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Bd. 66 Nr. 11-12 (2024)Liebe NAMUR, herzlichen Glückwunsch zum 75. Geburtstag! Seit einem Dreivierteljahrhundert vertritt sie die Interessen der Automatisierungstechnik in der Prozessindustrie und hat sich im Laufe der Jahre zu einem international anerkannten Industrieverband entwickelt. Das hatten die Gründerväter und ersten Vorstände Berthold Sturm, Josef Hengstenberg und Otto Winkler am 3. November 1949 sicherlich gehofft, als sie sich in Ludwigshafen zur Gründung der NAMUR trafen.
In unserem großen Special zum Jubiläum der Interessengemeinschaft im atp magazin 11-12/2024 tauchen wir pünktlich zur NAMUR-Hauptsitzung 2024 tief ein in die Geschichte der deutschen Chemie- und Pharmaindustrie und nehmen Sie mit auf eine Zeitreise ins vergangene Jahrhundert. Viele Weggefährten der NAMUR haben uns außerdem Grußworte und Gratulationen zukommen lassen, die wir Ihnen nicht vorenthalten wollen. In diesem Sinne: NAMUR mon amour!
Die Interview-Highlights:
„Modularisierung ist mehr als Plug-and-Produce“
Im September gaben Merck und Siemens ihre strategische Partnerschaft bekannt, in Zukunft wollen die beiden Unternehmen die digitale Transformation der Prozessindustrie gemeinsam vorantreiben. Wie genau sie das tun wollen, welche Ziele die Kooperation verfolgt und warum dabei die Modularisierung und das Module Type Package (MTP) entscheidend sind, erklären Rebecca Vangenechten, Head of Automation and Engineering Systems bei Siemens Process Automation, und Michelangelo Canzoneri, Global Head of Group Smart Manufacturing bei Merck, im Interview.„Das MTP ist keine Zukunftsmusik mehr“
Die Industrie in Deutschland sieht sich derzeit mit verschiedenen Herausforderungen konfrontiert – dazu zählt auch der anhaltende Fachkräftemangel. Dabei könnten Digitalisierung und Automatisierung helfen, einige Lücken zu schließen und die Auswirkungen zu mildern. Doch dazu braucht es Standardisierung und eine disziplinübergreifende Zusammenarbeit, wie Frank Hägele, Sales Director und Prokurist bei COPA-DATA Deutschland, im Interview erklärt.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Integration von Künstlicher Intelligenz in die
Produktion: Vom Konzept zur Realisierung (Teil 2)
„Wie kommt die KI konkret in die Produktion?“
In der vergangenen Ausgabe wurde ein Leitfaden für die Entwicklung und Dokumentation von KI-Anwendungen in der Automatisierungstechnik vorgestellt. In dem nun vorliegenden zweiten Teil des Beitrags wird gezeigt, wie dieser Leitfaden praktisch eingesetzt werden kann. Dazu dienen zwei konkrete Beispiele aus der Produktion: die optischen Qualitätsüberwachung von industriellen Bauteilen unter Verwendung von Convolutional Neural Networks (CNN) und die Zustandsüberwachung einer industriellen Fertigungsanlage unter Verwendung eines Feed Forward Neuronal Networks (FNN). Die Beispiele dienen als Hilfe zur Entwicklung eigener KI-Anwendungen in der Praxis.Systems Engineering in der Entwicklung (Teil 2)
„Was bringen digitale Zwillinge in der Praxis?“
Digitale Zwillinge sind ein wichtiger Baustein in der digitalen Transformation industrieller Unternehmen. Dieser zweiteilige Beitrag beleuchtete im ersten Teil die Grundlagen und die Nutzung von Methoden des (modell-basierten) Systems Engineerings für die Erarbeitung eines lebenszyklusübergreifenden Systemmodells, das die Informationsgrundlage für verschiedenste Digitale Zwillinge darstellt. Der vorliegende zweite Teil des Beitrags widmet sich der Anwendung und den Mehrwerten von Digitalen Zwillingen am Beispiel der Batterieindustrie. Anhand des beschriebenen Beispiels wird deutlich, welche verschiedenen Zwecke digitale Produktzwillinge erfüllen können und wie sie den Entwicklungsprozess beschleunigen.Industrial Control as a Service
„Kann „As-a-Service“ in der Automatisierung funktionieren?“
Die Nutzung von Software über die Cloud, Software-as-a-Service (SaaS), ist ein Ansatz, der in der IT bereits weite Verbreitung gefunden hat. In Office-Anwendungen gilt die Nutzung von SaaS als etabliert und unkritisch. In der OT, also im industriellen Umfeld, Industrial-Control-as-a-Service (ICaaS), besteht hier noch Erklärungs- und Nachholbedarf. In diesem Artikel wird zunächst das Konzept erklärt und eine mögliche Architektur vorgeschlagen. An einem realen Beispiel werden dann mehrere Anwendungsfälle für verschiedene ICaaS-Aspekte vorgestellt und diskutiert. Der Beitrag zeigt auch die derzeitigen Grenzen des Konzepts, insbesondere aufgrund hoher Latenzzeiten, im industriellen Umfeld auf.Engineering in der Prozessindustrie mit der Verwaltungsschale (Teil 2)
„Wie kommen wir zum VWS-basierten Engineering?“
Mit der Verwaltungsschale (VWS) erreicht die Automatisierungstechnik ein neues Level der gemeinsamen, lebenszyklusübergreifenden Nutzung von Daten über Anlagen und Produkte. Im ersten Teil des Beitrags in Ausgabe 6-7/2024 wurde die durchaus revolutionäre Vision eines zukünftigen Engineerings basierend auf vollständig standardisierten Daten über die ausschließliche Nutzung der VWS über Apps in der Cloud präsentiert. Der nun vorliegende zweite Teil untersucht die Umsetzbarkeit dieser Vision und zeigt mögliche Probleme im heutigen Stand der Technik, aber auch der nötigen Akzeptanz auf. Darauf aufbauend wird ein evolutionärer Ansatz zum Erreichen der Zielvision vorgestellt. Wesentliche Elemente dieser Evolution sind gemischte, auch proprietäre Datenmodelle und Datenhaltung sowie die schrittweise Einführung softwaregestützter Interoperabilitätsfunktionen für einen effizienten Datenaustausch. -
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Bd. 66 Nr. 10 (2024)Digitale Geschäftsmodelle sind in der Automatisierungsindustrie von wachsender Bedeutung. Durch die zunehmende Vernetzung von Maschinen, Sensoren und Prozessen bieten sich neue Chancen zur Effizienzsteigerung, Kostensenkung und Schaffung von Mehrwert. Unternehmen stehen vor der Herausforderung, innovative Geschäftsmodelle zu entwickeln, die digitale Technologien nutzen, um Wettbewerbsvorteile zu sichern. Dies erfordert nicht nur technisches Know-how, sondern auch ein tiefes Verständnis der Marktbedürfnisse und der Implementierungsmöglichkeiten von Datenanalyse, Künstlicher Intelligenz und Cloud-Lösungen.
Das atp magazin 10/2024 beleuchtet genau diese Themen und beantwortet zentrale Fragen. Sie bietet wichtige Impulse für die erfolgreiche Umsetzung und Generierung digitaler Geschäftsmodelle und zeigt auf, wie Unternehmen diese nachhaltig in ihre Wertschöpfungsketten integrieren können.
Die Interview-Highlights:
„An Kollaboration führt kein Weg vorbei“
Digitale und KI-basierende Geschäftsmodelle gelten als das nächste Level der digitalen Transformation. Dabei sollen sie nicht nur neue Produktivitätspotenziale heben, sondern gleichzeitig auch noch maßgeblich zum Unternehmensergebnis beitragen. Wie realistisch das ist, was die Automatisierungsbranche von neuen Business Models erwarten kann und warum Unternehmen dabei zusammenarbeiten müssen, erklärt Frank Notz, Vorstandsmitglied von Festo, im Interview.„Co-Creation und offene Ökosysteme sind zentrale Bausteine“
Wesentlich für den Erfolg von digitalen Geschäftsmodellen sind digitale Ökosysteme, die nicht nur das Teilen von Daten und Erfahrungen ermöglichen, sondern auch die gemeinsame Entwicklung neuer Lösungen fördern. Bereits 2019 hat Bosch Rexroth seinen Automatisierungsbaukasten ctrlX AUTOMATION vorgestellt und 2020 um die Partnerwelt ctrlX World ergänzt. Im Interview erklärt Steffen Winkler, Vertriebsleiter der Business Unit Automation & Electrification Solutions, wie sich beides seitdem entwickelt hat und warum Offenheit für die moderne Automatisierung unbedingt notwendig ist.„Wir brauchen ein Ökosystem Interoperabilität“
Mit der Abkehr vom monolithischen Silo-Denken hin zu offenen Ökosystemen kommt der Interoperabilität in der produzierenden Industrie enorme Bedeutung zu. Denn ohne sie ist in Zukunft eine wirklich effiziente digitale Transformation kaum möglich, wie Andreas Faath im Interview deutlich macht. Der Leiter der Abteilung Machine Information Interoperability (MII) des VDMAs erklärt außerdem, wie genau der Verband mehr Interoperabilität erreichen will und warum ein Ökosystem
Interoperabilität dafür unbedingt notwendig ist.Die peer-reviewten Hauptbeiträge
Integration von Künstlicher Intelligenz in die Produktion: Vom Konzept zur Realisierung
„Wie kommt die KI in die Anwendung?“
Immer neue Erfolgsgeschichten von der Anwendung Künstlicher Intelligenz versprechen dramatische Gewinne an Produktivität. Worauf warten wir Automatisierungsfachleute dann noch? Viele der Erfolgsgeschichten stammen nicht aus unserem Bereich und das beschriebene Vorgehen ist oft nicht unter industriellen Rahmenbedingungen umsetzbar. Was für die industrielle Anwendung in der Automatisierungstechnik fehlt, ist ein ingenieurhaftes Vorgehen. Der Beitrag widmet sich genau dieser Problematik und stellt einen praxistauglichen Leitfaden zur Entwicklung von KI-Anwendungen vor. Ein strukturierter Entwicklungsprozess mit passenden Methoden und grafischen Modellierungsansätzen erlaubt ein strukturiertes und dokumentiertes Vorgehen. Damit wird die Umsetzung von KI-Projekten im industriellen Umfeld auf eine praktische Basis gestellt.Systems Engineering in der Entwicklung Digitaler Zwillinge
„Wie bekomme ich den passenden digitalen Zwilling?“
Digitale Zwillinge sind allgegenwärtig. Es gibt sie in verschiedenen Formen und Detaillierungsgraden, von rein statischen Daten- und Dokumentensammlungen bis hin zu ausführbaren Simulationsmodellen. Die Anwendungsszenarien spannen dabei über den gesamten Lebenszyklus von Produkten und Anlagen. Der Beitrag zeigt auf, wie ein lebenszyklusübergreifendes Systemmodell als Informationsbasis und Vorgehensmodell für die Erstellung verschiedener spezifischer digitaler Zwillinge entlang der Systementwicklung dienen kann. Hierzu werden Methoden der Modellbasierten Systementwicklung (Model Based Systems Engineering, MBSE) vorgestellt und geeignet verknüpft.Concept Maps in der Automatisierungstechnik
„Wie bekomme ich Ordnung in die immer neuen Konzepte?“
Wir generieren immer mehr Wissen und dabei auch neue Begriffe und Konzepte. KI-Tools, insbesondere große Sprachmodelle, geben vor uns dabei zu helfen, dieses Wissen zu nutzen und zu strukturieren. Generierte Antworten können aber in der Regel weder etwas wirklich Neues hervorbringen noch erhöhen sie unser eigenes Verständnis der zugrunde liegenden Zusammenhänge. Dazu benötigt man semantische Modelle und insbesondere auch grafische Repräsentationen wie bspw. Concept Maps. Der Artikel zeigt wie Concept Maps dazu genutzt werden können auch komplexe Zusammenhänge zu visualisieren und so einen Wissensbereich strukturiert zu erfassen. Entsprechende Werkzeuge und die Verbindung zu Sprachmodellen (ChatGPT) werden aufgezeigt. Alle Beispiele stammen direkt aus der Automatisierungstechnik und sind auch online im Detail verfügbar.Generierung gekoppelter Materialflussmodelle
„Wie komme ich schneller zu Modellen für die virtuelle Inbetriebnahme?“
Bei der Produktionsplanung für Stückgüter spielt der Materialfluss eine zentrale Rolle. Eine entsprechende Modellierung ist insbesondere auch für die virtuelle Inbetriebnahme erforderlich. Für unterschiedliche Planungs- und Inbetriebnahmeaufgaben eignen sich hierfür unterschiedlich skalierte und detaillierte Modelle. Der Beitrag untersucht, wie sich diese auf eine einheitliche gemeinsame Modellbasis zurückführen lassen, die auch in AutomationML abgebildet wird. Aus dem Basismodell können dann spezifische Modelle abgeleitet und verfeinert werden. Damit kann der Modellierungsaufwand reduziert und die Zeit zur virtuellen Inbetriebnahme verkürzt werden. -
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Bd. 66 Nr. 9 (2024)NIS2, CRA & Co.
Noch nie sah sich die produzierende Industrie einer solchen Security-Regulierungsflut gegenüber wie jetzt. Mit der NIS-2-Richtlinie, die im kommenden Monat gesetzlich verankert wird und dem Cyber Resilience Act (CRA), der noch in diesem Jahr beschlossen werden soll, bekommt die Absicherung der OT immer mehr Priorität.
Doch auch ältere Regulierungen wie etwa KAS51 oder das IT-Sicherheitsgesetz 2.0 wollen umgesetzt werden. Wie Ihnen die Umsetzung all dieser Regularien am besten gelingt, zeigt SECURITY UNTER KONTROLLE, der OTSecurity- Kongress des Vulkan Verlags am 4. und 5. September in Düsseldorf.Auf den folgenden Seiten gewähren wir Ihnen einen exklusiven Einblick in ausgewählte Vorträge.
Fest steht, dass nach jahrelanger Zurückhaltung das Recht nun endlich zum Treiber der Cybersecurity wird und den Leidensdruck für die Industrie, sich endlich damit zu beschäftigen, massiv erhöht. Worauf Sie jetzt achten müssen und wie Sie die Umsetzung von NIS2, CRA & Co. am besten angehen, zeigt
Ihnen das atp magazin 9/2024.Das Interview-Highlight
„Security muss immer anwendergetrieben sein“
Es ist noch nicht so lange her, da sorgte ein fehlerhaftes Update weltweit für Systemausfälle und Milliarden-Schäden. Mit dem CrowdStrike-Vorfall wurde die enorme Bedeutung der Security einmal mehr offensichtlich. Aber wie steht es um das Security-Level der Prozessindustrie und wie kann sie die bevorstehende Regulierungswelle sicher bewältigen? Im Interview erklärt Tobias Unglaube, Head of Manufacturing Infrastructure & Information Security bei Bayer, wie genau das geht und welche kritische Rolle der Belegschaft dabei zukommt.Die peer-reviewten Hauptbeiträge
Evolution der OT Security für modulare Anlagenkonzepte
„OT Security geht auch bei modularen Anlagen – Eine Einführung“
Bei modularen Anlagen nach VDI/VDE 2182 werden die Process Equipment Assemblies (PEAs) durch jeweils eigene Steuerungen automatisiert, außerdem gibt es das Process Orchestration Layer (POL). Der Beitrag schlägt eine Methodik vor, mit der die OT-Security dieses Gesamtsystem bewertet und gesichert werden kann. Im vorliegenden ersten Teil werden die regulatorischen Grundlagen sowie die Anforderungen Betreiber und Hersteller dargestellt.Ende-zu-Ende gedacht
„Sicherstellen, dass ich mit der richtigen Maschine Daten tausche“
Eine Kommunikation unter den Kriterien der IT-Sicherheit erfordert, dass die Identität der beteiligten Maschinen bestätigt ist. Dabei geht es nicht nur um eine Geräte-ID, sondern man benötigt ein kryptographisch gesichertes Zertifikat der Gesprächspartner. Diese sichere Kommunikation wird beim „Onboarding“, dem erstmaligen Anschließen des Geräts im Netzwerk, erzeugt. Am Beispiel des Forschungsprojekts „Trustpoint“ werden Möglichkeiten des Onboardings beschrieben.Anforderungsanalyse zur Security bei Simulationsmodellen
„Simulationsmodelle austauschen – aber sicher!“
Moderne Maschinen bringen ihre Simulationsmodelle mit. Diese können über ein „Functional Mockup Interface (FMI)“ zur Gesamtsimulation verbunden werden. Dabei sind Kriterien der IT-Sicherheit zu berücksichtigen. Der Beitrag stellt Ergebnisse von Experten-Interviews vor: Wie werden Modelle erstellt und ausgetauscht und wie werden beispielsweise IT-Sicherheit und Knowhow-Schutz des Maschinenherstellers gewährleistet?KI-basierte Steuerung einer MRK-Zelle zur Baugruppenmontage
„Automatische Arbeitsplanung – die KI lernt noch!“
Wenn in einer Zelle mehrere Roboter und Menschen zusammenarbeiten, sind Arbeitsplanung und -programmierung hoch komplex. Der Beitrag erarbeitet an einem konkreten Beispiel, wie diese Mensch-Roboter- Kollaboration (MRK) mit KI-Unterstützung zur Laufzeit erfolgen kann. Die Entscheidungsfindung erfolgt zyklisch. Der Vergleich der Ergebnisse mit menschlichen Planungsergebnissen zeigt, dass sowohl Rechenzeit als auch die Effizienz des ermittelten Arbeitsablaufs noch deutliche Verbesserungen erfordern. -
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Bd. 66 Nr. 8 (2024)Außerplanmäßige Störung
Falls Sie an dieser Stelle jetzt wutentbrannte Zeilen zum Nah- und Fernverkehr erwarten, müssen wir Sie enttäuschen. Wechseln Sie dafür besser zu LinkedIn oder dem sozialen Netzwerk Ihrer Wahl. Im atp magazin 8/2024 hingegen dreht sich alles um die Kreislaufwirtschaft. Aber wieso steht dann „Außerplanmäßige Störung“ auf dem Cover dieser Ausgabe?
