisierung in der Industrie.

  • Industriereboter für die Digitlisierung in Fabriken

    Auf dem Weg zur Smart Factory gibt es viele Herausforderungen für mittelständische Unternehmen.

  • Matthias Roese, Hewlett Packard Enterprise

    „Trotz aller Standardisierungsbemühungen sind Produktionsumgebungen nach wie vor durch große Heterogenität geprägt.“ (Matthias Roese, Hewlett Packard Enterprise)

  • Falko Binder, Cisco Deutschland

    „WiFi 6 (802.11ax), der neue WLAN-Standard, eignet sich besonders für die Vernetzung des Innenraums und ist deutlich kostengünstiger als 5G.“ (Falko Binder, Cisco Deutschland)

Überall ist heutzutage die Rede von der Digitalisierung – natürlich auch und gerade in der Industrie. Doch wie so oft ist das leichter gesagt als getan, denn gerade bei der Digitalisierung in der Fabrik steckt der Teufel im Detail.

Sensoren unterschiedlichster Maschinen speisen z.B. Informationen in die IT-Systeme ein, die erst einmal verstanden und zeitnah – wenn möglich in Echtzeit – zentral weiterverarbeitet und in sinnvolle Aktionen umgewandelt werden wollen. Die Techniker sprechen dann von Campus-Netzen, 5G-Mobilfunk, Edge Computing oder Künstlicher Intelligenz (KI). Das klingt alles andere als einfach und vor allem nicht gerade billig, so dass Mittelständler oft zurückzucken. Wir haben zwei Experten gebeten, Hilfestellung auf dem Weg zur „Smart Factory“ zu leisten.

ITM: Der Aufbau und auch der Betrieb von Campus-Netzwerken gelten als aufwendig. Mit welchen Maßnahmen kann der IT-Chef eines mittelständischen Unternehmens hier nachhaltig den Aufwand senken und damit Kosten sparen?
Matthias Roese:
Die effektivste Methode, um Aufwand und Kosten zu senken, ist ein Network-as-a-Service-Modell. Sprich: Ein Dienstleister übernimmt die Planung, Installation, den 24x7-Betrieb und die Technologie-Updates – abgerechnet wird das Ganze monatlich „nach Verbrauch“, also beispielsweise abhängig von der Zahl der genutzten Access Points, Switches und Router. Mit diesem Modell entfällt nicht nur der Investitionsaufwand für das Campus-Netz, es sinken auch nachweislich die Gesamtbetriebskosten. Das Netz lässt sich außerdem schnell und unkompliziert im Rahmen der variablen Abrechnung skalieren.

Falko Binder: Das Campus-Netzwerk sollte genau auf die Anforderungen des Unternehmens zugeschnitten sein, also auf die Endgeräte, die angebunden werden sollen: Sind diese mobil oder fest vernetzt? Welche Anwendungen sollen darauf genutzt werden? Ein zweckorientiertes Campus-Netzwerk zeichnet sich dahingehend aus, dass es alle erforderlichen Geräte und Dienste unterstützt. Dazu gehören nicht nur drahtlose Varianten wie WLAN, LTE/5G, Bluetooth oder Ultra-Breitband. Genauso wichtig sind drahtgebundene und weitere Wide-Area-Anbindungsformen, die zunehmend am Campus Anwendung finden, wie etwa die Funktechnologien LoRa oder NB-IoT. Es sollten aber – Stichpunkt „Einsparungen“ – nur diejenigen ausgebaut werden, die wirklich benötigt werden. Nicht jedes mittelständische Unternehmen benötigt 5G, auch wenn es „Smart Manufacturing“ betreibt. 

Neben diesen Grundsatzüberlegungen besteht hohes Einsparpotenzial beim Rollout und Betrieb der IT-Infrastruktur durch Dashboard-Nutzung, die die Verwaltung des gesamten Netzwerks vereinfacht. Ein zentrales Dashboard ermöglicht einen geringeren Konfigurationsaufwand bei der Integration neuer Komponenten und erlaubt die Reduzierung der Bereitstellungszeiten. 

Dies ist ein Artikel aus unserer Print-Ausgabe 3/2020. Bestellen Sie ein kostenfreies Probe-Abo.

ITM: Autonome Transportsysteme, mobile Roboter oder KI-gestützte Wartung erfordern Echtzeitanalysen. Worauf – außer auf das schnelle Campus-Netz – kommt es vor allem an, damit die IT-Infrastruktur das auch leisten kann?
Binder:
In der Tat spielen kombinierte, synchronisierte und gesicherte Abläufe vor allem für das Industrial Internet of Things (IIoT) eine kritische Rolle, wo Maschinen und Planungsprozesse zum Teil in Echtzeit miteinander vernetzt sein müssen. Ein Ansatz, der dies möglich macht, ist Time Sensitive Networking (TNS). TSN im industriellen Ethernet ermöglicht es, verschiedene Werksnetze in einem sicheren, deterministischen Industrienetz für Industrie 4.0 zusammenzuführen. IIoT-Anwendungen werden über dieselbe Ethernet-Infrastruktur ausgeführt wie die zeitkritische industrielle Automatisierungs- und Steuerungskommunikation.

