Integriert und verteilt

Namur definiert Struktur der Prozessautomation neu

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15.11.2013 Die Namur macht ernst: Wer die Aussage „Engineeringtools zu integrieren, ist mindestens zehnmal so viel Arbeit die die Einführung des Feldbus“ im Vorjahr als Begründung gesehen hatte, das Thema auf die lange Bank zu schieben, lag ganz offensichtlich daneben: Auf der Namur-Hauptsitzung 2013 wurde das Thema Integriertes Engineering mit Macht und Vehemenz angeschoben.

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Entscheider-Facts Für Betreiber, Planer und Manager

  • Das diesjährige Treffen der Prozessautomatisierer in Bad Neuenahr stand ganz unter dem Motto integrierter und vernetzter Automatisierungslösungen.
  • In durchweg hochkarätigen Vorträgen wurde die Rolle der Automatisierung in der Vision „Industrie 4.0" diskutiert und die Aspekte Integration von Engineeringabläufen, Modularisierung von Anlagen und die dafür erforderlichen intelligenten und vernetzten Automatisierungssysteme beschrieben.
  • Eine  „Caretakergruppe Enabling Industrie 4.0" soll künftig die Aktivitäten in diesem Bereich koordinieren.

Den Ball legte Sponsor Siemens ins Spielfeld, Thomas Scherwietes (Evonik) spielte diesen im Plenarvortrag „Standardisierter Datenaustausch zwischen CAE und PLS“ an Dr. Thomas Tauchnitz (Sanofi), und dessen Beitrag „Schnittstellen für das Integrierte Engineering“ beschrieb den Laufweg zum Tor. Das Ziel: Excelbasierende Einzelschnittstellen sollen entfallen, ein integrierter Engineering-Ablauf, bei dem Daten im kompletten Anlagenlebenszyklus nur ein einziges Mal erfasst werden und über den gesamten Zeitraum konsistent gehalten werden, soll Realität werden. Die Überraschung gelang den Integrations-Protagonisten schließlich mit der Ankündigung, dass bereits für den Abend eine Zusammenkunft zwischen Anwendern, Herstellern und Verbänden geplant war, um die Umsetzung der Ideen zu beschließen.

Doch der Reihe nach: Über die „Automatisierung der Automatisierung“ durch Integration der Planungswerkzeuge wird bereits seit Jahren diskutiert. Neue Bewegung hat das Thema jüngst durch den Hype um die Realisierung der Industrie 4.0 erhalten. „Industrie 4.0 steht und fällt mit der Frage, wie wir die Schnittstellen managen“, verdeutlicht Wilhem Otten. Die ausgerufene vierte industrielle Revolution soll dazu dienen, die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie zu sichern, indem vernetzte Systeme einen Produktivitätsvorsprung schaffen. „Die Branche sieht Integrated Engineering als Mittel, um die Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten und zu steigern“, verdeutlichte Hans-Georg Kumpfmüller, CEO Sensors and Communication vom Sitzungssponsor Siemens. Dabei sei die Datenübergabe das größte Problem. „Durch Integrated Engineering wird die Kluft zwischen ,as-built‘ und ,as-is‘ geschlossen“, so Kumpfmüller. „Die dabei entstehende Transparenz ermöglicht eine optimale Fahrweise und höhere Produktivität“, ergänzt Eckard Eberle, der bei Siemens als CEO für Industrial Automation Systems verantwortlich zeichnet. 

Namur-Schnittstelle für den Datenaustausch
Aus Sicht der Anwender geht es aber nicht nur um mehr Produktivität der Anlagen, sondern vor allem auch um die Produktivität in der Planung und Automatisierung selbst: Engineering-Ressourcen sind knapp und werden noch knapper werden. Durch die derzeit notwendige Mehrfacherfassung von Daten werden diese zurzeit an verschiedenen Stellen des Planungsprozesses verheizt. Unter den bereits im Vorjahr diskutierten Lösungsansätzen (siehe CT 12/2012) scheint aus Anwendersicht die Entwicklung einer hersteller- und systemunabhängigen Schnittstelle am aussichtsreichsten. 