Weil die Hürden auf dem Weg zur Circular Economy nicht mehr nur technischer Natur sind, argumentiert Stephan Weidenfeller von Schneider Electric im Interview ab S. 16. Vor allem die Regulatorik hinke hinterher und müsse jetzt schnell nachgezogen werden, um die Kreislaufwirtschaft auch ökonomisch tragfähig zu gestalten. Dafür sei es notwendig, dass alle Akteure an einem Strang ziehen.
Doch dieses Heft will nicht nur auf die Probleme hinweisen, sondern zeigt auch Beispiele, wie Automatisierung und Digitalisierung zum entscheidenden Hebel für die Circular Economy werden können. Das atp magazin 8/2024 stellt Lösungen vor, die heute schon verfügbar sind und Ihnen dabe helfen können, zirkuläre Prozesse zu realisieren.
Die Interview-Highlights:
„Wir müssen bei der Kreislaufwirtschaft an einem Strang ziehen“
Schon lange wird in der produzierenden Industrie und der Politik intensiv darüber diskutiert, wie sich das Konzept der Kreislaufwirtschaft in die Realität überführen lässt. Worin die großen Herausforderungen der Circular Economy liegen und warum sie nicht nur technischer Natur sind, erklärt Stephan Weidenfeller, Segment Development Director Central Europe bei Schneider Electric, im Interview.„Ohne KI wird es die Kreislaufwirtschaft nicht geben“
Sowohl Anwender als auch Hersteller sind sich einig: die Kreislaufwirtschaft muss Realität werden. Welche Hindernisse und Herausforderungen der Circular Economy noch im Weg stehen und welchen Effekt Künstliche Intelligenz in diesem Kontext haben wird, erklärt Gregor Dietz, Marktmanager Motoren bei SEW-Eurodrive, im Interview. Für ihn ist klar: Es ist Durchhaltevermögen gefragt.Verbrauchsprognose im Kfz-Bordnetz mit erklärbarer KI
„Wie kommt das KI-Modell zu seiner Prognose?”
Methoden der KI erlauben es Verhaltensmodelle auf der Basis von Daten zu generieren. Leider entstehen dabei Black-Box-Modelle, deren Verhalten nicht direkt erklärbar ist. Zur Akzeptanz der Methoden ist die Erklärbarkeit aber immens wichtig. Der Beitrag zeigt an einem Beispiel aus der Verbrauchsprognose im Kfz-Bordnetz den Einsatz von Verfahren der erklärbaren Künstlichen Intelligenz (Explainable AI, XAI) und untersucht deren Akzeptanz bei potenziellen Nutzern im entsprechenden Fachgebiet eines Automobilherstellers.Automatische Partitionierung für die virtuelle Inbetriebnahme
„Wie wird meine Simulation echtzeitfähig?”
Die virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) erfordert schnelle und je nach Anwendung echtzeitfähige Simulationen. Die genutzten Simulationsmodelle werden zunehmend detaillierter und aussagekräftiger. Damit steigt aber auch der Rechenaufwand. Der Beitrag zeigt ein Konzept zur automatischen Aufteilung der Modelle, um dennoch Echtzeit-Simulationen in der VIBN durchführen zu können.Anlagenpass der Zukunft - Mit KI zum digitalen Produktpass im Anlagenbau
„Kann die KI mein Reporting machen?”
Digitale Produktpässe (DPP) erlauben die Nachvollziehbarkeit des Einsatzes von Rohstoffen und Energie bei der Produktion. Sie sind damit eine wichtige Voraussetzung zur Erreichung von Nachhaltigkeitszielen aber auch zum Aufbau einer Kreislaufwirtschaft. Ebenso kann der DPP als Grundlage für verpflichtende Berichte dienen. Der Aufbau eines DPP ist jedoch aufwendig. Der Beitrag untersucht, wie hier durch systematische Datenerfassung und den Einsatz von KI mehr Effizienz erreicht werden kann.Data as an enabler for better recycling in a circular economy
„Wie werde ich zirkulär?“
Die Kreislaufwirtschaft ist in aller Munde. Die Umsetzung zirkulärer Konzepte erfordert ein Umdenken in vielen Prozessen und die Entwicklung neuer Wertschöpfungsketten. Im Beitrag wird hierzu ein Referenzmodell basierend auf Konzepten der I4.0 vorgeschlagen. Die Verwaltungsschale ermöglicht hierbei den Austausch der nötigen Daten von der Produktion bis ins Recycling. Als Beispiel wird das Batterie-Recycling im Detail besprochen. -
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Bd. 66 Nr. 6-7 (2024)Schon wieder KI? Wirklich? Ja! Zum zweiten Mal in diesem Jahr widmet sich das atp magazin dem Motto der AUTOMATION in Baden-Baden („AI beats Automation?“) folgend der Künstlichen Intelligenz. Dieses Mal legen wir den Fokus dabei auf Large Language Models (LLMs) und generative Tools, die auch für die Automatisierung neue Möglichkeiten und Potenziale bieten.
Unser Heft zeigt dabei anschaulich auf, welchen Einfluss LLMs wirklich auf den Alltag in der produzierenden Industrie haben. Wer jetzt aber denkt, dass KI auf lange Sicht die Automation ersetzen könnte, wie es das Motto des VDI/VDE-GMA-Kongresses nahelegt, irrt gewaltig.
Denn mit KI wird eine Katze keinesfalls zum Hund, auch wenn uns die generative KI das vielleicht manchmal im übertragenen Sinne glauben machen will. Es hängt also doch wieder an uns: Am Ende wird es das menschliche Domänenwissen sein, das solche Halluzinationen erkennt und die Fehler der Maschine korrigiert. Warum gerade LLMs und generative AI-Technologien dennoch wichtig für die Zukunft der Automatisierung sind, zeigt Ihnen das atp magazin 6-7/2024.
Das Interview-Highlight:
„Wir laufen Gefahr, zum KI-Kunden zu werden“
Alle Welt spricht über Künstliche Intelligenz und auch die AUTOMATION 2024 greift das aktuelle Hype-Thema unter dem Motto „AI beats Automation?“ auf. Dabei vor allem im Fokus: Generative KI, von der sich auch die Industrie enorme Potenziale verspricht. Wie Unternehmen Gen AI bestmöglich einsetzen, warum es notwendig ist, jetzt KI-Projekte zu starten und was Kühe damit zu tun haben, erklärt Professor Alexander Löser, Leiter des Data Science Research Centers an der Berliner Hochschule für Technik und Mitglied der acatech Expertenplattform „Lernende Systeme“.Die peer-reviewten Hauptbeiträge
Applying Large Language Models for intelligent industrial automation
„Drei konkrete Anwendungen für LLMs in der Automation“
Die Möglichkeiten von LLMs werden systematisch vorgestellt: Texte verstehen, Anweisungen ausführen nach außen kommunizieren. Bei der Integration von LLMs in die Automatisierungslandschaft wird ein digitaler Zwilling zwischen LLM und Automatisierungssystem geschaltet. Der LLM-Agent beobachtet und entscheidet über das Systemerhalten. Bei Bedarf können mehrere LLM-Agenten zusammen ein LLM-Multi-Agentensystem bilden. Drei praxisnahe Use Cases werden diskutiert.Large Language Models in der Robotik
„Robotercode per LLM erzeugen? Sieht gut aus!“
Es klingt wie ein Traum und zeigt ein großes Potenzial auf: LLMs einzusetzen, um Roboter zu programmieren und die Interaktion von Mensch und Maschine zu optimieren. Der Beitrag gibt einen Überblick über aktuelle Lösungen und bewertet das Potenzial. Anwendungen sind die autonome Navigation, die Manipulation sowie die Aufgabenplanung. Drei vortrainierte LLMs werden erprobt und verglichen. Wesentlich ist dabei, mit welchem „Prompt“ die Aufgabe gestellt wird: Mit guten Fragen liefern alle Systeme solide Ergebnisse.From data to design
„Verteilte Informationen zusammentragen durch LLMs“
Große Sprachmodelle, besser bekannt als Large Language Models (LLMs), können verwendet werden, um Informationen aus unstrukturierten Daten zu gewinnen. Das ist die Aufgabe von Retrieval Augmented Generating Systems. Vier verschiedene LLM-Modelle wurden getestet und auf Lesbarkeit, Genauigkeit sowie Klarheit bewertet.Engineering in der Prozessindustrie mit der Verwaltungsschale (Teil 1)
„Eine Folge standardisierter AAS statt Dateninseln“
Zur Planung und Betreuung von PLT-Einrichtungen wird aktuell eine Vielzahl von Engineering-Systemen verwendet, die meist manuell synchronisiert werden müssen. Dieser erste Teil dieses Beitrags schlägt vor, die Ein- und Ausgangsdaten von definierten Planungsschritten in standardisierten Verwaltungsschalen abzulegen. ITWerkzeuge können so flexibel eingesetzt und ausgetauscht werden. Dadurch entsteht im Planungs- und später Instandhaltungsprozess ein konsistenter und leicht pflegbarer digitaler Zwilling. -
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Bd. 66 Nr. 4 (2024)Kaum ein Sektor braucht hierzulande so viel Energie wie die produzierende Industrie. Es verwundert daher wenig, dass die klimaneutrale Fertigung noch lange nicht Realität ist, obwohl die ersten wichtigen Schritte in Richtung einer Green Production bereits gegangen worden sind.
Ein enormer Hebel, um den Energiehunger der Industrie dauerhaft zu senken, wird jedoch immer noch zu häufig übersehen: die Energieeffizienz. Sie muss der „erste Treibstoff“ für die Elektrifizierung sein, wie Mike Umiker und Jan-Henning Fabian (beide ABB ) im Interview ab S. 18 deutlich machen. „Die Grundvoraussetzung für das Gelingen der Elektrifizierung der Industrie sind energieeffiziente Systeme“, bringen es die beiden Experten auf den Punkt. Über den Betrieb mit Gleichstrom kann zusätzlich viel Strom eingespart werden.
Auch die Produktionsgebäude an sich sind heute durch moderne Automatisierungslösungen in der Lage, ihren Energieverbrauch KI-basiert zu steuern und zu optimieren. Die Gebäudeautomatisierung ist ein weiterer Effizienzhebel, der noch nicht genug im Vordergrund steht. Studien der International Energy Agency zeigen, dass das Energieeinsparpotenzial in Gebäuden sogar höher ist als in der Industrie.
Wie viel Energie die produzierende Industrie heute schon einsparen kann und wie Sie diese Potenziale heben können, zeigt unsere Ausgabe zur Hannover Messe 2024 eindrücklich.
Die Interview-Highlights
„Energieeffizienz ist ein Muss!“
Auf dem Weg in eine klimaneutrale und elektrifizierte Zukunft kommt der Energieeffizienz immer noch zu wenig Aufmerksamkeit zu, wie Dr. Jan-Henning Fabian, Leiter des ABB Forschungszentrums in Ladenburg, und Mike Umiker, Managing Director Energy Efficiency Movement bei ABB, im Interview deutlich machen. Sie erklären, warum die Energieeffizienz zum ersten Treibstoff der Elektrifizierung werden muss und wie viel Energie die Industrie heute schon wo einsparen kann.„Wir wollen die Welt abbilden“
Der Digital Twin und die Verwaltungsschale bieten in der industriellen Produktion schon heute enorme Vorteile. Wie wichtig dabei die Verbindungen zwischen den einzelnen Assets ist und wie daraus ein digitales Ökosystem wird, mit dem sich die Produktion optimieren und energieeffizienter fahren lässt, erklärt Kai Schwermann, Gründer und CTO der bill-X GmbH, im Interview.Die peer-reviewten Hauptbeiträge
Shared Digital Product Passport for holistic lifecycle assessment
Die EU fordert für mehr und mehr Sektoren Emissionen, die mit dem Produkt zusammenhängenden, in einem „Digital Product Passport“ auszuweisen. Dies erfordert einen standardisierten Datenaustausch entlang der Herstellkette (Shared Production). Dazu gehören nicht nur die Emissionen der jeweiligen Rohstoff- und Komponentenhersteller, sondern auch der Transportdienstleister. Der Beitrag beschreibt, wie dieser Informationsfluss über Verwaltungsschalen und die Plattform Gaia-X realisiert werden kann.Automationsgestütztes Energiedatenmanagement
Die Ausgangslage ist bekannt: Man will ein modernes Energiemanagement einführen und hat keine gute Grundlage dafür: Manuell abgelesene Zähler, keine einheitliche Kennzeichnung, viele Altsysteme. Der Beitrag stellt eine sehr praxistauglich Lösung vor, die für vier Hochschulen entwickelt wurde. Von der Datenerfassung bis zu webbasiertem Energiemanagement werden alle Schritte beschrieben. Zur Anwendung empfohlen!Optimierung der Gebäudeautomation in kommunalen Bestandsgebäuden
„Es gibt auch schlecht eingestellte Automationssysteme!“ Bei „energetischer Sanierung“ denkt man an Dämmung und neue Heizungen – aber der Beitrag zeigt, dass man auch durch die Optimierung der Gebäudeautomation bis zu 25 % Einsparungen erreichen kann. Mögliche Fehlerreichen von falsch angeschlossenen Feldgeräten bis hin zu schlecht eingestellten Reglern und Programmen. Projekte zur Verbesserung haben einen Return on Invest von weniger als einem Jahr, rechnen sich also schon nach einem Winter. Hoch automatisierte Analyse-Werkzeuge erleichtern die Identifizierung sinnvoller Maßnahmen.AutomationML-Anlagenmodelle für das Energiemanagement
Ein Energiemanagement erfordert die Erfassung und Bewertung von Energieströmen. Wenn man dabei bis auf Anlagenebene detaillieren will, werden Kennzahlen nach dem „ANEG-Modell“ benötigt, das den Aufwand A, den Nutzen N und die Einflussgrößen EG darstellt. Der Beitrag schlägt zur digitalen Anlagenmodellierung das AutomationML- Format vor. Im Anwendungsbeispiel wird eine Hochdruckreinigungsanlage für Metallteile abgebildet. -
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Bd. 66 Nr. 5 (2024)MIt Spannung blickt die Prozessindustrie auf die ACHEMA 2024 in Frankfurt am Main, wo in diesem Jahr zwei Technologien besonders im Fokus stehen: Ethernet-APL und das Module Type Package (MTP) sind die ersten Dominosteine, die in der Branche hoffentlich die lang ersehnte Digitalisierungs-Kettenreaktion auslösen.
Denn in Zukunft werden dank modularer Anlagen auch kurzfristige Produktionsänderungen möglich, lange Umrüstzeiten gehören der Vergangenheit an. „Mit dem MTP wird heute schon produziert“, machen Dr. Jürgen Spitzer und Andreas Stutz (beide Siemens) im Interview dieser Ausgabe ab S. 16 deutlich. Und das nicht mehr nur in kleinen Pilotanwendungen im Technikum, sondern zunehmend auch auf dem „echten“ Shopfloor.
Die Feldebene steht auch beim Rollout von Ethernet-APL im Mittelpunkt, schließlich erfolgt in der Prozessindustrie immer noch ein Großteil der Kommunikation über analoge 4...20-mA-Signale. Mit dem Advanced Physical Layer (APL) bekommt der Shopfloor jetzt ein lange überfälliges Geschwindigkeits-Update.Apropos Update: Nach dem großen Zuspruch im vergangenen Jahr hat das atp magazin gemeinsam mit den APL Task Forces von NAMUR und ZVEI pünktlich zur ACHEMA 2024 ein neues APL Market Survey aufgelegt. Ab S. 30 können Sie exklusiv lesen, welche Geräte heute schon APL-ready sind.
Das Interview-Highlight
„Mit dem MTP wird heute schon produziert“
Wer heute modular produzieren möchte, kommt in der Prozessindustrie nicht um das Module Type Package (MTP) herum. Dennoch wird vielerorts behauptet, der Rollout der Technologie würde bislang hinter den Erwartungen zurückbleiben. Warum das ein Trugschluss ist, wie die Zukunft der Modularisierung aussieht und was das MTP und Ethernet-APL gemein haben, erklären die Siemens-Experten Dr. Jürgen Spitzer, Vice President Strategy and Technology & Innovation Process Automation, und Andreas Stutz, Projektleiter im Bereich Technology & Innovations for Process Industries, im Interview.Die peer-reviewten Hauptbeiträge
DEXPI für Anfänger
DEXPI steht für „Data Exchange in the Process Industry“. Das Austauschformat zeichnet sich durch eine Betrachtung des Lebenszyklus von Anlagen aus und integriert darin auch bestehende Standards im Engineering-Prozess. Welche Daten dort wie ausgetauscht werden sollen beschreibt der vorliegende Beitrag. Die Autoren zeigen auch die Verbindungen zu MTP und zur Verwaltungsschale auf.Lastspitzenglättung in Arealnetzen mit Elektrofahrzeugen
Batterieelektrisch betriebene Fahrzeuge halten Einzug in Unternehmen. Seien es firmeneigene oder die Autos der Mitarbeitenden. Damit einher geht die Forderung nach einer adäquaten Ladeinfrastruktur. Dass dies nicht unbedingt zu erhöhten Energiekosten führen muss, zeigt der Beitrag anhand einer Studie auf einem Universitätscampus. Insbesondere mit bidirektionalem Laden können sogar bestehende Lastspitzen und damit Kosten verringert werden.Energieeffizienterer Betrieb modularer Anlagen
Modulare Anlagen ermöglichen eine schnellere Reaktion auf Marktbedürfnisse durch die einfache Skalierung und den einfacheren Umbau der Anlagen. Das Module Type Package macht zunächst das Engineering von modularen Anlagen effizienter. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie auch neue Anforderungen wie das Lastmanagement zur energetischen Effizienzsteigerung über das MTP integriert werden können.CO2-eq-Emissionen – alle Scopes im Blick?
