Industrie 4.0 „Das Netzwerk wird zur entscheidenden Komponente“

Autor / Redakteur: Ines Näther / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Industrie 4.0 verändert durch Cyber Physical Systems die industrielle Produktion radikal. Und doch wird Industrie 4.0 nur umsetzbar sein, wenn Cyberwelt und physikalische Welt zusammengeführt werden. Das ist für Andreas Huhmann bei Harting Auftrag und Vision zugleich.

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Mit Industrie 4.0 kommt eine neue Anforderung auf die Netzwerktechnologie und damit auch auf die Verbindungstechnik zu.
Mit Industrie 4.0 kommt eine neue Anforderung auf die Netzwerktechnologie und damit auch auf die Verbindungstechnik zu.
(Bild: Harting)

Industrieanlagen folgen bis heute weitgehend einem simplen Konzept: Es geht um Automatisierungsaufgaben, die von Automatisierungsgeräten ausgeführt werden. Diese Geräte müssen mit einer Zentralsteuerung verbunden werden. „Mehr ist nicht notwendig für ein zweifelsfrei extrem leistungsfähiges Konzept“, erklärt Andreas Huhmann, Strategy Consultant Connectivity & Networks bei Harting, der auch im Vorstand der Smart Factory ist. Das Netzwerk sei dabei nur das Vehikel des industriellen Ethernet-Feldbusses oder – noch trivialer – nur die Verbindungsleitung. Aus Sicht der Automatisierung ist das absolut nachvollziehbar und ausreichend.

Mit Industrie 4.0 sieht der Experte jedoch eine neue Anforderung auf die Netzwerktechnologie und damit eben auch auf die Verbindungstechnik zukommen: „In Industrie 4.0 soll die industrielle Produktion effektiver, flexibler und leistungsfähiger werden. Die Steuerungsaufgaben gehen von einer zentralen Steuerung auf das System selbst über.“ Für die Struktur der Produktionsanlagen bedeute dies einen radikalen Konzeptwechsel: „Aus einem streng hierarchischen wird ein dezentrales System. Anlagen werden modular aufgebaut, Steuerungsaufgaben werden in das System verlagert. Das Netzwerk wird zur entscheidenden Komponente.“

Was braucht Feldebene 4.0?

Daraus ergibt sich die Frage, was kommt durch Industrie 4.0 zur Feldebene 4.0 hinzu? Denn freilich, das hört sich zwar einfach und logisch an, die praktische Umsetzung ist jedoch an eine Reihe von Bedingungen geknüpft: Im Zentrum steht dabei laut Andreas Huhmann die Integration von Cyber Physical Systems (CPS) und der materialen Produktionswelt. So ist Industrie 4.0 geprägt durch die Integration von CPS in IT-Applikationen - und soll möglichst flexibel erfolgen. Der starre Verbund von klassischen Produktionsanlagen wird damit aufgebrochen.

Der Netzwerkspezialist beschreibt zwei dadurch entstehende Bereiche, die miteinander in Verbindung gebracht werden müssen:

In den ersten Umsetzungen, etwa der Smart Factory KL, hat sich gezeigt, dass die entscheidende Nahtstelle zwischen den autarken Anlagenmodulen liegt. Diese können konventionell aufgebaut sein, also mit Kopfsteuerung und dezentralen I/Os. Sie können aber auch aus CPS aufgebaut sein. Was sie in jedem Fall auszeichnet ist, dass diese Module im Fertigungsablauf einen in sich vollständigen Service am realen Objekt durchführen. Der Aufbau der Module kann auch jetzt noch konventionell erfolgen, ohne die Vorteile von Industrie 4.0 zu gefährden.

Module sollen in einer Fertigung an unterschiedlichen Orten extrem einfach und vor allem schnell in den Fertigungsprozess integriert werden. Und es sollen an diesen Orten unterschiedliche Module eingesetzt werden können.

Mit diesen zwei Kernforderungen erhält die Verkabelung einen anderen Charakter. „Der Einsatz an verschiedenen Orten führt zur Grundeinrichtung und die Verwendung mit unterschiedlichen Modulen zum Grunddienst. Die Verkabelung wird zur Infrastruktur“, ist Andreas Huhmann überzeugt.

Infrastruktur der Industrie-4.0-Fertigung in der Definitionsphase

Wie wird also die Infrastruktur der Industrie-4.0-Fertigung aussehen? „Die Infrastruktur der Smart Factory befindet sich in der Definitionsphase“, sagt der Fachmann. Sowohl für die IT als auch für die Automatisierung kommt Ethernet zum Einsatz. Im Office-Gebäude besteht dazu eine anwendungsneutrale Verkabelung nach ISO/IEC 11801. Diese Norm beschreibt, wie eine passive Netzwerkinfrastruktur aufzubauen ist.

Überträgt man diese Betrachtung auf die Produktionsanlage, so sollen unterschiedliche Module in das Netzwerk integriert werden. Dazu müssen alle Lebensadern der Industrie berücksichtigt werden. Huhmann nennt welche das sind: die Kommunikation, die 400 Volt Power, Druckluft, Hilfsenergien und weitere Signale. „Die benötigten Verbindungen sind also mannigfaltig und ein einfaches Plug-and-Produce wird erst dann möglich, wenn diese in eine Schnittstelle, einen Steckverbinder integriert werden.“

Steckverbinder für alle Lebensadern

Harting stellt mit dem Han-Modular hier durch den modularen Aufbau alle Lebensadern zur Verfügung. Mit der Standardisierung der Modulschnittstelle ist bereits ein entscheidender Schritt gemacht. Doch zum Aufbau einer Infrastruktur gehört mehr. Andreas Huhmann: „Im Falle der industriellen Produktion muss die Modulschnittstelle unterschiedlichste Funktionen bieten, damit ein einfacher und vor allen Dingen sicherer Betrieb möglich wird. Neben der Modulanschluss-Schnittstelle sind das das Management respektive die Diagnose, das Identifizieren der Module, Energiemessung und Energie-Schalten, eine Absicherung der 400 Volt sowie Safety und Kommunikation in Echtzeit. Diese Funktionen können durch aktive Netzwerkkomponenten sichergestellt werden.“

Harting treibt die Entwicklung dieser Industrie 4.0 Infrastruktur-Komponenten intensiv voran. Seine Smart Power Network Unit führt etwa das Thema der Administration von Kommunikation und Power zusammen. Diese Infrastrukturkomponente unterstützt mit der Linie und dem Ring die industrietypischen Topologien und spannt so eine Infrastruktur auf, die den flexiblen Einsatz unterschiedlicher Fertigungsmodule ermöglicht.

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