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Software für Smart Factories: Von der Idee zur Wirklichkeit

| Redakteur: Sariana Kunze

Mit der Vision, die Automatisierung in der Industrie spielerisch einfach zu machen, gründete Thomas Punzenberger 1987 ein kleines Start-up. Heute, 30 Jahre später, bietet Copa-Data Softwarelösungen für Smart Factories mit dem Motto Parametrieren statt Programmieren an.

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Thomas Punzenberger, CEO Copa-Data, gründete 1987 in Salzburg in einer Zweizimmerwohnung die Ing. Punzenberger Copa-Data GmbH.
Thomas Punzenberger, CEO Copa-Data, gründete 1987 in Salzburg in einer Zweizimmerwohnung die Ing. Punzenberger Copa-Data GmbH.
(Bild: rolandhoelzlfotografie.com )

Bereits Ende der 1980er Jahre erkannte Thomas Punzenberger das Potenzial von Softwaresystemen in der Industrie. Die Idee zu einem Geschäftsmodell kam ihm durch seine Beschäftigung in der Entwicklung: „Dort haben wir das Rad immer wieder neu erfunden, alles wurde von der Pike auf neu programmiert. Ich wollte damals schon einen Baukasten einführen, mit dem sich Entwicklungsingenieure ihr Projekt selbst zusammenstellen können, ohne einen Programmierer zu brauchen“, erklärt der Firmenchef. Der Grundstein für Copa-Data war gelegt. Das große Ziel: Projekte einfach konfigurierbar zu machen und auch für Anwender ohne Programmierkenntnisse ein Tool bereitzustellen, das diese Aufgaben für sie erfüllt.

Parametrieren statt Programmieren

1987 gründete Thomas Punzenberger dann die Ing. Punzenberger Copa-Data GmbH, 1988 stieg sein Bruder Alexander in das Geschäft ein. „Damals haben uns viele Personen davon abgeraten, unser System auf Basis von Microsoft Windows aufzubauen, weil das in der Industrie nicht die geläufige Praxis war. Ebenso stieß unser Konzept ‚Parametrieren statt Programmieren‘ anfänglich auf viel Skepsis“, beschreibt CEO Punzenberger. Der Erfolg gibt den Gründern Recht – aber es gab auch Rückschläge: Zunächst war die Auftragslage mau, die Brüder hielten sich mit PC-Handel und Auftragsprogrammierungen über Wasser. Bis zu den ersten brauchbaren Codes vergingen zwei Jahre – und noch einmal so viel bis zur Fertigstellung der ersten Software-Version 1991. Einer der wichtigsten Kunden jedoch ging ein halbes Jahr darauf insolvent: Die Kredite für die Unternehmensgründung drohten zu platzen. Doch die Punzenbergers gaben nicht auf: Sie waren überzeugt von ihrer Idee der einfach zu bedienenden Software mit offener Architektur. So gewannen sie Implementierungspartner wie die Firma Prozesstechnik Kropf für sich und wendeten das frühe Ende des Unternehmens ab.

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Software für Smart Factories

Batch Control in Zenon 8.00 ermöglicht einen durchgängig automatisierten Workflow bei der Freigabe von Vorlagenrezepten und dem Import von extern erstellten Rezepten, die direkt an die Produktion weitergegeben werden.
Batch Control in Zenon 8.00 ermöglicht einen durchgängig automatisierten Workflow bei der Freigabe von Vorlagenrezepten und dem Import von extern erstellten Rezepten, die direkt an die Produktion weitergegeben werden.
( Bild: Copa-Data )

Mit Zenon 8.00 und Zenon Analyzer 3.20 stellt Copa-Data neue Versionen seiner Automatisierungs- und Reporting-Software vor. Beim diesjährigen Release stehen neben modul- und branchenspezifischen Erweiterungen auch Anpassungen der Produktinfrastruktur im Mittelpunkt. Dadurch sollen Kunden künftig von einer besseren Performance in den Bereichen Datenverteilung, Netzwerk und Redundanz sowie zyklische Archivierung profitieren.

Zum Beispiel schafft die Version aufgrund optimierter Datenverteilung zwischen Treiber und Runtime mehr als 10.000 Variablenänderungen pro Sekunde in einem Bild. Durch Multi-Threading ist die Netzwerk-Redundanz um bis zu 50 Prozent performanter und in der zyklischen Archivierung können in Stresstests 250.000 Variablen pro Sekunde geschrieben werden.

Software mit weiterentwickeltem Lizenzmanagement

Die Weiterentwicklungen an der Basis der Software sind zudem Grundlage für eine neue Lizensierung, die das Lizenzmanagement für Kunden flexibler, schneller und übersichtlicher macht, erklärt das Unternehmen.