Automatisierung trägt seit jeher zur Effizienzsteigerung von Prozessen und damit auch zur Reduktion von Emissionen bei. Aber auch die Automatisierungskomponenten selbst verursachen Emissionen in Ihrer Herstellung und in ihrer Nutzung. Am Beispiel von verschiedenen Stellantrieben zeigt der Beitrag
auf, dass es vom Anwendungsfall abhängt, welche Technologie über die Lebenszeit die geringsten Emissionen verursacht. -
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Bd. 66 Nr. 3 (2024)Nicht nur aufgrund der Tatsache, dass Immanuel Kant in diesem Jahr seinen 300. Geburtstag gefeiert hätte, haben wir ihn auf dem Cover des atp magazins 3/2024 abgebildet. Der berühmteste Philosoph der Aufklärung hat mit dem Kategorischen Imperativ etwas ersonnen, was noch heute Gültigkeit hat.
Und das nicht nur in Bezug auf unsere „menschliche“ Gesellschaft. Auch im Hinblick auf unsere Zusammenarbeit mit smarten Maschinen bleibt der Kategorische Imperativ absolut relevant. Denn durch aktuelle Methoden der Künstlichen Intelligenz sind moderne Geräte und Systeme nicht mehr nur in der Lage, Daten zu generieren, analysieren und abzulegen. Vielmehr greifen sie inzwischen aktiv in die Anlagensteuerung ein und erschließen ohne unser Zutun neue Optimierungspotenziale.
Schon seit einiger Zeit werden daher Stimmen lauter, die verpflichtende Normen und Werte für KI fordern. Und schon sind wir wieder beim Kategorischen Imperativ. Müssen wir auch Maschinen Moral einpflanzen? Und wenn ja, wie geht das, wo sich doch die Normen und Werte von uns Menschen regional stark unterscheiden?
Wir maßen uns nicht an, diese Fragen auf den folgenden Seiten umfassend zu beantworten. Vielmehr wollen wir die Tür ein Stück weit aufstoßen und Sie, liebe Leserinnen und Leser, zum Selbstdenken animieren. Wie wollen Sie KI in Zukunft veranwortungsvoll nutzen?
Das atp magazin 3/2024 liefert Ihnen für die Beantwortung dieser Frage Hilfestellung. Es zeigt dabei eindrucksvoll, wie vor allem generative KI die Industrie verändern wird und was heute schon konkret möglich ist.
Die Interview-Highlights
„KI ist eine komplementäre Technologie“
Das Potenzial von Künstlicher Intelligenz (KI) ist auch für die Prozessindustrie riesengroß und wächst kontinuierlich weiter. Dennoch ist KI nicht das Allheilmittel, für das sie immer noch oft gehalten wird, sondern entfaltet erst in Kombination mit bestehenden Technologien ihre Kraft. Welche realistischen Potenziale KI hat und wieso jetzt auch eine riesige Kommunikationsaufgabe auf die Branche zukommt, erklärt Dr. Kai Dadhe, Head of IT Product Line Smart Production bei Evonik, im Interview.„Generative KI kann die Produktivität signifikant erhöhen“
Seit inzwischen mehr als einem Jahr ist die generative KI ChatGPT von OpenAI öffentlich zugänglich. Inzwischen setzen auch erste industrielle Lösungen auf das KI-Tool. Mit TwinCAT Chat hat Beckhoff erstmals vorgestellt, wie KI das Engineering unterstützen kann. Im Interview erklärt Jannis Doppmeier, Produktmanager TwinCAT, was TwinCAT Chat kann und wie viel KI wirklich in der Lösung steckt.„Menschen müssen ihre Fähigkeit zum Selbstdenken kultivieren“
Inzwischen wird KI nicht mehr nur in der Freizeit für mehr oder weniger wichtige Fragen genutzt, sondern auch industriell eingesetzt, um z. B. in Sekundenschnelle Programmcode zu generieren. Doch sollten wir das überhaupt tun? Verlieren wir dabei nicht unsere Fähigkeit, selbst zu denken? Im atp-Interview stellen wir Künstliche Intelligenz dem Kategorischem Imperativ gegenüber und fragen ChatGPT, wie ein moralischer Einsatz von KI aussehen könnte. Ring frei für den Kampf KI vs. KI.Die peer-reviewten Hauptbeiträge
Elektroaktive Polymere und Formgedächtnislegierungen
In diesem Beitrag erklären die Autoren die Funktionsweise von Aktoren aus intelligenten Materialien. Elektroaktive Polymere und Formgedächtnislegierungen sind zwei Vertreter dieser Gruppe. Aufbauend auf dem Materialverhalten werden Konzepte für kompakte Greifer und smarte Ventile vorgestellt.ISO 27000 oder IEC 62443
In der OT-Security mangelt es nicht an Normen und Empfehlungen. Oft ist dadurch nicht klar, welche Ansätze ein Anlagenbetreiber verfolgen soll. In diesem Beitrag werden die beiden wichtigen Normenreihen ISO 27000 und IEC62443 erklärt und gegenübergestellt. Die Autoren zeigen, dass es bei der Anwendung nicht um ein entweder oder, sondern um eine sinnvolle Kombination der beiden geht.Plant operator support using industrial artificial intelligence
Die Bedienung und Führung komplexer Anlagen benötigt umfangreiche Prozesskenntnisse und viel Erfahrung. Beides liegt nicht immer im erforderlichen Umfang vor. Daten- und wissensbasierte Methoden der Künstlichen Intelligenz können den Menschen hier erfolgreich unterstützen. Lesen Sie, wie das am Beispiel einer Ölplattform von der Erkennung von Problemen über deren Analyse bis zur Lösung umgesetzt wurde.Interoperable communication for autonomous mobile robots
Autonome mobile Roboter finden zunehmend den Weg in die Anwendung. Aufgaben z. B. in der Logistik lassen sich dabei von Teams verschiedener Roboter mit spezifischen Fähigkeiten oft effizienter lösen als von einem Allround-Talent. Hierzu müssen sich die einzelnen Roboter jedoch untereinander abstimmen. Der Beitrag diskutiert die rechtlichen und die technischen Rahmenbedingungen der nötigen Kommunikation und schlägt eine entsprechende Kommunikationsarchitektur vor. -
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Bd. 66 Nr. 1-2 (2024)Die richtige Kombination finden
Im atp magazin 1-2/2024 blicken wir nochmal zurück auf die NAMUR-Hauptsitzung 2023, die unter dem Motto „Open Automation and Digitalization for Sustainability and Efficiency“ stand. Die wesentliche Erkenntnis: Nach über zehn Jahren Industrie 4.0 sind nun endlich alle Teile bereit, um die Digitalisierung der Prozessindustrie umzusetzen. Es geht jetzt „nur“ noch um die richtige Kombination.
Genau wie Modedesigner maßgeschneiderte Kleidung für individuelle Bedürfnisse schaffen, ermöglicht die Digitalisierung der Prozessindustrie die Entwicklung von zugeschnittenen Lösungen. Durch die Kombination von spezifischen digitalen Technologien können Unternehmen ihre Abläufe optimieren und ihre Anforderungen erfüllen.
Eine weitere Gemeinsamkeit sind Trends und Innovationen. Sowohl in der Modewelt als auch in der Prozessindustrie entstehen ständig neue Ansätze und Technologien. Die intelligente Kombination dieser Trends ermöglicht es Unternehmen, wettbewerbsfähig zu bleiben und ihre Effizienz zu steigern. In beiden Welten, sei es in der Prozessindustrie oder in der Modewelt, kommt es auf eine kluge Kombination der Elemente an, um Erfolg und Effizienz zu erreichen.
Und welche Kombination gefällt Ihnen am besten? Schneiden Sie die Elemente auf der Heftrückseite aus und kombinieren Sie diese mit dem Roboter auf dem atp-Cover. Senden Sie uns Ihre persönliche Kombination an atp-redaktion@vulkan-verlag.de oder über unseren LinkedIn-Kanal.
Die Interview-Highlights
„Wir haben jetzt eine Golden Opportunity“ (Barbara Frei)
In der von Schneider Electric auf der NAMUR-Hauptsitzung 2023 vorgestellten „Universal Automation“ wird Hardware von Software entkoppelt und die Verschmelzung von IT und OT weiter vorangetrieben. Was hinter dieser neuen Automatisierungsphilosophie steckt und weshalb die Verwaltungsschale für die Circular Economy in Zukunft unverzichtbar wird, erklärt Dr. Barbara Frei, Executive Vice President Industrial Automation, im Interview.„Proprietäre Systeme sind Schnee von gestern“ (Caspar Herzberg, Avraam Zapounidids)
Die Zeit sehr aufwendiger individueller Software-Lösungen ist abgelaufen, wenn es nach den beiden AVEVA-Verantwortlichen Caspar Herzberg, CEO, und Awraam Zapounidis, Vice President Central and Eastern Europe, geht. Die Zukunft gehört offenen Plattformen, auf denen die Verschmelzung von OT und IT Realität wird. Wie ein solches Multivendor-Ökosystem aussehen kann und weshalb es bei der Cloud Migration nicht nur um das Hochladen von Daten geht, erklären sie im Interview.Die peer-reviewten Hauptbeiträge
Automatisierung 2027
Wie mag ein modernes Automatisierungskonzept in drei Jahren aussehen? Der Beitrag gibt ein „Big Picture“ wieder, welches das Zusammenspiel vieler Lösungen zeigt: NAMUR Open Architecture (NOA) und PA-DIM als standardisierte Informationsmodelle erlauben eine automatische Änderungsdokumentation. Der MTP und Open Automation erlauben Engineering und Automatisierung von modularen Anlagen. Daten der PLT-Einrichtungen können in Verwaltungsschalen abgelegt und im Datenraum Manufacturing-X zwischen Wertschöpfungspartnern ausgetauscht werden.Integrations- und Betriebskonzepte für modulare produktionsnahe Logistiksysteme
Produktionsnahe Logistiksysteme werden in der Regel aus Package Units errichtet. Zur Integration in eine Gesamtautomatisierung eignet sich die Anwendung des Module Type Packages (MTPs). Ein „Logistics Orchestration Layer“ ermöglicht nicht nur die Koordination der Logistik-Module, sondern auch die Einbindung in die betrieblichen Abläufe. Das aus der Prozessindustrie stammende MTP-Konzept wird dafür die Aufgaben der Logistik um drei Funktionen erweitert. Anwendungsbeispiele zeigen die Anwendbarkeit für die Flaschenabfüllung, Verpackung und komplette Logistiklinien.Informationstechnische Standardisierung prozessnaher TGA
Anlagen der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) werden in der Regel aus Package Units errichtet. Bisher gibt es allerdings kein einheitliches Informationsmodell für diese Komponenten, so dass die Integration mühsam ist. Der Beitrag schlägt vor, die TGA-Komponenten durch Verwaltungsschalen (AAS) zu beschreiben. Verbundkomponenten können mit Referenzierungen auf die AAS der Einzelkomponenten beschrieben werden. Analog wird eine Simulation wird durch die Verbindung der Simulationskomponenten erreicht. Die Prozessführung erfolgt mit Hilfe des MTP.Elektrifizierte Chemische Industrie
Auf dem Weg zur Klimaneutralität setzt die chemische Industrie auf „grüne Elektrizität“. Die Möglichkeiten der Elektrifizierung betreffen den chemischen Prozess selbst, aber auch Trennprozesse und Prozesswärme. Beim letzten Punkt sind Wärmepumpen sehr viel effizienter als direkte Elektrowärme. Als Beispiel wird im Beitrag die Nutzung der Restwärme von Kondensat dargestellt. Durch Wärmepumpen kann die Restwärme zur Erzeugung von Warmwasser oder sogar Dampf verwendet werden, was allerdings auch komplexe Regelungsaufgaben mit sich bringt.Implementation of NOA@PAT
NOA – NAMUR Open Architecture – wurde entwickelt, um Daten aus bestehenden Prozesstechnischen Anlagen zu gewinnen, ohne ihre Integrität zu gefährden. Dazu wurde ein Informationsmodell für normale Feldgeräte definiert. Die Autoren schlagen vor, es für Anlagen der Prozessanalytik (PAT) zu erweitern. Dadurch können neue PAT-Geräte viel leichter integriert und ihre Daten ausgewertet werden. Außerdem enthält der Beitrag Vorschläge, mit welchen IT-Systemen die Daten erfasst und ausgewertet werden können.Prozessautomation zur Erhöhung der Sustainability
Die Prozessautomatisierung ist ein „Enabler“ zur Verbesserung der Nachhaltigkeit von chemischen Anlagen. Das ist die Kernaussage der von NAMUR und ZVEI herausgegebenen Broschüre „Sustainability durch Prozessautomation“. Der Beitrag gibt einen Überblick von deren Inhalt. An konkreten Beispielen wird gezeigt, welche Beiträge innovative Aktorik und Sensorik, energieoptimierte Prozesse, modulare Anlagen, Energiemanagementsysteme, Digitale Zwillinge, schnelle Konnektivität und IT-Werkzeuge leisten können. -
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Bd. 65 Nr. 11-12 (2023)Überall in unserem Alltag begegnen uns Geschwindigkeitsbegrenzungen. Mit der Autobahn als (noch) einziger Ausnahme gilt hierzulande überall eine bestimmte Maximalgeschwindigkeit. Einzig in der Digitalisierung darf sich die deutsche Prozessindustrie nicht selbst bremsen. Hier gilt die Überschrift des aufschlussreichen Interviews (ab S. 28) mit Dr. Felix Hanisch, Vorstandsvorsitzender der NAMUR, und Felix Seibl, Geschäftsführer des ZVEI-Fachbereichs Messtechnik und Prozessautomation: „Das Wichtigste ist Tempo!“
Während sich die Branche in guten Zeiten Investitionen in die digitale Transformation leisten sollte, muss sie gerade in schwereren Zeiten, wie sie aktuell vorherrschen, zwingend automatisieren. Es gelte, unseren Erfindergeist und unser hochqualifiziertes Personal als Hebel zu begreifen, um einer möglichen Deindustrialisierung, besonders in der Chemie und Pharmaindustrie, vorzubeugen, erklärt Dr. Hanisch. „Digitalisierung ist zwingend notwendig. Wir dürfen jetzt nicht die Hände in den Schoß legen“, warnt Seibl.
Der Sponsor der diesjährigen NAMUR-Hauptsitzung, Schneider Electric, bietet dafür mit der „Universal Automation“ einen spannenden Ansatz, wie Barbara Frei, Executive Vice President Industrial Automation und Mitglied des Vorstands, im Sponsorbeitrag ab S. 14 aufzeigt: „Die Herangehensweise an die Automatisierung ändert sich grundlegend: von einem ablauforientierten Programmieransatz hin zu einem herstellerunabhängigen, objektorientierten Modellieransatz.“ Das habe zur Folge, dass Automatisierung nicht länger von den Abläufen her gedacht werden müsse, sondern dass die
Bestandteile im Mittelpunkt stehen müssten.Wie elementar wichtig die einzelnen Bestandteile einer erfolgreichen Digitalisierungsstrategie sind, zeigen die vielen verschiedenen Beiträge unserer Ausgabe zur diesjährigen NAMUR-Hauptsitzung. Angefangen bei der Verwaltungsschale über NOA und MTP bis hin zum Digital Twin und APL sind die wichtigsten Bausteine bereits vorhanden.
Die Interview-Highlights
„Das Wichtigste ist Tempo“
Nach Jahren der Corona-Pandemie, dem andauernden Ukraine-Krieg und den in der Folge gleichbleibend hohen Strompreisen stehen besonders energieintensive Branchen wie die Chemie- und Pharmaindustrie unter hohem Druck. Die Deindustrialisierung droht jedoch trotz ernster Lage noch nicht, wie Dr. Felix Hanisch, Vorstandsvorsitzender der NAMUR, und Felix Seibl, Geschäftsführer des ZVEI-Fachverbands Messtechnik und Prozessautomation, im Interview klarstellen. Jetzt komme es auf mehr Geschwindigkeit an, sowohl bei der Digitalisierung als auch einem möglichen Brückenstrompreis.„Eine klare Grenze zwischen OT und IT gibt es noch nicht“
Besonders in der Prozessindustrie wird die Verschmelzung von Operational Technology (OT) und Information Technology (IT) heiß diskutiert. Für Prof. Dr.-Ing. Tobias Kleinert, Leiter des Lehrstuhls für Informations- und Automatisierungssysteme der RWTH Aachen, sind die Grenzen zwischen den beiden Welten nicht exakt abzustecken. Was das für die Digitalisierung der Prozessindustrie, aber auch die Entwicklung von Technologien wie des Digital Twin und der Verwaltungsschale bedeutet, erklärt er im Interview.Die peer-reviewten Hauptbeiträge
AAS-enabled Engineering Using MTP
Modulare verfahrenstechnische Anlagen verwenden PEAs (Process Equipment Assemblies, „Module“), die jeweils durch ein MTP-File beschrieben werden. Die MTPs werden als Teilmodelle von Verwaltungsschalen übertragen. Die Orchestrierung der Anlage erfolgt durch ein überlagertes Automatisierungssystem. Der Beitrag schlägt einen Workflow für dessen Engineeringtool vor. Dabei geht es nicht nur um die notwendigen Arbeitsschritte, sondern auch die Auswahl geeigneter Softwarewerkzeuge (SDKs) für die Handhabung der Verwaltungsschalen sowie die Integration des SDKs in das Engineeringtool.Module Type Package in der Fertigungsautomatisierung (Teil 2)
Im ersten Teil des Beitrags, der im atp magazin 10/2024 erschien, wurde die Erweiterung des MTP-Konzepts für Anwendungen in der Fertigungsautomatisierung beschrieben. In diesem zweiten Teil wird hierfür ein Informationsmodell (FAIM) speziell für die Fabrikautomatisierung erarbeitet und beschrieben. Eine prototypische Implementierung für ein Bohrmodul und einige FAIM-Dateien stehen auf Github zur Verfügung. Dies ermöglicht unter anderem eine automatische Einbindung in ein MES.Process Monitoring and automated data analysis in 3D printing
Wie alle Produkte müssen auch 3D-gedruckte Teile qualitätsgeprüft werden. Dies kann aufwendig nach Abschluss der Produktion erfolgen. Der Beitrag analysiert, ob der Druckprozess online überwacht werden kann. In einen 3D-Drucker wurden dazu vier Sensoren zur Messung von Temperatur, Filamentgeschwindigkeit, Feuchtigkeit und Bewegung integriert. (Je nach Filamentfeuchtigkeit gibt es andere Geräuschfrequenzen!) Die Daten wurden automatisch ausgewertet, anschließend wird die Eignung der Sensoren diskutiert. -
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Bd. 65 Nr. 10 (2023)Ohne AAS ist alles doof!