Das kann Silos beseitigen, die die Erreichbarkeit kritischer Komponenten blockieren. Gleichzeitig hilft es, Echtzeitdaten für Analysen und Geschäftseinblicke zu extrahieren. TNS erlaubt es, Echtzeitdaten zu sammeln, um Analysen durchzuführen, betriebliche Erkenntnisse zu gewinnen und schlussendlich die Produktivität von Unternehmen zu steigern.

Roese: In vielen Fällen ist es notwendig, unmittelbar am datenerzeugenden Endgerät ein intelligentes Edge-System zu platzieren, das die anfallenden Daten erfasst, normalisiert und analysiert und die nötigen Reaktionen vor Ort einleitet. Nur relevante Daten – etwa Analyseergebnisse oder Abweichungen vom Normalwert – werden ins nahegelegene Mikrorechenzentrum oder direkt in die Cloud geschickt. 

Ein Knackpunkt ist dabei die Kommunikation der Edge-Systeme mit den industriellen Systemen in der Fabrik. Trotz aller Standardisierungsbemühungen sind Produktionsumgebungen nach wie vor durch große Heterogenität geprägt. Edge-Systeme müssen deshalb standardmäßig eine große Bandbreite an Optionen für das Ansteuern von industriellen Systemen bieten – etwa CAN-Bus, Modbus oder Profinet –, sei es über einen multiprotokollfähigen Standard wie PXI oder über dedizierte Adapter. 

Entscheidend ist die Integration von der Feld- bis zur Unternehmensebene, sprich: von Speicherprogrammierbaren Steuerungssoftware (SPS) bis zum Enterprise-Resource-Planning-System (ERP) und wieder zurück. Dazu sind z.B. Technologien wie Data Pipelines und Data Taps nötig, um heterogene und verteilte Daten zusammenzuführen. Außerdem helfen so genannte Low-Code-Workflow-Generatoren, denn damit lassen sich Datenquellen, Adapter, Treiber, Middleware, Analytics, Manufactoring-Execution-Systeme (MES) und ERP-Anwendungen sehr einfach zu einem Workflow verknüpfen.

ITM: Eine geschickte Kombination aus Mobilfunk und Edge Computing kann die Reaktionszeiten im Netz unter zehn Millisekunden drücken – auch schon mit 4G-Technologie oder WLANs. Welche spezifischen Vorteile bringt 5G für IIoT-Anwendungen in der „Smart Factory“?
Binder:
5G ermöglicht prinzipiell entweder sehr geringe Latenz bei reduzierter Bandbreite oder hohe Datenraten bei höherer Latenz. Für das IIoT versprechen vor allem Anwendungsfälle der ersten Kategorie spezifische Vorteile: URLLC – kurz für „Ultra Reliable Low Latency Communication“ – ist für zeitkritische Anwendungen vorgesehen, die auf Latenzzeiten von einer Millisekunde oder darunter angewiesen sind. Beispiele dafür sind die Robotersteuerung oder die Überwachung von Prozessen in der Produktion.

Zu berücksichtigen ist jedoch, dass 5G langfristig hohe laufende Gebühren verursachen kann. Es wird über lizenzierte Bänder bereitgestellt, für deren Nutzung den Netzbetreibern hohe Kosten entstehen, die sie an ihre Kunden weitergeben müssen. Für die Campus-Vernetzung sind andere drahtlose Technologien meist zielführender und kostengünstiger: WLAN, Bluetooth und Narrowband. WiFi 6 (802.11ax), der neue WLAN-Standard, eignet sich besonders für die Vernetzung des Innenraums und ist deutlich kostengünstiger als 5G. Auch WiFi 6 ist darauf ausgelegt, eine Vielzahl von Datenströmen gleichzeitig ohne Verzögerungen zu verarbeiten. 

Roese: Das ist nicht so offensichtlich, wie manche meinen. Die weitaus größere Bandbreite von 5G kann bei sehr datenintensiven Anwendungen wie der Video-Analyse von großem Nutzen sein – aber in vielen IIoT-Szenarien geht es um relativ kleine Sensordatensätze. 

Ein großer Vorteil von 5G ist aber die technologische Nähe zu WiFi 6. Damit wird es erstmals möglich, Mobilfunk und WLAN einheitlich zu managen und einen völlig unterbrechungsfreien Übergang zwischen beiden Übertragungstechniken zu ermöglichen. Beispiel: Ein Gabelstapler ist im Fabrikgebäude mit WiFi 6 verbunden, und wenn er aufs Gelände fährt, übernimmt automatisch 5G. 

Das bedeutet, dass Fertigungsfirmen die Wahlfreiheit bekommen, für jeden Anwendungsfall die beste Übertragungstechnik einzusetzen. Von 5G ist ja derzeit ständig die Rede, aber WLAN bietet ebenfalls entscheidende Vorteile. WLAN ist in der Regel deutlich günstiger als Mobilfunknetze, und es ermöglicht die nahtlose Integration mit Standards wie Bluetooth Low Energy, Zigbee Pro oder WirelessHART. Sensoren können beispielsweise ihre Daten extrem energiesparend per Bluetooth Low Energy über einen WLAN Access Point an nahe oder ferne Rechner schicken. 

Bildquelle: Gettyimagse/iStock/Hewlett Packard Enterprise/Cisco Deutschland

©2020Alle Rechte bei MEDIENHAUS Verlag GmbH

Unsere Website verwendet Cookies, um Ihnen den bestmöglichen Service zu bieten. Durch die weitere Nutzung der Seite stimmen Sie der Verwendung zu. Weitere Infos finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.

ok