Erfasste Werte grafisch in Kurvenform darstellbar

Mit dem Extended Trend-Modul werden erfasste Werte grafisch in Kurvenform dargestellt. Es zeigt sowohl historisch aufgezeichnete Daten als auch Online-Daten, die nicht gespeichert werden. Neuerungen und Optimierungen im Extended Trend sollen zu einer höheren Benutzerfreundlichkeit führen. Im Engineering zum Beispiel befindet sich die Indexsubstituierung, eine Form des objektorientierten Projektierens, von Kurvenvariablen. Grafische Darstellungen von Archivdaten sollen schneller und intuitiver projektiert werden können und der Projektant wird beim Erstellen ansprechender Diagramme unterstützt. Variablen können jetzt nativ per Drag & Drop in das Diagrammfenster gezogen werden. Ergänzende Informationen zu einem bestimmten Wert liefert ein konfigurierbares Popup-Fester, das den Trend wiedergibt.

Datenmodellierung in Entwicklungs- als auch Anwenderumgebung

Die Anlagenmodellierung organisiert ein physikalisch vorhandenes System in beliebig viele hierarchisch strukturierte Gruppen und Einheiten. Variablen, Rezepte, Funktionen und Archive und weitere Meta-Informationen können projektübergreifend diesen Anlagengruppen zugeordnet werden. Das ermöglicht die Datenmodellierung sowohl in der Entwicklungs- als auch in der Anwenderumgebung. In der Version 8.00 wurde das Modul Industrial Maintenance Manager umfangreich mit der Anlagenmodellierung verknüpft.

Batch-Rezepte für chargenbasierte Produktion

Eine Lösung für die chargenbasierte Produktion in verschiedenen Branchen ist Batch Control. Es ist intelligent aufgebaut und nahtlos in die Software als Prozessleitsystem integriert. Mit der Version können Vorlagenrezepte nun automatisch freigegeben werden. Ein Rezept kann zudem in einem externen Programm erstellt, dann automatisch importiert und an die Produktion weitergegeben werden. Das ermöglicht einen durchgängig automatisierten Workflow. Zusätzlich wurde die Touch-Bedienung für Batch-Rezepte verbessert.

Produktionsanalysen mit Einbeziehung von Schichtdaten möglich

Neuerungen gibt es auch für das Schichtmanagement. Prozessdaten in der Alarmmeldeliste, der Chronologischen Ereignisliste oder auch in Trends und Reports können nach Schichten gefiltert werden. So sind aussagekräftige Produktionsanalysen auch mit Einbeziehung von Schichtdaten möglich, was vor allem in großen Produktionsanlagen im Schichtbetrieb hilfreich sein kann.

Fehler und Störungen sind nachträglich nachvollziehbar

Der Process Recorder bietet die Möglichkeit, Fehler und Störungen nachträglich nachvollziehbar zu analysieren. Er ergänzt bekannte Tools der Software für eine genauere Fehleranalyse. Mit der Version lässt sich nun die Evolution eines Projekts nachvollziehen. Etwaige Abweichungen zum aktuellen Zustand werden in den Listen des Replay-Modus hervorgehoben. So können verschiedene Projektentwicklungsstufen in einem Tool durchgängig analysiert werden.

Netzberechnungen in der Energieverteilung Für die Energieautomatisierung entwickelte das Unternehmen weitere Funktionalitäten im Hinblick auf ein umfangreiches Distribution Management System. Die beiden Module Load Flow Calculation und State Estimator ermöglichen Netzberechnungen in der Energieverteilung. Die Load Flow Calculation kommt kleineren Energienetzen zugute, in denen alle Inputs und Ladungen valide gemessen werden können. Der State Estimator spielt in größeren Energienetzen eine Rolle, in denen keine vollständigen Messungen vorliegen. Weiter können Berechnungen zur Optimierung des Netzbetriebs abgeleitet werden, wie die topologische Verriegelung aus der Netzberechnung oder die (n-1)-Berechnung zur Abschätzung von Ausfällen in Teilkomponenten des Netzes.

Datenfluss erhalten mit alternativen Datenpunkten Werden invalide Daten von einer Remote Terminal Unit (RTU) gesendet, kann dies zu großen Funktionsverlusten beim Bediener führen. Um dies zu verhindern und für mehr Datenkonsistenz und Betriebsabsicherung mittels robustem Datenfluss sorgt der Treiber Alternative Data Points (ADP). Die alternativen Datenpunkte springen bei Ausfall einer RTU ein und erhalten den Datenfluss entweder anhand redundant erhobener Daten anderer RTUs oder durch programmierbare Simulationsdaten. Der ADP Treiber ist darüber hinaus ebenfalls für Steuerungen in anderen Branchen nützlich.