„Digitale Zwillinge sind kein Hype-Thema mehr, sie sind angekommen in der Umsetzungsphase und die Töne werden leiser. Die Relevanz der digitalen Zwillinge ist jedoch höher denn je.“ So beginnt das Editorial von Dr. Birgit Boss dieser Ausgabe und macht damit deutlich: Der Digital Twin ist mehr als bereit für die Praxis!
Darüber hinaus ist der digitale Zwilling die Basis-Technologie für viele verschiedene Anwendungen wie beispielsweise Predictive Maintenance oder das Condition Monitoring, aber auch aus Konzepten wie Plug-&-Play oder der Smart Factory nicht mehr wegzudenken. Kurzum: Ohne AAS ist alles doof!
Auch eine grüne Produktion kann ohne den Digital Twin nicht funktionieren, wie Kurt D. Bettenhausen im Hauptinterview dieses Heftes erklärt. Es brauche zwingend vorausberechnende Systeme, um das Verhalten von Anlagen und einzelnen Komponenten zu prognostizieren. Bettenhausen fasst zusammen: „Der Digital Twin hat die momentan größte Hebelwirkung, wenn es darum geht, unsere industrielle Welt nachhaltiger zu gestalten.“
Und genau deswegen steht der Digital Twin, aber auch die Asset Administration Shell als führender Standard der Technologie, im Mittelpunkt dieses atp magazins zur SPS 2023. Das Heft zeigt eindrucksvoll, welche intelligenten Anwendungen des digitalen Zwillings bereits existieren und wie das technologische Konzept ihre (grüne) Transformation beschleunigen kann.
Das Interview-Highlight:
"Nachhaltigkeit geht nicht ohne Digital Twin"
Aller digitalen Transformation zum Trotz wird der Digital Twin heute immer noch zu zaghaft im Feld umgesetzt, findet Dr. Kurt D. Bettenhausen, Vorstand Neue Technologien und Entwicklung bei HARTING, und plädiert fürs „Vorausgehen und Loslegen“. Im Interview erklärt der langjährige atp-Herausgeber, wie wir zurück zum Macher-Mindset finden und weshalb der Digital Twin dafür absolut notwendig ist.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Software Defined Manufacturing undCo-Design für den Holzbau
Bauen ist teuer, zeit-, ressourcen- und personalaufwendig. Dieser Beitrag zeigt, wie man die Prozesse gerade im nachhaltigen und wieder zunehmenden Holzbau durch Vorfertigung mit Robotern beschleunigen kann. Dazu gehört auch, dass der Entwurf des Bauwerks und die Konfiguration des Fertigungssystems in einem Co-Design-Prozess parallel erfolgen. Simulationsgestützte Verfahren sorgen für noch mehr Effizienz trotz hoher Individualität. Kommen Sie mit in einen ungewöhnlichen Anwendungsbereich der Automatisierungstechnik!Anwendungen der Verwaltungsschale für Fertigungssysteme
Die durchgängige Digitalisierung der Wertschöpfungsketten verlangt auch die Erstellung von Verwaltungsschalen durch kleine und mittlere Unternehmen (KMU), die sich damit eher schwertun. Die Entwicklung von Lösungen und Teilmodellen für spezifische Anwendungsfälle kann hier unterstützen. In einer Reihe von Umsetzungsprojekten wird genau daran gearbeitet. Lesen Sie in diesem Beitrag welche Ergebnisse bereits vorliegen.Plant operator support using industrial artificial intelligence
Die Bedienung und Führung komplexer Anlagen benötigen umfangreiche Prozesskenntnisse und viel Erfahrung. Beides liegt nicht immer im erforderlichen Umfang vor. Daten- und wissensbasierte Methoden der Künstlichen Intelligenz können den Menschen hier erfolgreich unterstützen. Lesen Sie, wie das am Beispiel einer Ölplattform von der Erkennung von Problemen über deren Analyse bis zur Lösung umgesetzt wurde.Automatisierte Dokumentationspflege bei Gerätetausch durch Verwaltungsschalen
Die Dokumentation von Anlagen ist aufwendig und fehleranfällig. Das betrifft nicht nur die Assets selbst, sondern zunehmend auch ihre digitalen Zwillinge. Beim Tausch von Komponenten müssen auch die digitalen Zwillinge auf den aktuellen Stand gebracht werden. Deren Verknüpfungen sind leider keine genormten Schraub- oder Steckverbinder, sondern Referenzen in komplexen Datenstrukturen. Der Beitrag zeigt, was hier bei Verwaltungsschalen und deren Verknüpfungen zu beachten ist. -
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Bd. 65 Nr. 9 (2023)„Alea iacta est?Ethernet bis in den letzten Winkel des Feldes, schnelle Datenströme, gar die Digitalisierung der Prozessindustrie: All das verheißt das Schlagwort APL.
Mit Ethernet-APL scheint es möglich, die übliche Signalübertragung in der Prozessindustrie mit 4…20
mA sowie den Feldbus zu ersetzen. Allein das macht aber noch nicht den Technologiewechsel, denn
allein für sich ist APL zunächst nicht mehr als eine „schnelle Telefonleitung“, wie Emanuel Trunzer
im atp-Interview auf Seite 38 sagt. Erst zusammen mit anderen Technologien wird es das Engineering
erleichtern, mehr Informationen über die Feldinstrumentierung liefern und die Grundlage für
die Digitalisierung in der Prozessindustrie bilden. Und so vervollständigt APL den Technologiestack
zusammen mit PA-DIM, FDI-Packages, PROFINET und PROFIsave. Im Zusammenspiel kann der Würfel
gelöst werden.
Voraussetzung für die Implementierung von APL in Projekten ist natürlich die Verfügbarkeit von APL-Komponenten wie Feldgeräten und Field Switches sowie die Integration in Automatisierungs- und Asset-Management-Systeme. Daher hat das atp magazin auf den Seiten 44 bis 51 für Sie eine Marktübersicht zusammengestellt, die die verschiedenen APL-Komponenten zeigt. Grundlage dafür war eine Befragung, die das atp magazin gemeinsam mit der NAMUR und dem ZVEI durchgeführt hat. Ein einführender Text von Thomas Tauchnitz auf Seite 42 stellt die Ergebnisse in detaillierter Form vor.
Stellt sich am Ende nur die Frage, wie schnell APL in den Anlagen vorhanden sein wird. Die Fehler, die bei der Einführung des Feldbusses gemacht wurden, sind allen allzu gut bekannt.Lesen Sie im atp magazin 9/2023, ob die Würfel wirklich schon gefallen sind.
The Ethernet-APL Revolution is Approaching Our Plants
„Last Chance for Digital Field Communication”
Ethernet-APL ist eigentlich „nur“ ein physikalischer Standard für Ethernet-basierte Kommunikation in explosionsgefährdeten Betrieb. Es kann und wird die bisherigen Lösungen wie 4…20mA-Signal und Feldbusse ablösen. Darüber hinaus führt Ethernet-APL aber zur Neuentwicklung von Geräten, und dabei wird ein ganzer Technologie-Stack entwickelt: Kommunikationsprotokoll Profinet oder Ethernet/IP, Standardisierte Gerätebeschreibung durch FDI-Package, standardisiertes Datenformat PA-DIM und Option für Sicherheitsfunktionen. Der Beitrag beschreibt den aktuellen Stand und ermutigt, APL-Projekte zu realisieren.Wie man ein sicheres PROFINET-Gerät entwickelt
„Organisatorische und technische OT-Security-Maßnahmen bei der Entwicklung von PROFINET-Geräten“
Das PROFINET-Protokoll wurde in der aktuellen Version 2.4MU4 um Security-Funktionen erweitert. Das ermöglicht flexible Netzwerkstrukturen unter Berücksichtigung von OT-Security-Architekturen. Die neuen Möglichkeiten sind durch die Hersteller der Protokollstacks sowie durch die Komponentenhersteller umzusetzen. Am Beispiel eines APL-Geräts erklärt der Beitrag, welche technischen und organisatorischen Rahmenbedingungen bei der Entwicklung eines sicheren Geräts zu berücksichtigen sind. Zertifikate- und Kryptographie können jetzt eingesetzt und in die Geräte integriert werden.Module Type Package in der Fertigungsautomatisierung (Teil 1)
„Teil 1: Grundlagen und Handlungsbedarf”
Das Module Type Package (MTP) wurde für die Automatisierung modularer Prozessanlagen entwickelt
und erleichtert eine flexible Integration und Orchestrierung heterogener Komponenten. Die Autoren untersuchen, ob und wie sich das MTP auf die Fertigungsautomatisierung übertragen lässt. Dazu werden spezifische Anforderungen der Fabrikautomatisierung an das MTP-Konzept abgeleitet. Ein Beispiel: Produktlokalisierung und -identifikation braucht die Prozessindustrie nicht, deshalb werden für die Fabrik zusätzliche Dienste und Ausprägungen vorgeschlagen.Contribution to Safety Extension IO-Link Wireless
„Employing the black channel principle with respect to IEC 61784-3:2021“ Die Kommunikation über IO-Link Wireless dient überwiegend der Sensor-Aktor-Kommunikation innerhalb der Fabrikautomatisierung. Für die funktional sichere Kommunikation über IO-Link Wireless wird ein „Black Channel“-Konzept gemäß IEC 61784-3 vorgeschlagen, das gemäß den Anforderungen der IEC 61508-Serie entwickelt wird. Ein erweitertes Kanalmodell vereinfacht die Berechnung der Restfehlerwahrscheinlichkeit und erlaubt, zusätzliche Fehlermuster zu erkennen sowie kryptografische Algorithmen anzuwenden. -
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Bd. 65 Nr. 8 (2023)KI, AUTONOMIE UND ROBOTIK„Wir steuern auf eine KI zu, die nicht nur Auskunft gibt, sondern schon bald auch aktiv steuern, verhandeln oder planen wird“, erklärt Prof. Dr. Dr. h.c. Michael ten Hompel im Interview in dieser Ausgabe. Der geschäftsführende Institutsleiter am Fraunhofer IML verweist unter anderem auf die exponentielle Entwicklung von Künstlicher Intelligenz, die viele Menschen nicht kommen sehen.
Von der einstigen Vorstellung, dass Mensch und Maschine sich die Hand reichen und gemeinsam die Herausforderungen unserer Zeit meistern, müssen wir uns wohl langsam verabschieden. Noch sitzt der Mensch am längeren Hebel – aber wie lange noch?!Ein Ringen um das Erlangen der Singularität zwischen Menschen und Maschinen scheint unausweichlich. Dabei geht es um nichts weniger als das Verhindern der „Machtübernahme“ der Maschinen mit Hilfe künstlicher/maschineller Intelligenz. Der Mensch wird viel Mühe aufbringen müssen, um im Kampf mit dem von ihm geschaffenen Maschinengeist die Oberhand zu behalten.
Lesen Sie im atp magazin 8/2023 wie dies gelingen kann und welche Ansätze es gibt, KI und Robotik sinnvoll zu integrieren.
Skill-basierte Intralogistik
„Robotik meets Automation: Autonome mobile Roboter kommunizieren über OPC UA”
Skill-basierte Produktion beschreibt die Organisation von Produktionsprozessen anhand von Fähigkeiten der eingesetzten Betriebsmittel. Dies können zum Beispiel autonome mobilen Roboter (AMR) sein, die in einer Produktion Werkstücke transportieren. Die dezentrale Organisation der Übergabeprozesse zwischen Maschinen und AMR wird im Beitrag beschrieben. Dabei kommunizieren die über ROS gesteuerten AMR mittels OPC UA mit einem zentralen Management-Modul, planen aber ihre Aufgaben und insbesondere die Übergabe selbsttätig.Integration von Drohnen in den urbanen Luftraum
„Wie bringt man Ordnung in den Drohnenverkehr?“
Drohnen, genauer unbemannte Luftfahrtsysteme (Unmanned Aerial Systems (UAS)) halten zunehmend Einzug in die Anwendung. Damit ergibt sich, dass künftig gerade im niedrigen Luftraum (Flughöhe unter 150m) eine Vielzahl von UAS unterschiedlicher Betreiber unterwegs sein werden und sicher betrieben werden müssen. Der Beitrag führt in die Grundlagen des automatisierten Verkehrsmanagements im urbanen Luftraum ein und analysiert Anforderungen und Automatisierungsbedarfe. Er zeigt, wie ein automatisiertes Drohnenverkehrsmanagement aufgebaut werden kann.Realisierung einer Folgefunktion für mobile autonome Roboter
„Follow me if you can!”
Autonome mobile Roboter (AMR) können Routen planen und Hindernissen ausweichen. In manchen Anwendungen sollen sie im Sinne einer Assistenz einer Person folgen, beispielsweise zum Transport schwerer Teile in der Intralogistik. Hierzu muss der AMR die Bezugsperson erkennen und dann in einem definierten Abstand hinter dieser her fahren. Der Beitrag zeigt, wie diese Aufgabe mit einer Kombination aus aufwendiger Sensorik, Objekterkennungsalgorithmen und modellprädiktiver Regelung (MPC) auf Basis von Kalman Filtern gelöst werden kann. In Experimenten konnte der vorgegebene Abstand vom AMR sicher eingehalten werden.Security im Kontext des Module Type Package
„Modularisierung? Ja, aber sicher!“
Das Module Type Package (MTP, VDI/VDE/NAMUR 2658) ist der Ansatz zur Modularisierung von Anlagen der Prozessindustrie (und inzwischen nicht nur dort). In der Spezifikation wird zur Problematik der IT/OT-Security auf die IEC 62443 bzw. auf die entsprechenden Features von OPC UA verwiesen. Der Beitrag analysiert im Detail MTP bezüglich der Security-Standards IEC 62443 und VDI/VDE 2182. Dabei wird herausgearbeitet, welche Anforderungen aus den relevanten Standards im MTP bereits abgedeckt sind. Es werden aber auch Schwachstellen aufgezeigt und Lösungen zu deren Behebung vorgeschlagen.Support for Sustainable Planning
„Energiemanagementsysteme in der Anlagenplanung: Optimierung vorab!“
Energiemanagementsysteme (EMS) sind ein wichtiges Werkzeug zur Überwachung und Optimierung des Energieverbrauchs von Prozessen und Anlagen. Der Beitrag zeigt, dass man die Systeme auch bereits bei der Anlagenplanung gewinnbringend einsetzen kann. Dazu werden insbesondere die Vorhersage- und Optimierungskomponenten des EMS zur Bewertung verschiedener Szenarien eingesetzt. Mehrere Anwendungsbeispiele aus Green- und Brownfield-Projekten zeigen das Potenzial der Methode auf.Engineering und Inbetriebnahme von Produktionsanlagen
„Engineering-Prozesse: Erst modellieren, dann digitalisieren!“
Beim Business Process Modeling (BPM) werden Geschäftsprozesse analysiert und in einer grafischen Notation (BPMN) beschrieben. Diese Notation eignet sich auch für Engineering-Prozesse. Der Beitrag zeigt, wie man damit das Management heterogener Daten über den Lebenslauf einer Anlage beschreiben kann. Diese Beschreibung bietet die Basis für die Digitalisierung der Prozesse. Dabei geht es nicht um ein neues Datenformat, sondern um ein gemeinsames Verständnis vorhandener Daten und deren Verknüpfung. Konkret wird die Methodik auf die virtuelle Inbetriebnahme in der Automobilindustrie angewendet. -
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Bd. 65 Nr. 6-7 (2023)„Die Automatisierungsindustrie verändert die Welt, in der wir leben“, beschreibt Prof. Dr.-Ing. Michael Weyrich (Universität Stuttgart und Vorsitzender der VDI/VDE-GMA) die Bedeutung unserer Branche im Editorial dieser Ausgabe. Der viel wichtigere Satz folgt aber erst unmittelbar danach: „Die Zukunftsbilder werden heute Realität und es gilt, die ‚Transformation by Automation‘ umzusetzen.“
Nach mehr als einer Dekade Industrie 4.0 wird das Zielbild einer digitalisierten Produktion sowohl in der Fabrik- als auch der Prozessautomatisierung zunehmend deutlicher. Die wesentlichen technologischen Treiber dieser Vision sind bereits identifiziert und werden weiter vorangetrieben: der Digital Twin, APL, NOA, MTP, 5G, KI und die Verwaltungsschale werden im Industrial Metaverse der Zukunft große Rollen spielen.
Sie ermöglichen den Zugriff, die Verarbeitung und vor allem das Teilen von Daten, und das möglichst einfach und standardisiert. Darauf wird es ankommen, um die „Transformation by Automation“ wirklich in die Tat umzusetzen.
Die technologische Basis ist gelegt, jetzt liegt es an uns Menschen, die einzelnen Bausteine zusammenzusetzen. Im atp magazin 6-7/2023 zur AUTOMATION 2023 in Baden-Baden wollen wir Ihnen genau dabei unter die Arme greifen und die notwendige Orientierung liefern.