Und so wurde in Bad Neuenahr der Weg hin zu einer „Namur-Schnittstelle“ skizziert: Diese soll einerseits die Daten beliebiger Austauschpartner zusammenbringen, durch einen versionierbaren Datenaustausch die Voraussetzung für eine konsistente Datenbasis schaffen und herstellerspezifisch auf Basis eines Standards angepasst werden können. Dass dadurch quasi nebenbei auch noch ein systemübergreifendes Datenverständnis und eine einheitliche Terminologie entsteht, sieht Thomas Scherwietes als weiteren Vorteil für die Anwender.

Die Herstellerseite soll mit der Aussicht auf einen reduzierten Aufwand gelockt werden, wie er derzeit für das Abstimmen, Implementieren und die Wartung individueller Schnittstellen entsteht. Gleichzeitig entstünde so eine Basis, die auch kleineren Herstellern von Softwarewerkzeugen den Marktzugang ermöglichen könnte.

Thomas Tauchnitz skizzierte in Bad Neuenahr sechs Ideen, wie die Namur-Schnittstelle Realität werden könnte:

  • nur benötigte Daten übertragen,
  • neutrale und private Daten gemeinsam übertragen,
  • schrittweise Standardisierung,
  • objektorientierter Ansatz,
  • vorhandene Ansätze zur Standardisierung von Daten nutzen und
  • einen kooperativen Standardisierungsansatz.

Teufelskreis der Standardisierung durchbrechen
Ein Grundproblem ist dabei allerdings zu lösen: Der Teufelskreis der Standardisierung. Wenn Anwender mit der Nutzung eines Standards warten bis die Standardisierung abgeschlossen ist, und andererseits Anbieter Standards erst realisieren, wenn die Kunden das fordern und bezahlen, dann tritt die Entwicklung auf der Stelle. Um diesen Konflikt zu lösen, schlägt Tauchnitz eine schrittweise Standardisierung vor: „Anfangen mit einfachen und häufig verwendeten Elementen, dann nach Bedarf fortsetzen.“ Dadurch würden – so Tauchnitz – schnelle Resultate erreicht. Allerdings erfordert dies eine strikt aufwärtskompatible Entwicklung – es darf später lediglich hinzugefügt, aber nicht geändert oder gelöscht werden.

Und: Die Standardisierung soll kooperativ von Anlagenbetreibern, Herstellern von Automatisierungs- und Engineeringsystemen sowie Systemintegratoren bzw. Kontraktoren und den Protagonisten der Industrie 4.0 (ZVEI, VDMA, Bitcom und Namur) erfolgen. „Das ist ein Ansatz wie im Basar oder im Internet – wer Interesse hat, macht mit“, so Tauchnitz. Den Coup perfekt machte in diesem Sinne eine im Vorfeld an Entscheider der entsprechenden Unternehmen bzw. Verbände verschickte Einladung, die Ideen zu besprechen und gleich auf der Veranstaltung zu beschließen. Vorstandschef Otten konnte dafür bereits am Folgetag Vollzug vermelden.

Für Akzeptanz sorgte dabei, dass die vorgeschlagene Namur-Schnittstelle eigentlich gar keine Schnittstelle ist, sondern der „Namur-Container“ lediglich den auszutauschenden Dateninhalt beschreibt. „Das ist keine neue Datenbank, sondern organisiert den hersteller- und systemunabhängigen Austausch zwischen den Werkzeugen“, betont Thomas Scherwietes und verweist auf die Namur-Empfehlung NE 150 und den Einsatz von XML als Beschreibungssprache.
„Weder eine zentrale Datenbank noch Einzelschnittstellen sind geeignete Lösungsansätze für ein Integriertes Engineering. Wenn das so ist, könnten wir auch die Industrie 4.0 zu Grabe tragen!“, provoziert Tauchnitz.