SPC-Reports in der Reporting-Software erzeugen

Zur Messung und Sicherung der Produktionsqualität kommt häufig die statistische Prozesslenkung (Statistical Process Control – SPC) zum Einsatz. In der neuen Version der Reporting-Software, Zenon Analyzer 3.20, können die gängigsten SPC-Reports erzeugt und ausgewertet werden. Dazu zählen die Prozessfähigkeitsanalyse zur Beurteilung der Qualitätsstabilität in der Pilotproduktion, die Regelkarte zur selbigen Überprüfung in Serienproduktionen und das Histogramm zur Darstellung der Verteilung gemessener Werte rund um den Durchschnittswert. Weitere Statistikreports wie Boxplot, Trend mit Limits oder der XY-Trend ergänzen das Auswertungsangebot zur Optimierung der Produktionsqualität.

Software bietet Predictive Analytics Reports

Zusätzlich bietet die Reporting-Software smarte Analysen dank neuer Predictive Analytics Reports. Auf Basis histotischer Werte und mithilfe von Vorhersagemodellen können bessere Entscheidungen getroffen werden, erläutert die Firma. Voraussetzung von aussagekräftigen Vorhersagen ist eine umfassende und solide Datenbasis, die durch eine durchgängige Digitalisierung der Produktion ermöglicht wird. Die Software bietet zwei Vorhersagearten. Die zeitbasierten Vorhersagen geben einen Ausblick darauf, wie sich eine Variable in Zukunft verhalten wird. Wertbasierte Vorhersagen zeigen, wie sich ein Wert verhält, wenn ein anderer verändert wird, beispielsweise zur Einschätzung des Energieverbrauchs bei einer fiktiven Änderung der Produktionsmenge.

Wizards zur Erstellung von Vorhersagemodellen

Der Projektant konfiguriert die Vorhersagemodelle künftig im Prediction Model Manager. Dieses Tool ist Teil des Zenon Analyzer Management Studio. Es beinhaltet hilfreiche Wizards zur schrittweisen Erstellung der Vorhersagemodelle.

Die Herausforderungen als Gründer waren nicht die einzigen potentiellen Stolpersteine in der Unternehmensgeschichte. Die Branche hat in den letzten 30 Jahren rasante Entwicklungen durchgemacht. CEO Punzenberger erinnert sich: „Wir haben bei einem Kundenprojekt Anfang der 90er mit ungefähr 1.000 Informationen angefangen. Der gleiche Kunde hat heute circa 20.000 Informationen auf derselben Maschine. Die Datenmenge wird auf alle Fälle weiter explodieren. Der Anspruch bleibt aber gleich: Als Ingenieur will ich wissen, was in meiner Anlage vorgeht und was ich tun kann, damit alles möglichst reibungslos und effizient funktioniert. Daran arbeiten wir konsequent weiter.“ Die Zukunft wird anspruchsvolle Aufgaben mit sich bringen: Themen wie die Vernetzung, der Datenaustausch zwischen den Geräten und Plattformen werden die Branche weiter beschäftigen. „Wir dürfen nicht vergessen: Die Automatisierung war lange Jahre eine komplette Parallelwelt zur kommerziellen IT- und Informatikwelt und in vielen Betrieben ist das teilweise heute noch so. Die Industrie 4.0 bricht diese Trennung nun auf“, sagt Punzenberger.

Mit Zenon bidirektional kommunizieren

Die verschiedenen Modularisierungs- oder Kommunikationsmöglichkeiten zwischen den einzelnen Komponenten einer Infrastruktur wie einer Produktion sind in den vergangenen 30 Jahren immer wichtiger geworden. Mit ihrem Softwaresystem Zenon unterstützt Copa-Data heute Unternehmen aus vielen Branchen bei ihrer digitalen Transformation hin zur Smart Factory. Zenon ist nicht nur in eine Richtung gedacht, sondern vielmehr ein Brückenschlag in andere Welten, z.B. die Cloud, SAP oder andere kommerzielle Systeme. Die Software ermöglicht eine bidirektionale Kommunikation, Daten aus dem Feld werden transparent in eine Cloud übertragen.

Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von klassischen Automatisierungsprojekten zur Visualisierung, Überwachung und Steuerung von Maschinen und Anlagen bis hin zu Cloud-basierten Industrial-Internet-of-Things-Lösungen für standort- übergreifende Datenanalysen oder Predictive Maintenance. „Mit der zunehmenden Digitalisierung in der Industrie und dem Verschmelzen der bisher getrennten Welten OT und IT ergeben sich für uns teils völlig neue Anwendungsszenarien. Was früher nur eine Idee war, kann jetzt Wirklichkeit werden – zum Beispiel Smart Cities. Unsere Software ist mit den Herausforderungen in der Industrie gewachsen und darum heute bestens gerüstet für die Zukunft der Automation“, erklärt Punzenberger stolz die Entwicklung.

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