Die Interview-Highlights
„Wir müssen die Labscale Production realisieren“
Die Zukunft der Pharmaproduktion ist modular, dezentral und individuell lautet die gängige Annahme vieler Fachleute. Auch Christian Baumgaertel, Global Lead Building & Process Automation and IT bei Roche, hält die Labscale Production für die Zukunft der Pharmabranche, gibt im Interview allerdings zu, dass damit noch lange nicht alle Probleme gelöst werden können und erklärt, vor welchen Herausforderungen die Branche steht.„Die atp ist die Schnittstelle zwischen Forschung und Anwendung“
Im August 2023 übernimmt Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Frey, Inhaber des Lehrstuhls für Automatisierungs- und Energiesysteme an der Universität des Saarlandes, das Amt des wissenschaftlichen Chefredakteurs von Prof. Dr.-Ing. Mike Barth. Wie der langjährige Beirat die Zukunft des atp magazins gestalten möchte und wie der Titel seines ersten atp-Beitrags aus dem Jahr 2000 lautete, verrät Prof. Frey im Interview.Die peer-reviewten Hauptbeiträge
Automatisierungsdienste-Choreografien in der Prozessindustrie
Die zunehmende Modularisierung von Anlagen der Prozessindustrie verlangt nach neuen Herangehensweisen für das Engineering der eingesetzten Automatisierungssysteme sowie für deren Architektur. Hierbei haben sich insbesondere Methoden der serviceorientierten Strukturen aus modernen Bereichen der Software-Architektur durchgesetzt. Die dabei standardmäßig eingesetzte Orchestrierung stößt dabei zunehmend an Grenzen, weshalb die Autoren die Anwendung von sogenannten Automatisierungsdienste-Choreografien anhand unterschiedlicher Szenarien vorstellen. Die Praxisrelevanz wird nicht zuletzt durch eine Validierung anhand einer industriellen Laboranlage untermauert.Erste Schritte in ein Industrial Metaverse für Prozessanlagen
Das Metaverse gilt nicht zuletzt seit der prominenten Umbenennung des Facebook-Konzerns zu „Meta“ als der künftige virtuelle Business-, Social- und Freizeit-„Place to be“. Die möglichen Vorteile liegen auf der Hand: annähernd unbegrenzte Darstellungsmethoden von Produkten, keinerlei Reisezeiten sowie immersive, kollaborative und interaktive Eindrücke, die über das gemeinsame Treffen am flachen Bildschirm hinausgehen. Der Beitrag greift diese Möglichkeiten auf und überträgt sie in den Gedanken eines Industrial Metaverse in dem, gestützt durch Augmented Reality, Anlagenbediener in neuartigen Schulungen optimal auf die komplexen Aufgaben der Realität vorbereitet werden.Virtuelle Methoden in der Produktionstechnik
Die Virtuelle Inbetriebnahme gilt längst als etablierte Methoden im Engineering von Automatisierungssystemen. Dabei spielt jedoch nach wie vor die Erstellung der notwendigen Simulationsmodelle eine entscheidende Rolle. Dies soll sich möglichst nahtlos in bestehende Prozesse integrieren bzw. kann, bei durchgängigen modellbasierten Methoden, ein wertvolles Bindeglied zwischen den unterschiedlichen Domänen darstellen. Im Beitrag werden hierzu die notwendigen Voraussetzungen und möglichen Vorgehensweisen diskutiert. Dabei erläutern die Autoren reale Use-Cases aus der Robotik und zeigen beispielhaft auf, wie Fragen zur Echtzeitfähigkeit oder Modelladaptionen sinnvoll beantwortet werden können.Eine systematische Bewertung der Qualität von Simulationsmodellen – Teil 3
Nach zwei Vorgängerbeiträgen zur systematischen Bewertung der Qualität von Simulationsmodellen, in welchen sowohl eine Bewertungsmetrik als auch eine quantitative Bewertungsmethodik vorgestellt wurden, widmet sich dieser dritte Teil den beteiligten Rollen im Life-Cycle von Simulationsmodellen. Ausgangspunkt ist die These, dass die Qualität von Simulationsmodellen unabdingbar von der Aufgabe, Position und Intention der jeweiligen Rolle abhängig ist. Diese zunächst als subjektiv wahrgenommenen Kriterien stellen sich, wie in diesem Artikel vorgestellt wird, schnell als objektive und eindeutig zuordenbare Abhängigkeiten heraus. Die Autoren beschreiben die jeweiligen Rollen und deren Anwendung der Qualitätsmetrik anhand praxisrelevanter Beispiele und Use-Cases.Realisierung einer Shared Production
Sowohl Gaia-X, die Verwaltungsschale als auch die Industrie 4.0-Sprache gelten als wesentliche Pfeiler einer künftigen flexiblen und wandelbaren Produktion. In diesem Beitrag stellen die Autoren vor, wie eine sogenannte „Shared-Production“, d. h. das ad-hoc-Aufbauen von Lieferketten durch die Einbeziehung externer Produktionseinheiten möglich wird. Dabei stützen sie sich auf das Capability-Skill-Service (CSS)-Modell, das die Produktionsfähigkeiten und Dienste eines Moduls exakt und transparent semantisch definiert beschreibt. Die Autoren stellen in diesem Übersichtsbeitrag zukunftsweisende und neuartige Konzepte vor, die zu viel Gesprächsstoff in der Community führen dürften. -
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Bd. 65 Nr. 5 (2023)Ein unlösbares Rätsel ist das Cover dieses atp magazins sicherlich nicht, aber dennoch mussten Sie vielleicht einen Moment nachdenken, bevor Ihnen klar wurde, was Sie sehen. Ganz ähnlich verhält es sich auch aktuell noch mit der Cybersecurity, die zwar von immer mehr Fachleuten wahrgenommen wird, aber insgesamt trotzdem noch zu wenig beachtet wird.
Ändern will das SECURITY UNTER KONTROLLE, ein OT-Security-Kongress, der in diesem Jahr das erste Mal vom 10. bis 11. Mai in Düsseldorf stattfindet und vom atp magazin organisiert wird. Dort steht die Security für Automatisierungstechnik für zwei Tage vollkommen im Mittelpunkt. Security? Bekommen wir unter Kontrolle!
Passend zum Kongress befasst sich auch dieses Heft nahezu vollständig mit der Cybersecurity und gibt sogar ab Seite 18 Einblicke in exklusive Vorträge von SECURITY UNTER KONTROLLE.
Dabei stehen allerdings nicht nur technologische Securitylösungen im Fokus, sondern auch das Cyberrecht. Der Cyber Resilience Act (CRA), das IT-SIG 2.0 oder die NIS-2-Richtlinie werden in Zukunft direkten Einfluss auf Anwender wie Betreiber von Automatisierungstechnik haben oder wirken sich sogar schon jetzt auf die Praxis aus. Das atp magazin 5/2023 zeigt Ihnen deshalb, worauf es jetzt für Sie ankommt und was zu tun ist, um auf der cyberrechtssicheren Seite zu stehen.
Das Interview-Highlight:
"Cybersecurity wird jetzt rechtliche Anforderung"
Lange Zeit hing die Cybersecurity allein vom Engagement der Anwender und Hersteller ab und war kaum gesetzlich reguliert. Mit dem Cyber Resilience Act (CRA) soll das Recht jetzt zum Treiber der Security werden, wie Stefan Hessel, Anwalt für Cybersicherheit bei reuschlaw, im Interview klarstellt. Der Rechtsexperte erklärt außerdem, wie der CRA das IT-Sicherheitsniveau erhöht und was Unternehmen jetzt tun müssen.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Eclipse BaSyx DataBridge – Datenintegration einfach machen!
Digitale Zwillinge enthalten nicht nur die statischen Daten eines Equipments, sondern können auch Live-Daten verwenden. Doch wie kommen diese Live-Daten von den Geräten („Quellen“) in die digitalen Zwillinge? Vor allem, wenn noch alte Protokolle wie Modbus oder RS485 vorliegen? Die Autoren haben fünf „Architektur-Blueprints“ für verschiedene Anforderungen erstellt. Zur Umsetzung werden die Komponenten Updater und Delegator der Eclipse BaSyx DataBridge verwendet. Messergebnisse zeigen, dass DataBridge ein geeignetes Werkzeug für die Datenintegration in Verwaltungsschalen (VWS) ist.Wertschöpfungskette für digitale Identitäten
Austausch von Daten setzt Vertrauen voraus, und dazu muss ich meinen Gesprächspartner kennen. Für die Kommunikation zwischen Maschinen geht es also um digitale Maschinenidentitäten. Nur wenn die bekannt sind, funktionieren Signaturen und Verschlüsselung. Der Beitrag durchdenkt die Pflege dieser Maschinenidentitäten für den kompletten Lebenszyklus: vom Komponentenhersteller über den Maschinenbauer bis zum Betreiber. Die Equipments müssen jeweils sauber übergeben und anschließend betreut werden, um ihre Identität bis zur Entsorgung sicher bereitzustellen.Semantische digitale Zwillinge
Ein digitaler Zwilling stellt eine digitale Repräsentation des realen Objektes dar. Dabei stehen die Objekte nicht losgelöst da, sondern hängen mit anderen Assets zusammen: Sie gehören zu übergeordneten Assets, kommunizieren und können Daten mit der realen Welt austauschen – lesend oder auch steuernd. Im Beitrag werden diese Zusammenhänge von Assets durch semantische Anmerkungen abgebildet. So entstehen Wissensgraphen, die die Zusammenhänge modellieren. Technische Basis ist die weit verbreitete Node-RED-Plattform, die über viele Schnittstellen verfügt.KI-Techniken für die Funktionale Sicherheit
KI und Funktionale Sicherheit – kann das zusammenpassen? Diese Frage beantwortet der Beitrag mit einem klaren und gut begründeten „Ja“. Allerdings nicht mit einem maschinellen Lernen, das Black-Box-Eigenschaften hat, sondern mit KI-Systemen, die gesichertes Wissen mit formalen Methoden und automatisierten Schlussfolgerungen auswerten. SAT-Solving ist eine Technik dafür. Die Autoren schlagen diese Methode vor, um die Integrität von Sicherheitsfunktionen bei SIL-Softwarewerkzeugen zu bewerten. Das wurde bereits durch einen TÜV geprüft!Kombination von digitalen Zwillingen und KI
Eine flexible Produktion erfordert schnelle Anpassung von Robotern und deren Bilderkennung. Doch woher bekommt man geeignete Trainingsdaten für die KI der Bilderkennungs-Software? Der Beitrag empfiehlt, diese Trainingsdaten mit Hilfe der Simulationsfunktion von digitalen Zwillingen zu generieren. Diese Simulation muss automatisch erfolgen und viele Problemfälle abdecken, um für das Training geeignete Datensätze zu erzeugen. Die Vorgehensweise erwies ihre Eignung an zwei Referenzprojekten. -
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Bd. 65 Nr. 4 (2023)Die nächste Evolutionsstufe der digitalen Transformation steht fest! Im Zuge der biologischen Transformation verschmilzt modernste Technik mit den über viele Millionen Jahre perfektionierten Konzepten der Biologie. In den vergangenen Jahren ist mit der Biointelligenz außerdem ein eigenes Forschungsfeld entstanden, das insbesondere für die Automatisierungsindustrie einen neuen Milliardenmarkt darstellt. Denn auch intelligente Bioreaktoren wollen gebaut, gesteuert und geregelt werden.
„Die Biointelligenz wird das nächste große Ding“, ist sich auch Prof. Thomas Bauernhansl vom Fraunhofer IPA sicher. Gemeinsam mit vielen Biotech-Unternehmen erforscht er die Potenziale der biologischen Transformation und macht deutlich: „Die biologische Transformation öffnet uns neue Türen, dezentraler und in geschlossenen Stoffkreisläufen zu produzieren.“
Durch sogenannte Biointelligente Systeme, wie. z. B. Roboter, denen lebende Neuronen eingepflanzt werden mit denen sie riechen können, scheint erstmals möglich, was lange Zeit undenkbar schien: Umwelt und Wohlstand in Einklang zu bringen.
Das atp magazin 4/2023 zur HANNOVER MESSE 2023 zeigt, wie stark die biologische Transformation nicht nur die industrielle Produktion, sondern unser gesamtes Leben beeinflussen kann und warum die Automatisierungsindustrie dabei eine so wichtige Rolle spielt.
Das Interview-Highlight:
"Biointelligenz bringt Umwelt und Wohlstand in Einklang"
Was passiert, wenn Digitalisierung und Biotechnologie verschmelzen? Es entsteht das Next Big Thing für die Automatisierungstechnik, wie Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl, Institutsleiter des Fraunhofer IPA, im Interview enthüllt. Doch nicht nur für die Automation birgt die Biointelligenz enorme Potenziale, sie macht gedruckte Schnitzel möglich und ist damit der Schlüssel für unsere umweltschonend produzierte Nahrung von morgen.
Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Modellbasierte PLT-Sicherheitsfunktionen datenbasiert überwachen
Die zuverlässige Überwachung von Prozessen gestaltet sich nicht immer einfach. Mal können wichtige Größen nicht reproduzierbar und manchmal gar nicht gemessen werden. Insbesondere in modellbasierten PLT-Sicherheitsfunktionen werden aber gerade solche unsicherheitsbehafteten Prozessmesswerte zur Berechnung von nicht direkt beobachtbaren Abschaltwerten verwendet. Der Beitrag stellt hierzu das Verfahren der multivariaten statistischen Prozesslenkung als Ergänzung etablierter Online-Diagnosefunktionalitäten vor. Dieses besitzt das Potenzial, den Diagnosegrad signifikant zu erhöhen und sicherheitstechnische sowie qualitätsrelevante Anomalien jenseits der typischen Sensorfehler aufzudecken.Virtuelle Inbetriebnahme in der Maschinenautomatisierung
Die Virtuelle Inbetriebnahme bildet seit Jahren ein standardisiertes und etabliertes Verfahren des simulationsgestützten Testens von Automatisierungssystemen. Der vorliegende Beitrag bildet eine Industriesicht auf dieses Thema und ordnet die bekannten Test-Verfahren MIL, SIL und HIL den potenziellen Anwendungsbereichen im Maschinen- und Anlagenbau zu. Darüber hinaus werden Entscheidungskriterien für die jeweils passende Anwendung und VIBN-Methode entwickelt, die im Alltagsgeschäft helfen können. Den Abschluss des Beitrages bilden beispielhafte Anwendungen von SEW, welche die notwendige VIBN-Architektur beschreiben.Software in Cyberphysischen Produktionssystemen
Cyberphysische Produktionssysteme (CPPS) bilden eines der Herzstücke von Industrie 4.0. Als Synonym für die Vernetzung von Maschinen und Anlagen sowie die Abbildung von virtuellen Assets im Industrial Internet of Things (IIoT) sind CPPS jedoch vielfach noch schwer umzusetzen. Insbesondere kleine und mittlere Unternehmen tun sich nach wie vor schwer damit, das bestehende Potenzial effizient in die Realität umzusetzen. Oftmals steht die Komplexität – insbesondere im Bereich der Software – den Vorteilen im Weg. Der Beitrag untermauert die bestehenden Hürden auf Basis eines interdisziplinären Workshops, der 2021 zu den Herausforderungen der Entwicklung von CPPS geführt wurde. Die Autoren
stellen die Kernaussagen der Teilnehmer dar und geben Hinweise zu potenziellen Lösungen.Ein Reinforcement-Learning-Ansatz für die Optimierung von Heizkurven
Nicht erst seit den jüngsten geopolitischen Ereignissen wird es allen bewusst, dass Energie knapper und teurer werden wird. Dies betrifft sowohl Industrieprozesse als auch den Verkehr und die Gebäudeversorgung. Initiativen, wie die in vielen Büros eingestellten 19 °C waren im vergangenen Winter die Folge. Auch unabhängig von Krisen ist ein effizienter Umgang mit Heizenergie notwendig. Der Beitrag behandelt hierzu den Einsatz von KI-gestützten Verfahren für die Optimierung von
Heizkurven in Bürogebäuden. Hierbei wird Reinforcement Learning genutzt, um solar stark aufheizende Räume am Tag und vergleichsweise kühle Nächte regelungstechnisch in Einklang zu bringen. Über die theoretischen Ansätze hinausgehend, geben die Autoren Handlungsempfehlungen für die Integration der neuartigen Regelungen in bestehende Gebäude.Biointelligente Produktionssysteme
Der in jüngster Zeit aufkommende Begriff Biointelligenz ist eine Reaktion auf die Ressourcenknappheit sowie die nachhaltige Produktion im Zuge einer zirkulären Wirtschaft. Das Abschauen von Prinzipien aus der Natur hat sich bereits seit Jahrzehnten im Fachgebiet der Bionik niedergeschlagen. Die Biointelligenz erweitert diese Prinzipien um die Fähigkeiten einer modernen, lokalen und modularen Produktion. Im Beitrag geben die Autoren Definitionen und vertiefen diese anhand von Beispielen. Ziel ist es, den Leserinnen und Lesern des atp magazins einen Zugang zu diesem neuartigen Forschungsfeld zu geben. -
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Bd. 65 Nr. 3 (2023)Letzte Hoffnung Zeus? Die Blitze des griechischen Göttervaters, die er vom Olymp auf uns hinunterschleudert, könnten die letzte Chance für das Gelingen der Energiewende sein. Und damit auch für die All Electric Society, schließlich fehlt uns hierzulande schlicht der Strom, um eine umfassende Elektrifizierung von Industrie und Gesellschaft zu realisieren.
Sogar der ZVEI-Präsident Dr. Gunther Kegel gibt im Interview zu, dass die Abkehr von fossilen Energieträgern die Vision der All Electric Society gefährdet. Ist die Elektrifizierung damit vorerst gescheitert? Nein, widerspricht Dr. Kegel und ergänzt: „Wir müssen jetzt an der All Electric Society arbeiten, obwohl sie erst in 20 Jahren Realität sein wird!“
Dabei steht, wie Prof. Dr. Alexander Fay (Helmut-Schmidt-Universität Hamburg) im Editorial dieser Ausgabe betont, vor allem der Ausbau der erneuerbaren Energieerzeugung im Vordergrund. „Es geht
aber auch um die Einsparung, die sinnvolle Verteilung sowie eine durchdachte Nutzung von Energie.“Im atp magazin 3/2023 erfahren Sie daher nicht nur, wie es um den Status quo der Vision einer elektrifizierten Gesellschaft steht, sondern auch, wie Sie langfristig klimaschonender produzieren können. An welchen Stellschrauben Sie dafür heute schon drehen können, zeigt Ihnen das vorliegende Heft.