Die Pyramide hat ausgedient: 
neue Automatisierungsstruktur

Doch die Vision eines integrierten Planungsprozesses war nur ein Teil einer deutlich umfassenderen neuen Sichtweise der Prozessautomatisierer: Durch die fortschreitende Vernetzung der Automatisierungskomponenten untereinander entstehen ganz neue Informationsstrukturen. Die klassische hierarchische Betrachtungsweise, die in Form der Automatisierungspyramide über Jahrzehnte bestand, hat ausgedient. „Anlagenplanung, -bau, Inbetriebnahme und -betrieb werden zu einem transparenten durchgängigen Gesamtprozess, in dem Schnittstellen einfach das tun, was sie sollen, und es keine ungeplanten Stillstände gibt“, erweitert Dr. Thorsten Pötter von Bayer Technology Services den Nutzen. 

Denn um die Wettbewerbsfähigkeit der Chemieproduzenten in immer volatileren Märkten zu erhalten, werden flexible Produktionsprozesse benötigt, wie sie im Leitbild „Industrie 4.0″ beschrieben sind. „Voraussetzung dafür sind adaptive, sich selbst konfigurierende und selbstorganisierende flexible Produktionsanlagen. Und das setzt einen hohen Vernetzungsgrad voraus“, präzisiert Pötter, stellt aber klar, dass die Auflösung der Automatisierungspyramide nicht den Verlust von einzelnen Funktionen bedeutet, sondern eine flexible Kommunikation zwischen den Automatisierungssystemen und -komponenten. Dass es dabei nicht nur um Automatisierung, sondern um einen disziplinübergreifenden Informationsaustausch geht, ist mit Blick auf das Gesamtziel unvermeidbar. 
Aber auch innerhalb der Namur sind alle Arbeitsfelder von der Vision „Industrie 4.0″ betroffen – um die diesbezüglichen Aktivitäten zu koordinieren, wurde deshalb die „Caretakergruppe Enabling Industrie 4.0″ geschaffen, die in Zusammenarbeit mit verschiedenen Arbeitskreisen die Aktivitäten koordinieren soll. Pötter plädiert dafür, das Wissen aus verschiedenen Betrieben und auch Unternehmen in Form einer Prozesschronik zusammenzutragen, um nicht nur aus eigenen Fehlern, sondern auch aus denen von anderen zu lernen. Dass der Weg dahin noch weit ist, weiß Pötter: „Die Gesamtoptimierung auf Basis vorhandener Daten scheitert meist an der Engstirnigkeit der Beteiligten.“

Ein notwendiger Schritt dafür ist – zumindest bei Mehrprodukt- und Batchanlagen – die verfahrenstechnische und funktionale Modularisierung von Teilanlagen. Am Beispiel von Rohrleitungsbahnhöfen zeigte Michael Pelz, Clariant, in welche Richtung die Entwicklung derzeit geht, und dass modularisierte Anlagen bereits Realität geworden sind. Der bislang zentralistische Ansatz klassischer Automatisierungsstrukturen ist für diese nicht geeignet. „Durch Modularisierung entfällt die Anlagenzuordnung der prozessnahen Komponenten und der Remote-IO-Systeme. Das erfordert dann umfassende Migrationsaktivitäten sowie System- und Programmanpassungen“, beschreibt Pelz die Konsequenzen für die Automatisierung. Um die Herausforderung zu lösen, ist „nach der Dezentralisierung der IO-Ebenen nun der logische nächste Schritt, diese intelligent auszustatten“, konkretisiert Pelz. Seine Vision einer flexiblen feldnahen Automation sieht eigenständige Automatisierungskomponenten vor und PNK, die inklusive ihrer Programme in vorhandene Systemarchitekturen eines anderen Herstellers integriert werden können. 