Die Interview-Highlights:
"Wir müssen jetzt an der All Electric Society arbeiten"
Eine sichere Energieversorgung Deutschlands ist mit dem Ukraine-Krieg und dem daraus entstandenen Gasmangel in weite Ferne gerückt. Heute laufen hierzulande noch immer Atomkraftwerke und sogar die Kohleverstromung erlebt ein Revival. Ist die Energiewende und damit auch die Vision der All Electric Society vorerst gescheitert? Nein, die Umsetzung muss sogar noch schneller erfolgen, sagt Dr. Gunther Kegel, ZVEI-Präsident und CEO von Pepperl+Fuchs, und erklärt im Interview, worauf es energiepolitisch jetzt ankommt und warum das Potenzial grünen Wasserstoffs mancherorts überbewertet wird."Das Zeitalter der kognitiven Roboter beginnt"
Die Evolution der Robotik begann mit stationären Montagerobotern in der Automobilherstellung und führte über kollaborierende Roboter bis hin zu autonomen Transportsystemen. Jetzt kommt mit kognitiven Robotern, die sehen, hören und tasten können, eine neue Evolutionsstufe hinzu. Im Interview macht David Reger, CEO von NEURA Robotics, deutlich, wieso Roboter mit Sinn und Verstand die industrielle Produktion grundlegend verändern können und warum Deutschland gar kein so schlechtes Gründungsland ist, wie oft behauptet wird.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Der Weg zur klimaneutralen Produktion
Eine klimaneutrale Produktion erfordert effizientere Produktion – Aufgabe der Betreiber –, reduzierten Energieverbrauch der Automatisierungskomponenten im Prozess sowie einen niedrigen Product Carbon Footprint (PCR) in der Herstellung der Automatisierungs-Devices. Der Beitrag zeigt durch Tests an einem Versuchsstand, dass ein kontinuierliches Monitoring Probleme wie Veränderungen im Versorgungsdruck oder Schäden wie Federbruch erkennen kann. Dadurch kann auch mit kleineren Komponenten und verringerten Drehmomentreserven ein zuverlässiger Betrieb erreicht werden. Im Beispiel lässt sich dadurch der PCR in der Herstellung des Antriebs um 30 % und der Druckluftverbrauch um 52 % senken.Planungsfunktionen für (Energie-)Speicher
Die Arbeitspreise für elektrische Energie schwanken im Laufe eines Tages um den Faktor zwei. Da liegt es einerseits nahe, Strom zu nutzen, wenn er billig ist – vorausgesetzt, dass der Prozess das ermöglicht wie beispielsweise bei Mühlen mit ausreichend Puffervolumen für das Produkt. Andererseits können sich Batteriespeicher lohnen. Beide Ansätze erfordern eine gute Planungslogik für die Automatisierung. Zielvorgabe können die reinen Kosten, aber auch die CO2-Emissionen sein. Einen hohen Einfluss auf die Ergebnisse haben der Wirkungsgrad der Speicher und die Speichergröße – hier reicht eine Kapazität von vier Stunden.Informationsmodellierung zur Überwachung der energiebezogenen Leistung
Energiemanagementsysteme helfen Unternehmen, ihre Energieeffizienz zu verbessern. Um das zielgerichtet zu tun, muss man die Energieverbräuche auf die Anlagen und Prozessschritte runterbrechen, sprich ein energiebezogenes Informationsmodell entwickeln. Der Beitrag schlägt hierzu sechs Schritte vor: Strukturierung des Produktionssystems; Integration der energiebezogenen Daten in die Struktur; Erstellen der benötigten Informations-Instanzen; Ermittlung der relevanten Variablen, Definition von Kennzahlen für den Energieverbrauch der Anlagen und Prozessschritte und
schließlich Nutzung dieser Daten zur Betriebsplanung. Erst nach diesen gut definierten Schritten kann man gezielte Maßnahmen erarbeiten.Verwaltungsschalen aus Excel?
Während Excel der „Faustkeil des Ingenieurs“ ist, ist die Verwaltungsschale (VWS, eng. Asset Administration Shell, AAS) ein standardisiertes und interoperables Objekt, das eine Industrie-4.0-
Kommunikation ermöglicht. Die Autoren stellen eine Erweiterung des AAS-Managers vor, welche die Übertragung von Altdaten in Verwaltungsschalen unterstützt. In einer grafischen Oberfläche wird festgelegt, welche Daten der Quelle (Excel) in welchen Teilmodelle der VWS anzulegen sind. Dies erfordert keine Programmierkenntnis und kann in einem VWS-Generator zur Massenbearbeitung
genutzt werden.Nonlinear Model Predictive Control
Die modell-prädiktive Regelung ist seit Jahrzehnten bewährt, scheitert in der Praxis aber häufig an
fehlenden Prozessmodellen. Häufig verwendet der Betreiber – meist aus dem Engineering-Prozess –
ein dynamisches Simulationsmodell der Anlage als Digitalen Zwilling. Diese Simulation und die Basis-Automatisierung im PLS können dann für die modellprädiktive Regelung verwendet werden. Außerdem ermöglicht das Modell, unbekannte Prozessgrößen über Prozessnachbildung als sogenannte Soft-Sensoren zu ermitteln. Der Beitrag zeigt am Beispiel einer industriellen Polymerisation den praktischen Nutzen dieser Technologien. -
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Bd. 65 Nr. 1-2 (2023)Endlich gab es wieder eine echte NAMUR-Hauptsitzung! Am 10. und 11. November 2022 fand sie nach zwei Jahren virtueller Formate endlich wieder physisch und erstmals im Dorint-Hotel in Neuss statt. In unserem umfassenden Rückblick stellen wir Ihnen ab S. 18 alle Highlights und die wichtigsten Entwicklungen rund um die NAMUR und die Prozessindustrie vor.
Unvergessen bleibt in jedem Fall das NAMUR-Bobby-Car, mit dem Marc Risser und Karl-Heinz Niemann die technischen Vor- und Nachteile von Ethernet-APL for Safety Systems vorstellten. Kein Wunder also, warum es das knallrote Rutschauto auf das Cover des ersten atp magazins des Jahres geschafft hat. Aber diese kleine Hommage hat auch einen Hintergedanken, denn mehr denn je erweitert die NAMUR ihr Netzwerk in Richtung internationaler Partner und Organisationen. Und diese Internationalisierung macht auch vor den Gremien der Interessengemeinschaft nicht Halt. Mit Frank van den Boomen, der für dieses Heft übrigens das erste englischsprachige Editorial in der atp-Geschichte verfasst hat, und Rene Neijts kommen gleich zwei NAMUR-Vorstandsmitglieder nicht aus Deutschland.
Es zeigt sich immer deutlicher: Mit MTP und NOA, aber auch den Bemühungen rund um die Verwaltungsschale, 5G und APL kann die deutsche Prozessindustrie die Zukunft der globalen Verfahrenstechnik entscheidend mitgestalten, wie das atp magazin 1-2/2023 zeigt.
Die Interview-Highlights:
"Die Digitalisierung der Safety schließt Security ein"
Die Digitalisierung der funktionalen Sicherheit stand im Mittelpunkt des Vortrags von HIMA, dem Sponsor der NAMUR-Hauptsitzung 2022. Dort erklärten die Vortragenden Jörg de la Motte, CEO, Peter Sieber, Vice President Strategic Marketing, und Sergej Arent, Director Applications, wie die digitale Transformation der Safety auch Security-Anforderungen gerecht wird. Im Interview schildern die drei Experten, worauf es dabei ankommt und wie Safety-as-a-Service Realität wird.
"Wir sitzen nicht im Elfenbeinturm"
Wenn es darum geht, Technologien in die industrielle Realität zu überführen oder weiterzuentwickeln, reichen herkömmliche Entwicklungsabteilungen oft nicht aus. Genau an dieser Schnittstelle zwischen universitärer Forschung und Industrie sitzt das ABB Forschungszentrum in Ladenburg. Im Interview erklären zwei Insider, Mario Hoernicke, Senior Principal Scientist, und Dr. Heiko Koziolek, Corporate Research Fellow, wie Ihre Arbeit am Forschungszentrum aussieht und warum sie so wichtig ist.
Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Stolpersteine beim Motorentausch
Elektromotoren bilden einen zunehmend wesentlichen Faktor, wenn es um energieeffiziente Aktorik in der Prozessindustrie geht. Nicht nur können diese feingranular geregelt werden, ihre Elektromechanik ermöglicht es Ventile, Rührer oder Pumpen mit exakt dosierten Drehmomenten und Drehzahlen zu beaufschlagen. In diesem Work-in-Progress-Artikel beschreiben die Autoren wesentliche Randbedingungen und Auslegungsschritte beim Tausch von Motoren im Brownfield. Der Fokus liegt dabei auf Drehstromasynchronmotoren, deren Wirkungsgrad modernsten internationalen Anforderungen entspricht.KI4Safety - aber sicher!?
Angefangen von höherwertigen statistischen Auswertungen bis hin zu komplexen Deep-Learning-Methoden findet KI zunehmend den Weg aus der Forschung in die industrielle Praxis. Gleichzeitig bilden Verfahren der Künstlichen Intelligenz nach wie vor eine hohe Unsicherheit in Bezug auf deren Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit. Ergebnisse oder der Weg dahin können oftmals nicht vorhergesagt werden. Undenkbar, dies im Bereich der funktionalen Sicherheit einzusetzen? Bis jetzt! In diesem Work-in-Progress-Beitrag werden die relevanten Begriffe der Erklärbarkeit, Interpretierbarkeit und Transparenz in den Kontext des Einsatzes im Sicherheitsbereich gesetzt und bzgl. des Risikos bewertet.Angriffserkennung auf kritische Infrastruktur
Dass Cyberangriffe vor Anlagen der Prozessindustrie nicht haltmachen, ist allseits bekannt. Wichtig dabei ist es, die Cyber-Angriffe frühzeitig zu erkennen. In diesem Artikel beschreibt der NAMUR Arbeitskreis 4.18 „Automation Security“ die Inhalte seines Praxisdokuments „Angriffserkennung nach IT-Sicherheitsgesetz 2.0“. Dabei werden gängige Methoden zur Identifikation von Cyber-Angriffen beschrieben und entsprechende Hinweise bzw. Einschätzungen der NAMUR ergänzt. Der Fokus liegt dabei auf der Sensibilisierung sowie auf nachvollziehbaren Guidelines. Ein Beitrag aus der Praxis für die Praxis.NOA Security auf dem Prüfstand
Die Veröffentlichung der NAMUR-Empfehlung 177 und damit die Empfehlung zum NOA-Security-Konzept liegen mehr als ein Jahr zurück. Was hat sich seither getan und wie sehen die am Markt verfügbaren Lösungen aus? Die Autoren beschreiben in diesem Work-in-Progress-Beitrag beispielhafte Security-Umsetzungen in der IDEA-Anlage, die mithilfe von professionellen Penetrationstests validiert wurden. Firewalls, Ports und webbasierte Anmeldungen – alles wird einem Stresstest unterzogen und auf Herz und Nieren geprüft.The Next Generation: Ethernet-APL for Safety Systems
Mit dem seit der letzten NAMUR-Hauptsitzung zum Synonym für sichere Kommunikationstechnik gewordenen Bobbycar haben Mark Risser und Karl-Heinz Niemann einen bleibenden Eindruck hinterlassen. Dieser Vollbeitrag bildet nun die ausführlichere Verschriftlichung ihres Plenarvortrags und damit die Möglichkeit, die Erkenntnisse nachzuvollziehen. Im Kern des Beitrags steht die sichere Übertragung von Daten auf Basis des Black-Channel-Prinzips, welche am Beispiel von PROFINET und PROFIsafe erläutert wird. Auch der vergleichsweise einfach werdende Wechsel eines Feldgeräts von der Standard-DCS-Applikation in einen Sicherheitsbereich wird dargestellt. Den Abschluss des Beitrages bilden nach wie vor bestehende Herausforderungen für APL in Sicherheitssystemen.Anwendung der Verwaltungsschale in der Prozessindustrie
Der Weg der Verwaltungsschale in die Industrie nimmt, nicht zuletzt seit der Gründung der IDTA, maßgeblich an Fahrt auf. Auch die NAMUR hat im November 2021 den Arbeitskreis AK 1.4 „Verwaltungsschale“ gegründet, um die Anwendung der VWS in der Prozessindustrie zu prüfen. In diesem Vollbeitrag beschreiben die Autoren erste Ergebnisse und Use Cases zur Anwendung der VWS im Engineering von PLT-Stellen sowie beim Tausch von Geräten. Dabei gehen die Autoren sowohl auf aktuell bestehende Möglichkeiten der Architektur von VWS als auch auf deren notwendige Teilmodelle ein. Im zweiten Beitragsteil werden Plattformen für den Austausch von VWS diskutiert. -
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Bd. 64 Nr. 11-12 (2022)Wenn Sie jetzt auf den folgenden Seiten irgendwann Auric Goldfinger erwarten, dann werden Sie leider enttäuscht. Und auch die berühmt berüchtigte License to Kill werden Sie nicht bekommen. Dafür haben Sie die Lizenz zum Scannen, denn im letzten atp magazin des Jahres steht die Verwaltungsschale im Mittelpunkt.
Und das nicht nur sprichwörtlich, sondern wirklich in der Mitte des Covers. Dort haben wir einen NFC-Tag platziert, der Sie direkt zum Digital Twin dieses atp magazins führt. Dafür müssen Sie lediglich Ihr Smartphone darüber halten. Warum wir dabei auf die NFC-Technologie setzen und nicht etwa einen QR-Code? Das beantwortet Ihnen Werner Gaulke, Technischer Geschäftsführer der NFC21 GmbH, im Interview ab S. 30 unter der passenden Überschrift „NFC ist das nächste Level des QR-Codes“.
2D-Codes auf Produkten und Geräten sind inzwischen, dank der Verwaltungsschale und des Teilmodells Digital Nameplate, in der Industrie sehr verbreitet. Dieses Submodel, auch als Türöffner oder Eisbrecher für die Asset Administration Shell (AAS) bezeichnet, ist aber nur eins von Stand heute mehr als 30 Teilmodellen, die in der Industrial Digital Twin Association (IDTA) entwickelt werden.
Die Verwaltungsschale wird damit immer mehr zum Grundpfeiler für den globalen Informationsaustausch. „Es wird heute nicht mehr darüber diskutiert, ob die AAS zum Einsatz kommt, sondern wie sie verwendet werden kann“, beschreibt es Prof. Dr. Michael Hoffmeister (Hochschule Karlsruhe und Festo) ab S. 20 treffend. Wie es um die Entwicklung und die weitere Roadmap der Verwaltungsschale steht, erfahren Sie im vorliegenden atp magazin 11-12/2022.
Die Interview-Highlights:
"Die Verwaltungsschale ist kein Strohfeuer"
In den vergangenen zwei Jahren hat sich die Verwaltungsschale von einer Insider-Technologie zu einem Gamechanger der Digitalisierung der industriellen Produktion entwickelt. Mit der Industrial Digital Twin Association (IDTA) treibt inzwischen eine eigene Organisation die Asset Administration Shell (AAS) voran. Im Interview gibt Prof. Dr. Michael Hoffmeister, Professor für Automatisierungstechnik an der Hochschule Karlsruhe und IDTA-Vorstand, Einblicke in die Roadmap der Verwaltungsschale und erklärt, warum in Zukunft kein Weg an ihr vorbeiführen wird.
"NFC ist das nächste Level des QR-Codes"
Mit dem digitalen Typenschild auf Basis eines QR-Codes als erstem Anwendungsfall der Verwaltungsschale in der Praxis fasst die Technologie in der Industrie zunehmend Fuß. Dennoch steht mit der Near Field Communication (NFC) bereits seit vielen Jahren die nächste Ausbaustufe in den Startlöchern. Im Interview erklärt Werner Gaulke, Geschäftsführer der NFC21 GmbH, warum auch die Industrie auf die NFC-Technologie upgraden sollte und welche Vorteile dadurch entstehen.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Security by Design Decisions für Automatisierungssysteme
Dies ist der zweite Teil des in Heft 9/2022 erschienen Beitrags. Dort wurden Methoden präsentiert und verglichen, wie das Security Engineering in das Basic Engineering integriert werden kann. Die Autorinnen und Autoren schlagen Security by Design Decisions vor, planen also bewusste Security-Entscheidungspunkte im Engineering-Prozess. Für die vorgeschlagenen neun Entscheidungspunkte werden jeweils die relevanten Funktionen des Automatisierungssystem, die Security-Parameter, die unerwünschten Ereignisse und die Angriffspunkte genannt.Sichere und Effiziente Produktion durch Agentensysteme
Die konventionellen Ansätze der Maschinensicherheit passen nicht zu einer modularen und flexiblen Produktion. Der Beitrag entwickelt ein Konzept für die digitale Produktionsplanung und -durchführung auf Basis eines Smart-Safety-Ansatzes. Grundlage sind Informationen aus den digitalen Zwillingen der Maschinen. Die Informationen werden in Knowledge-Graphen abgebildet. Aufgrund der jeweils aktuellen Situation erkennen Safety-Agenten das Gefährdungspotenzial und greifen in die Anlagensteuerung ein. Das Konzept wurde für die Demonstrationsanlage der SmartFactoryKL simulatorisch geprüft.Orchestration of hybrid plants
Modulare verfahrenstechnische Anlagen werden durch Module Type Packages (MTPs) beschrieben, diskrete Fertigungsmaschinen durch PackML. Wer hybride Anlagen hat, beispielsweise in der Pharma- oder Lebensmittelindustrie, braucht bisher zwei getrennte Leitstände. Der Beitrag zeigt, wie PackML automatisch auf MTP gemappt werden kann. Dann kann die hybride Anlage mit einem MTP-kompatiblen Process Orchestration Layer automatisiert werden. Eine prototypische Implementierung zeigt die Machbarkeit, aber auch notwendige Erweiterungen auf.Verwaltunsgsschalenbasierte Orchestrierung von Co-Simulationen
Die Simulation komplexer Anlagen ermöglicht auch betriebsbegleitende Optimierung. Doch selbst, wenn Simulationsmodelle der einzelnen Komponenten vorliegen, erfordert die Simulation des Gesamtsystems einen hohen manuellen Aufwand. Der Beitrag zeigt, dass die Orchestrierung der Simulation auf Basis von Verwaltungsschalen (VWS) teilautomatisiert werden kann. Ein Simulations-Orchestrator wird als VWS implementiert. Für die darin definierten Simulations-Szenarien kann auf die Simulationen der in VWS abgebildeten Komponenten zugegriffen werden, selbst wenn diese unterschiedliche Simulations-Tools verwenden.Business Model Canvas für die Promotion
Komplexe Sachverhalte verständlich und überzeugend zu kommunizieren ist eine ständige Herausforderung – gerade für Ingenieurinnen und Ingenieure. Das gilt ganz besonders für Promotionen mit ihrem hohen wissenschaftlichen Anspruch. Der Beitrag schlägt vor, die Methode des Business Model Canvas (BMC) für Promotionsprojekte anzuwenden. Dazu wird die betriebswirtschaftlich formulierte Terminologie des BMC für Promotionen „übersetzt“. Erfahrungen von durchgeführten Workshops machen die Vorteile dieser Methode deutlich. -
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Bd. 64 Nr. 10 (2022)Die funktionale Sicherheit dient dazu, Anlagenausfälle zu verhindern und dabei Mensch und Umwelt vor Schaden zu schützen. So weit, so bekannt. Mit der immer größer werdenden Intelligenz in modernen Produktionsanlagen, die inzwischen auch die Feldebene erreicht hat, und der zunehmenden Verschmelzung mit der Security muss sich aber jetzt auch die Safety neu erfinden und digitaler werden.
Denn nur die Kombination aus der funktionalen Sicherheit, die Ausfälle vermeidet und der IT-Security, die mögliche externe Gefahren identifiziert, ermöglicht ein vollumfängliches Sicherheitskonzept. Auf der NAMUR-Hauptsitzung 2022 stellt der diesjährige Sponsor HIMA unter dem Motto „Sustainable Life Cycle Risk Management“ vor, wie die Digitalisierung der funktionalen Sicherheit gelingen kann.
Die Safety und ihre Sicherheitssysteme werden dabei zunehmend zu neuen „Datendrehscheiben, die neben den eigentlichen Sicherheitsfunktionen auch weitere Daten verarbeiten und verteilen müssen“, erklären Jörg de la Motte und Peter Sieber in ihrem Beitrag ab S. 18.
Pünktlich zur NAMUR-Hauptsitzung wirft das atp magazin 10/2022 einen genauen Blick auf die funktionale Sicherheit und den Wandel, der ihr bevorsteht.
Die Interview-Highlights:
"Wir verdrahten nicht, wir starten!" (Andreas Bamberg, Merck)
Mit der Modularisierung und dem Module Type Package (MTP) stehen der Prozess- und Verfahrenstechnik schon seit einiger Zeit die Türen zu mehr Effizienz und Flexibilität weit offen. Dennoch wagen nur wenige Anwender den Schritt in Richtung modularer Produktion. Im Interview plädiert Dr. Andreas Bamberg, Leiter Process Development Engineering bei Merck Electronics, für mehr Mut und verrät das Erfolgsrezept dieser neuen Ingenieurskunst, bei der ein Perfektionismus mit Augenmaß schon in der Prozessdesign-Phase entsteht."Ich stehe eher für Revolution" (Christine Oro Saavedra)
Im August 2022 nahm Christine Oro Saavedra ihre Arbeit als neue Geschäftsführerin der NAMUR auf und kündigt in Ihrem Antritts-Interview mit dem atp magazin gleich mal an, dass Sie für Revolution steht. Sie erklärt aber auch, warum sich die NAMUR und ihre Mitglieder jetzt nicht fürchten müssen, wie die weitere Roadmap der Interessengemeinschaft der Prozessindustrie aussieht und wie es ihr in den ersten Monaten im Amt ergangen ist.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
FAIRness für Modelle und Simulationen
Open Access und Open Innovation sind zwei Trends, welche die zunehmende Teilung und kooperative Weiterentwicklung von wissenschaftlichen Ergebnissen zum Ziel haben. Dabei kommt den sogenannten FAIR-Prinzipien: Findable, Accessible, Interoperable und Reusable eine bedeutende Rolle zu. Dieser Beitrag verfolgt das Ziel, Simulationsmodelle im Internet mit Werkzeugen des Semantic Webs auffindbar und erkundbar zu machen. Gleichzeitig sollen diese nicht in lokalen Tools auf dem eigenen Rechner, sondern in der Cloud simuliert werden. Die dabei generierten Daten bzw. Informationen über das Modell sollen ebenfalls der Community dienen. Der Beitrag zeigt hierzu nicht nur konzeptionelle Vorgehensweisen, sondern erläutert auch mögliche technische Umsetzungen anhand von Prototypen.Modulare Automation in der produktionsnahen Logistik
Die Entwicklungen rund um das Module Type Package (MTP) sind mittlerweile nicht mehr nur Teil von Standardisierungs- und Normungsgremien, sondern werden endlich in ersten Neuanlagen der verfahrenstechnischen Industrie erfolgreich umgesetzt. In diesem Beitrag werden die MTP-Konzepte auf deren Anwendbarkeit in der sogenannten produktionsnahen Logistik hin überprüft und weiterentwickelt. Auch die Versorgungs- und Verpackungseinheiten müssen der neuen Flexibilität der Produktion folgen und dürfen nicht in einer starren Verkettung verharren. Im Fokus der Untersuchungen stehen sogenannte Dienste-Ausführungen und deren Eigenschaften hinsichtlich Parametrierung und Ausführung. Validiert werden die Konzepte an einer Beispielanlage zur Abfüllung und Palettierung von Säcken bzw. Oktabins.Automation engineering of hybrid plants
Trotz der steigenden Nachfrage nach modularen und flexiblen Produktionsanlagen wird es weiterhin einen bedeutenden Anteil an monolitischen Anlagen geben. Die Kombination aus beidem wird unter dem Begriff der hybriden Produktionskonzepte als wesentlicher Pfeiler für die Zukunft der verfahrenstechnischen Industrie betrachtet. In hybriden Anlagen wird Flexibilität genau dort implementiert, wo sie gebraucht wird. Single-Purpose-Bereiche können weiterhin optimiert und auf den jeweiligen Use-Case ausgerichtet werden. Für diese Kombination aus modularer und starrer Produktion existieren bislang nur wenig Engineering-Workflows oder Modelle. Die Autoren nehmen sich dieser Aufgabe an und stellen einen erweiterten Engineering-Workflow vor, der Aspekte, wie die Verschachtelung und Parametrierung von Function Modules behandelt sowie eine prototypische Implementierung vorstellt.Modulübergreifende Querkommunikation
Das MTP basiert zu wesentlichen Teilen auf der vertikalen Kommunikation über das Process Orechstration Layer (POL). In der Praxis wird jedoch häufig eine direkte, horizontale Kommunikation zwischen den Modulen benötigt, z. B. um einfache betriebliche Verriegelungen oder schnelle modulübergreifende Regelungen ohne den Overhead einer indirekten Querkommunikation über die POL zu realisieren. Dieser Beitrag klärt die Fragestellung, wann eine modulübergreifende Querkommunikation notwendig wird und warum diese nicht nur indirekt über die POL erfolgen sollte. Anschließend wird die Problemstellung an einem einfachen Beispiel zweier Tank-Module verdeutlicht und ein Lösungsansatz mithilfe eines einfachen Informationsmodells vorgestellt.Automatische Reglerdimensionierung
Der vorliegende Beitrag stellt einen besonderen Punkt in diesem atp magazin dar. Es handelt sich nicht nur um einen regelungstechnischen Beitrag par excellence, er wurde darüber hinaus nicht von einem jungen Doktoranden, sondern von einem Emeritus und sehr geschätzten Kollegen verfasst. Prof. Dr.-Ing. Lutz Lambert (Jahrgang 1941) entführt die atp-Leserschaft zurück in den Vorlesungssaal und das Verfahren nach Ziegler/Nichols. Wir wünschen viel Freude beim Lesen und bedanken uns bei Prof. Lambert für die nach wie vor rege Teilnahme an der wissenschaftlichen Arbeit. -
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Bd. 64 Nr. 9 (2022)Angesichts der rasant ansteigenden Zahl von Cyberangriffen (über 140.000 allein in Deutschland in 2021) wird deutlich, wie stiefmütterlich das Thema nicht nur in der Consumer-Welt immer noch behandelt wird.
In der produzierenden Industrie wandelt sich das Bild jedoch zusehends. Viele abschreckende Beispiele von gehackten Produktionsanlagen, Mail- oder Ransomware-Angriffen aus der jüngeren Vergangenheit zeigen Wirkung. Vielerorts wurden und werden jetzt Security-Strategien erarbeitet und implementiert. Ein Rennen gegen die Zeit, schließlich wurden bereits 46 % der deutschen Unternehmen mindestens einmal digital attackiert, bei knapp einem Viertel sogar erfolgreich.
Das atp magazin 9/2022 zeigt Ihnen genau deshalb, worauf es bei der Absicherung ihrer Operational Technology (OT) ankommt und worauf Sie bei der Erstellung von Security-Konzepten achten sollten.
Die Interview-Highlights:
"Security by Design ist nicht sinnvoll"
Die große Verschmelzung von IT und OT bringt sowohl für die Funktionale Sicherheit als auch die Cybersecurity enorme Herausforderungen mit sich. Technologien wie MTP, NOA und APL lassen den Komplexitätsgrad außerdem zusätzlich ansteigen. Im Interview legen Thomas Königstein, Chief Information Security Officer bei HIMA, und Peter Sieber, Vice President Strategic Marketing, dar, wie eine moderne Automation Security aussehen muss und weshalb Security by Design dabei keine Rolle spielt."Wir erforschen und lehren die Systemvernetzung"
Nach fast zehn Jahren als Professor an der Hochschule Pforzheim wurde der wissenschaftliche Chefredakteur des atp magazins, Prof. Dr.-Ing. Mike Barth, zum Wintersemester 2022/2023 an das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) berufen. Welche Aufgaben er dort übernimmt und warum ihm seine Arbeit im Moment eher wie eine Start-up-Gründung vorkommt, erklärt er im Interview.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Security by Design für Automatisierungssysteme
„Security by Design” klingt einfach gut: Die IT Security wird gleich bei der Planung eines Automatisierungssystems entworfen. Schaut man im Detail, ist der Begriff aber vage, meint er doch nur eine „ausreichend frühe Integration von Security-Entscheidungen in einen Engineering-Workflow. Dieser Beitrag analysiert als Teil 1 von zwei Beiträgen die vorhandenen Methoden für diese Integration: Der Security Engineering Workflow kann mit dem vorhandenen Engineering Workflow nach vier verschiedenen Methoden verzahnt werden: durch Verschmelzung, Kopplung an definierten Anknüpfungspunkten, Auslösung an einem Startpunkt oder Harmonisierung der Workflows.Fernwartung und OT Security
Eine Fernwartung ermöglicht die technische Betreuung von Produktionsanlagen ohne Reisekosten und Gesundheitsrisiken. Allerdings müssen Fernwartungssysteme sachgerecht geplant, installiert und betrieben werden, um Angriffe auf die Automatisierungssysteme zu verhindern. Der Beitrag stellt drei Gruppen von technischen Lösungen vor: reine Software-Systeme, Systeme mit Rendezvous-Server und Lösungen mit Cloud-Servern. Die Vor- und Nachteile dieser Lösungen werden an den Anforderungen gespiegelt und auch organisatorische Maßnahmen zusammengestellt.Remote Management for autarkic field devices
Feldgeräte können Dank Batterien und Funk autark betrieben werden, beispielsweise auf bewegten Containern oder abgelegenen Messorten. Aber wie können sie lebenslang zuverlässig und sicher betrieben werden. Im Beitrag werden Herausforderungen benannt und Lösungen vorgeschlagen. Beispielsweise muss die Kommunikation durch Zertifikate verschlüsselt werden – und die Zertifikate müssen regelmäßig erneuert werden. Die Konfiguration muss per Audit Trail dokumentiert werden und Firmware Updates müssen eingespielt werden.Kabelmagazin mit integrierter Qualitätskontrolle
Individuelle Schaltschränke mit Hilfe eines modernen Roboters verkabeln – das ist ein sehr sinnvolles, aber anspruchsvolles Ziel. Planungsdaten müssen zusammengestellt, aufbereitet und an die Konfektioniermaschine für die Kabel übergeben werden. Zwischen dieser und dem Montage-Roboter wird ein Kabelmagazin eingesetzt. Dieses führt mit Kameras die Qualitätskontrolle auf Vercrimpungsund Bedruckungsfehler durch. Die Ergebnisse der Bilderkennung werden im Detail diskutiert.Massenproduktion von Brennstoffzellensystemen
Brennstoffzellen ermöglichen es Anwendern, Strom aus Wasserstoff zu erzeugen. Dadurch koppeln Sie den Bereich der speicherbaren Gase mit der nicht speicherbaren Elektrizität. Technisch bestehen Brennstoffzellen aus Stapeln (Stacks) von dünnen Membran-Elektrodeneinheiten. Aktuell werden die Stacks manuell aus mehreren hundert Einzelzellen geschichtet und dann dauerhaft komprimiert. Bevor im Rahmen des Projekts H2FastCell der Fertigungs-prozess weiterentwickelt und automatisiert werden soll, haben die Autoren des Beitrags in Experteninterviews interessante Anforderungen an die derzeitige Stackproduktion zusammengetragen. -
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Bd. 64 Nr. 8 (2022)Mehr Effizienz und Flexibilität sind nicht erst durch die aktuellen weltpolitischen Verwerfungen Eigenschaften, die für die industrielle Produktion zunehmend wichtiger werden. Auch vor dem Hintergrund der Klimaverträglichkeit und Nachhaltigkeit ist gerade die Reduzierung des Energieverbrauchs ein enormer Hebel.
Blicken wir in diesem Kontext auf das Digitalisierungstempo der Prozess- und Verfahrenstechnik könnten wir von einem gelinde ausgedrückt mäßigen Tempo ausgehen. Doch gerade in der Chemie- und Pharmaindustrie wird bereits seit mehr als 50 Jahren an der Effizienz und Flexibilität geschraubt, wie Prof. Dr.-Ing. Alexander Sauer, Leiter des Fraunhofer IPA, im Interview deutlich macht.
Und das mit Erfolg, denn während dieser halben Dekade ist bereits einiges passiert. Die Prozessindustrie hat wie ein Chamäleon ihr Erscheinungsbild mehrmals verändert und agiert dabei nicht so behäbig wie gedacht.
Mit Technologien wie KI, dem Digital Twin, der Modularisierung und der NOA-Architektur kann die Branche ihr Antlitz nun noch schneller transformieren und weitere große Schritte in Richtung Klimafreundlichkeit gehen. Das atp magazin 8/2022 zeigt, wie die Prozess- und Verfahrenstechnik diese Enabler wertstiftend einsetzen kann.