Automation Security als Voraussetzung 
für Industrie 4.0

Doch so bunt und schön die völlig transparente und in sich vernetzte Prozessanlage der Zukunft auch aussehen mag – an einem Thema kommen die Protagonisten von Industrie 4.0 nicht vorbei: Zahlreiche Aspekte der IT-Security sind noch ungelöst. Im Vortrag „Automation Security – Innovationsbremse oder Technologie-Enabler“ stellte Martin Schwibach, BASF, fest, dass technische Lösungen alleine nicht der Kern von Sicherheitskonzepten für die Automatisierung sein können: „Security kann man nicht kaufen, Security muss man leben. Die Security-Konzepte von heute kurieren lediglich Designfehler von gestern“, verdeutlicht Schwibach und wird, was die Evolution von Sicherheitslösungen angeht, noch deutlicher: „Bei der Automation Security stehen wir derzeit noch auf der Stufe des Neandertalers.“ Security-Anforderungen müssen Kern jedes Systems und jeder Software sein, fordert die Namur mit Blick auf die Hersteller. „Security-Risiken, die nicht beherrschbar sind, werden zur Innovationsbremse. Gemeinsam mit den Herstellern will die Namur künftig an Designkriterien für Systeme und Lösungen für die Zukunft arbeiten. Schwibach: „Was halten Sie von einer gemeinsamen Automation Security Agenda 2020?“

Fazit: Der Wunsch nach einem gemeinsamen Vorgehen von Anwendern und Herstellern zog sich wie ein roter Faden durch die Namur-Hauptsitzung. „Wir müssen gemeinsam nach Lösungen suchen, die einen Mehrwert für die Anwender erzeugen“, stellte Wilhelm Otten in seinen Schlussworten fest: „Die Welt der Ebenen löst sich schon auf. Flexible und modulare Produktionsanlagen erfordern autarke intelligente Units – und hier führt der Weg von Prozessindustrie und Fertigungsindustrie zusammen. 

Zur Namur
Beschlüsse und Veränderungen

576 Teilnehmer waren am 7. und 8. November nach Bad Neuenahr gekommen, um sich über die aktuellen Trends und Themen in der Prozess­automatisierung auszutauschen. In durchweg hochkarätigen Vorträgen wurde die Rolle der Automatisierung in der Vision „Industrie 4.0″ diskutiert und die Aspekte Integration von Engineeringabläufen, Modularisierung von Anlagen und die dafür erforderlichen intelligenten und vernetzten Automatisierungssysteme beschrieben. Da innerhalb der Namur  alle Arbeitsfelder von der Vision „Industrie 4.0″ betroffen sind, wurde die  „Caretakergruppe Enabling Industrie 4.0″ geschaffen, die in Zusammenarbeit mit verschiedenen Arbeitskreisen die Aktivitäten koordinieren soll. Aber auch in der Namur selbst gibt es Veränderungen: Für den scheidenden Vorstand Dr. Norbert Kuschnerus kommt dessen Nachfolger bei Bayer Technology Services, Dr. Thomas Steckenreiter, in den Namur-Vorstand. Als Arbeitsschwerpunkte für das Jahr 2014 wurden die Aspekte Internationalisierung und Branchenerweiterung, Marketing sowie die Typprüfung definiert. Außerdem will sich die Organisation bis Ende 2014 eine neue Rechtsform geben – der Vorstand hat dazu die Gründung eines eingetragenen Vereins beschlossen. 

Die nächste Namur-Hauptsitzung wird am 6. und 7. November 2014 unter dem Motto „Dezentrale Intelligenz“ stattfinden. Sponsor wird der Automatisierungshersteller Wago sein.

Weitere Beiträge zum Thema finden Sie hier.

Heftausgabe: Februar 2014
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Über den Autor

Armin Scheuermann, Redaktion
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