Die Interview-Highlights:
"Flexibilität schafft Systemeffizienz"
Die grüne Transformation der produzierenden Industrie hin zu mehr Klimafreundlichkeit ist die große Aufgabe der kommenden Jahre, die von allen Branchen gelöst werden muss. Wie Unternehmen den Weg hin zur Klimaneutralität am besten bewältigen und warum sie ihre Produktion dafür vielleicht nach der Sonne ausrichten sollten, erklärt Prof. Dr.-Ing. Alexander Sauer, Leiter des Instituts für Energieeffizienz in der Produktion EEP der Universität Stuttgart, im Interview."Die Verwaltungsschale ist der Kern des Digital Twin"
Die Industrial Digital Twin Association (IDTA) treibt seit März 2021 die Weiterentwicklung der Verwaltungsschale voran und koordiniert die Bemühungen rund um die Teilmodelle. Im Interview geben die beiden Geschäftsführer Meik Billmann und Dr. Christian Mosch Einblick in die Roadmap der IDTA und verraten, wie die Organisation zur weltweiten Single Source of Truth für die Asset Administration Shell (AAS) werden möchte."Die Zeit der Roboter-Gärten ist vorbei"
In kaum einer Branche können KI und Machine Learning zu einem größeren Nachhaltigkeitshebel werden als in der Robotik, die schon heute dank dieser Zukunftstechnologien immer neue Branchen und Use Cases erschließt. Im Interview erklärt Jörg Rommelfanger, Leiter der Robotics-Division von ABB Deutschland, was Roboter heute schon voneinander lernen können und macht deutlich, dass die Zeiten von eingezäunten Fertigungslinien schon bald der Vergangenheit angehören werden.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Roboterprogrammierung mithilfe von AutomationML
Grüner Wasserstoff bildet einen der aktuell vielseitig erforschten Energieträger. Im Bereich der Automatisierungstechnik steht dabei die Erzeugung, die Speicherung und der Transport von Wasserstoff im Vordergrund. In laufenden Forschungsprojekten mit Leitcharakter, wie beispielsweise H2Giga, wird dabei die automatisierte Montage von Elektrolyseanlagen untersucht. Der Beitrag beschreibt hierzu ein Konzept, wie auf Basis von bestehenden Montageplänen automatisch Roboterprogramme erstellt werden. Die Autoren verwenden AutomationML als Datengrundlage für die im Beitrag beschriebenen Algorithmen. Leser:innen bekommen einen Überblick über den Ablauf der automatischen Generierung und erhält wertvolle Hinweise zu bestehenden Hürden und Forschungsfragen.Realisierung und Evaluation des Verwaltungsschalen-Metamodells
Python gehört zu den am schnellst wachsenden Skriptsprachen im Ingenieursbereich. Begründet wird dies durch die vergleichsweise niedrigen Einstiegshürden sowie zahlreiche öffentlich zur Verfügung stehende Bibliotheken. Gleichzeitig können Python-Skripte sowohl in der Cloud als auch in der Edge sowie überall dazwischen betrieben werden. Ein Grund für die Autoren, den Aufbau einer Verwaltungsschale ebenfalls mithilfe einer Python-Bibliothek zu vereinfachen. Hiermit wird es möglich, Teilmodelle automatisiert zu generieren bzw. dies dem Menschen in assistierter Funktion zu erleichtern. Grundlage bildet das von der Plattform I4.0 veröffentlichte UML-Modell für die Repräsentation von Informationen in der Verwaltungsschale.Orchestration of modular plants
Die Modularisierung von Anlagen der Prozessindustrie gilt mehr denn je als Enabler für eine flexible und wandelbare Produktion. Dabei spielt das Module Type Package (MTP) eine tragende Rolle für die Beschreibung der Engineering-Aspekte eines Moduls. Trotz zahlreicher neuer Methoden bleibt jedoch die Frage nach dem Engineering-Aufwand für die automatisierungstechnische Verschaltung einer konfigurierten Anlage. Hierbei müssen die Module hinsichtlich ihrer in Diensten abgebildeten Fähigkeiten korrekt kombiniert werden. Die Autoren stellen im Beitrag eine Methode vor, mit der die als Orchestrierung bezeichnete softwaretechnische Zusammenführung der einzelnen Module sinnvoll und effizient gelingt. Basis hierfür bildeten zahlreiche Interviews mit Expert:innen in einem großen Konsortium, sodass Akademia und industrielle Praxis Hand in Hand gehen.Using domain-knowledge to improve machine learning
KI und insbesondere Machine Learning (ML) stehen ganz oben auf der Liste der Dinge, die helfen sollen, die steigende Komplexität in industriellen Produktionsprozessen zu beherrschen. Gleichzeitig existieren nach wie vor zahlreiche Domänen, in denen keine oder lediglich wenige Daten für das maschinelle Lernen zur Verfügung stehen. Im Beitrag greifen die Autor:innen diese Problematik auf und untersuchen den Stand der KI im Bereich der Einbeziehung von Domänenwissen. So werden beispielsweise Parameter und Zustände von physikalischen Gleichungen mit maschinellem Lernen (Deep Learning) geschätzt. Ein anderes Beispiel betrifft die Robustheit von Neuronalen Netzen in Bezug auf Unsicherheiten oder Ausreißer in den Trainingsdaten. Ein gelungener Ausblick auf das, was bald kommen wird.Industrielles Transfer-Lernen
Wie auch der Beitrag „Using domain-knowledge to improve machine learning “ beschäftigen sich die Autoren in diesem Artikel mit den bestehenden Problemen für Maschinelles Lernen im industriellen Einsatz. Dabei wird insbesondere das Prinzip des Transfer-Lernens erläutert, bei dem die Trainingsdaten für Neuronale Netze mit Prozesssimulationen erzeugt werden. Dabei streut man die Parameter der Simulation großzügig, um den Algorithmus auf die in der Realität vorkommenden Änderungen vorzubereiten. Diese Vorgehensweise wird im Beitrag anhand mehrerer Use-Cases, wie beispielsweise Verschleißvorhersage, Roboterprogrammierung oder visuelle Objekterkennung erläutert. -
atp magazin
Bd. 64 Nr. 6-7 (2022)Die Agenda 2030 der UN mit ihren 17 Zielen für nachhaltige Entwicklung (Sustainable Development Goals, SDGs) ist ein globaler Plan zur Förderung nachhaltigen Friedens und Wohlstands und zum Schutz unseres Planeten.
Wie wichtig die Automatisierungstechnik für das Erreichen dieser Ziele ist, wird allerdings erst bei genauerer Betrachtung der einzelnen Goals deutlich. An insgesamt zehn der 17 SDGs sind Automatisierer:innen direkt oder indirekt beteiligt. Wie genau, das erfahren Sie im vorliegenden atp magazin 6-7/2022.
Darüber hinaus erfahren Sie, wie Unternehmen heute schon ihren Energieverbrauch über z. B. den Digital Twin, die Robotik, die Blockchain oder die Verwaltungsschale reduzieren können.
Die Interview-Highlights:
"Automatisierung ist der Schlüssel zu grünem Wasserstoff"
Auf dem Weg zu einer klimafreundlichen Energieversorgung definiert die Nationale Wasserstoffstrategie den aus erneuerbaren Quellen erzeugten grünen Wasserstoff als das Mittel der Wahl. In den drei H2-Leitprojekten des Bundes erforschen Prof. Dr.-Ing. Alexander Fay, Helmut-Schmidt-Universität Hamburg, Prof. Dr.-Ing. Leon Urbas, TU Dresden, und Prof. Dr.-Ing. Michael Weyrich, Universität Stuttgart, wie eine nachhaltige Wasserstoffproduktion gestaltet werden kann und erklären im Interview, warum Automatisierung dabei so wichtig ist.„Der DPP4.0 ist das Atom für die Green Transformation“
Ziel des Ökodesign-Vorschlags der EU-Kommission ist es, nachhaltige Produkte auf dem EU-Markt zur Norm zu machen. Der Digitale Produktpass (DPP, Digital Product Passport) ist hierbei das Herzstück. Durch ihn lassen sich künftig Produkte entlang ihres Lebenszyklus zurückverfolgen und hinsichtlich ihres ökologischen Fußabdrucks kennzeichnen. Am Ende des Maßnahmenbündels steht ein industrietaugliches wie auch nachhaltiges Produktdesign. Prof. Dr.-Ing. Dieter Wegener, Sprecher im Führungskreis Industrie 4.0 des ZVEI, erklärt im atp-Interview, wie das DPP4.0-Konzept diesen Vorschlag realisieren kann – und fast nebenbei Europa digitalisiert.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Bewertung von Wasserstoff-Wertschöpfungsketten
Die Wertschöpfungskette für Wasserstoff umfasst Stromquelle, Wasserstofferzeugung, Konditionierung, Transport und schließlich die Endanwendung. Im Beitrag wird eine modulare Methode vorgestellt, diese Kette unter ökologischen und ökonomischen Kriterien zu bewerten. Ein Transport von Wasserstoff in verflüssigter Form benötigt beispielsweise nur ein Sechstel des Volumens in Druckröhren, erfordert aber mehr Energie zur Verflüssigung und späteren Verdampfung. Die vorgestellte Methode erlaubt gut begründete Investitionsentscheidungen.Anforderungen an modulare Elektrolyseanlagen
Die Nationale Wasserstoffstrategie erfordert Technologien zur Serienfertigung von Elektrolyseuren. Das Projekt eModule entwickelt Profile, die eine nahtlose Integration von Komponenten zu modularen Elektrolyseanlagen ermöglichen. Im ersten Projektschritt wurden die Anforderungen mit Hilfe von Methoden des Requirement Engineerings analysiert und strukturiert. Außerdem wurden Nutzungs- und Betriebsszenarien sowie Kriterien für den Anlagenaufbau entwickelt. In den nächsten Projektschritten werden Anlagenkonzepte modelliert und simuliert.Digitaler Zwilling für eine modulare Offshore-Plattform
Die Herstellung von Wasserstoff und Folgeprodukten ist nur dann ökologisch sinnvoll, wenn sie klimaneutral erzeugten Strom verwendet. Im Rahmen des Projekts H2Mare soll der Betrieb einer Offshore Plattform für Power-to-X-Produktionsprozesse erforscht werden. Der Beitrag beschreibt die Herausforderungen und Lösungsansätze des Projektes. Ein Digitaler Zwilling soll dynamische Simulation und Optimierung der Plattform ermöglichen. Ein auf Prognose und Adaption basierendes System wird die optimale Betriebsführung sicherstellen.Integrierte, modulare Demonstrationsanlage zur Biowachsherstellung
Die Verfügbarkeit erneuerbarer Energien schwankt wegen ihrer Wetterabhängigkeit stark. Eine gute Idee ist es daher, mit Biogas eine zweite Energiequelle zu kombinieren: Das Synthesegas kann je nach Verfügbarkeit durch Steamreforming oder durch Elektrolyse hergestellt werden. Die daraus hergestellten Wachse und synthetisches Rohöl dienen als stoffliche Speicher. Für diesen Zweck wurde eine modulare Anlage geplant. Sie besteht aus vier PEAs (Process Equipment Assemblies), die mit MTPs (Module Type Packages) beschrieben und durch eine POL (Process Orchestration Layer) automatisiert werden.Shop floor data integration
Ohne Kenntnis der Produktionsdaten gibt es keine Industrie 4.0. Doch wie werden in einer heterogen gewachsenen Automatisierungswelt die Daten eingesammelt? Die Antwort von Bayer ist die Entwicklung eines Data Integration Layer for Manufacturing IT. Diese Integrationslösung verwendet Open Source und ist modular, skalierbar, sicher und qualifiziert. Sowohl der Betrieb der Plattform als auch die Anbindung neuer Anlagen erfolgt durch externe IT-Dienstleister. Vom NOA-Konzept werden das Informationsmodell und – mit Einschränkungen – das Security Gateway umgesetzt. -
atp magazin 5/2022
Bd. 64 Nr. 5 (2022)Bin ich etwa schon drin?
Diese Frage stellte sich vor mehr als zwanzig Jahren der jüngste Wimbledon-Sieger aller Zeiten in einem Werbespot für den Internetdienstleister AOL. Wie damals Boris Becker, sind wir auch heute erstaunt, wie groß die Möglichkeiten sind, die sich hinter neuen Technologien verstecken, wenn man sie einmal durchschaut hat und sinnvoll einsetzt.
Ähnlich wie das Internet der späten 1990er Jahre kann der Advanced Physical Layer, kurz APL, für die heutige Prozessindustrie eine echte Offenbarung sein. Die Entwicklung Ethernet-basierter Feldbusse mündet in das APL Zwei-Draht-Ethernet, das noch viele weitere Varianten auf neuen physikalischen Schichten ermöglicht. Und plötzlich wird es laut im Feld und die Kommunikation wird immer komplexer und detaillierter. Von dem Quantensprung in Sachen Geschwindigkeit (Stichwort Echtzeit) wollen wir gar nicht erst sprechen.
Und so kann die Antwort für Firmen, die im globalen Wettbewerb bestehen wollen, nur sein: Ja, ich bin drin.
Die Interview-Highlights:
"APL wird die Connectivity entscheidend vorantreiben"
Mit dem Advanced Physical Layer (APL) steht für die Prozessindustrie endlich ein lang ersehnter Quantensprung in der Kommunikationstechnik bereit, der große Erwartungen weckt. Wie viel Potenzial APL wirklich für die Prozess- und Verfahrenstechnik bereithält und wie Unternehmen sich auf den Rollout vorbereiten können, erklärt Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Niemann, Professor für Prozessinformatik und Automatisierungstechnik an der Hochschule Hannover, im Interview."Der Steckverbinder ist ein Smart Edge Device"
Im Spannungsfeld der industriellen Produktion zwischen möglichst leistungsoptimierten Lösungen und einer klimaverträglichen Herstellung wird die Nachhaltigkeit zum entscheidenden Wettbewerbsfaktor, wie Dr. Kurt D. Bettenhausen, Vorstand Neue Technologien und Entwicklung bei HARTING, im Interview klarstellt. Ein Paradebeispiel: die Connectivity und vor allem der intelligente Steckverbinder der Zukunft.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Ethernet-APL für hochverfügbare Sicherheitsanwendungen
„Während Feldgeräte zur Steuerung und Regelung meist über digitale Feldbuslösungen angebunden werden, fristet die PLT-Sicherheitstechnik auch heute noch ihr Dasein im ‚Dornröschenschlaf‘ - in analoger 4…20-mA-Technik mit vollständig separierter Infrastruktur.“ Mit dieser Aussage beginnt ein spannender Beitrag aus der industriellen Praxis zum Thema APL und besser kann man es nicht auf den Punkt bringen. Lesen Sie mehr über die Anwendung von APL in der Sicherheitstechnik und erfahren Sie die Vorteile entlang des gesamten Safety Life Cycle. Als abschließendes Element beleuchtet der Beitrag auch bestehende Herausforderungen, die mit der neuen Technologie einhergehen.Scaling Reinforcement Learning Online Job Shop Scheduling
Die Herausforderungen einer möglichst flexiblen Produktion sind hinreichend bekannt: kleinere Losgrößen, unterschiedliche Produktflüsse, Variantenreichtum sowie eine notwendige Skalierbarkeit. In diesem Beitrag werden KI-Methoden des Reinforcement Learnings auf sogenannte Job-Shop-Scheduling-Probleme angewendet. Ziel ist es, die Produktion von unterschiedlichen Produktkonfigurationen auf zur Verfügung stehenden Maschinen mit variierenden Prozessschritten so optimal als möglich zu planen. Dabei können modernste Automatisierungslösungen, wie beispielsweise fahrerlose Transportsysteme oder Agentensysteme, verwendet werden. Die Autor:innen zeigen sowohl die Anwendung des KI-Verfahrens als auch die Ergebnisse unterschiedlicher Trainingsstrategien.AI-based anomaly detection of asset failures in industrial process plants
Die wachsende Anzahl an Sensoren in Prozessanlagen liefert eine enorme Anzahl an Daten. Die als
Time-Series Data übertragenen und gespeicherten Zeitreihen bieten den Anlagenfahrer:innen nicht
nur einen Überblick des aktuellen Anlagenstatus, sondern ermöglichen, auf Basis von Erfahrungen
und Expertise, auch eine Abschätzung kommender Ereignisse. Um die Anlagenfahrer:innen dabei zu
unterstützen, wird ein KI-gestütztes Verfahren zur Prognose von drohenden Ereignissen in den Anlagen vorgeschlagen. Damit sollen Anlagenfahrer:innen unterstützt und so ein Assistenzsystem ermöglicht werden. Im Beitrag werden hierzu unterschiedliche Verfahren, beginnenden von klassischer Statistik bis hin zu maschinellem Lernen untersucht.Integration einer Power-to-Gas-Anlage
Nachdem in Teil 1 dieses zweiteiligen Beitrags die Auslegung einer Power-2-Gas-Anlage vorgestellt
wurde, widmen sich die Autor:innen in diesem Artikel der Fragestellung, ob zusätzliche Speicherelemente die Einbindung einer Power-2-Gas-Anlage in ein bestehendes Energiesystem effizienter gestalten. Die Validierung dieser Fragestellung basiert auf einer umfassenden Modellierung und Simulation, die unterschiedliche Szenarien zulässt. Dabei werden nicht nur die technische Machbarkeit, sondern auch die Wirtschaftlichkeit, Auslastung und Ressourcennutzung untersucht.OT Security Requirements for Ethernet-APL field devices
In industriellen Produktionsanlagen gehen OT- und ITSecurity Hand in Hand. Mit der Einführung von Ethernet- APL erweitern sich nicht nur die Möglichkeiten für eine Vereinheitlichung der Kommunikationsarchitektur, sondern es ergeben sich auch neue Chancen und Risiken im Bereich Security. Dieser Beitrag fokussiert auf das Thema OT-Security und stellt deren Anforderungen für Ethernet-APL-Feldgeräte vor. Dabei werden sowohl potenzielle Bedrohungen wie beispielsweise unerlaubte und unentdeckte externe Netzwerkteilnehmer:innen erläutert, wie auch notwendige Maßnahmen zur Abminderung des bestehenden Risikos gegeben. Als Konzeption wird eine Public-Key-Infrastruktur vorgestellt, mithilfe derer eine gesicherte Kommunikation mit den Feldgeräten möglich ist. -
atp magazin 4/2022
Bd. 64 Nr. 4 (2022)Die Virtualisierung in der produzierenden Industrie wird mehr und mehr zur Commodity. Extended-Reality-Technologien augmentieren die reale Welt und helfen uns dabei, unsere industriellen Prozesse zu optimieren. Ob in der täglichen Betriebsroutine oder bei Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten, das Potenzial von Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) wird immer deutlicher.
Aus den ehemaligen Gaming-Technologien sind inzwischen echte Enabler geworden, die auch den industriellen Alltag immer weiter „gamifizieren“. Das Metaverse ist die logische Fortsetzung dieses Trends, der aus der Consumer-Welt hinaus auch den Weg in die produzierende Industrie findet.
Von Prof. Dr. Frank Piller, RWTH Aachen, im Interview als „die nächste Generation des Internets“ bezeichnet, ist jedoch bis heute unklar, was das Metaversum als „Digitaler Zwilling der Welt“ eigentlich wirklich ist.
Im atp magazin 4/2022 tauchen wir tief in digitale Welten ein, um genau dies herauszufinden. Das Heft zeigt, welchen Nutzen AR und VR heute auch in der Prozess- und Verfahrenstechnik bereits bringen können. Gleichzeitig blicken wir in die Zukunft und leuchten aus, wie das Metaverse den Industrial Workplace verändern wird.
Die Interview-Highlights:
"Das Metaverse ist der Digitale Zwilling der Welt"
Die digitale Erweiterung unserer realen Welt über Augmented und Virtual Reality wird zusehends zur Commodity, die auch in der produzierenden Industrie immer mehr Anwendungsfelder erschließt. Mit dem Metaverse kommt nun ein neuer Trend hinzu, der das Zeug hat, den Industrial Workplace tiefgreifend zu verändern, wie Prof. Dr. Frank Piller, Inhaber des Lehrstuhls für Technologie- und Innovationsmanagement an der RWTH Aachen, Prof. Wolfgang Prinz, PhD, stellvertretender Institutsleiter des Fraunhofer FIT, und Christian Gülpen, Bereichsleiter Digitalisierung und Industrie 4.0 an der RWTH Aachen, im Interview deutlich machen.„Agiles Arbeiten erfordert ein neues Denken“
Die rasant zunehmende Innovationsgeschwindigkeit unserer digitalisierten Welt fördert die kooperative und kollaborative Entwicklung neuer Produkte immens und macht eine neue Form der Zusammenarbeit notwendig. Warum die agile Produktentwicklung dabei das Mittel der Wahl ist und wie sie am besten eingeführt wird erklären Prof. Dr.-Ing. Kristin Paetzold, Professorin für Virtuelle Produktentwicklung an der TU Dresden, Prof. Dr.-Ing. Werner Engeln, Professor für Produktentwicklung an der Hochschule Pforzheim, und David Vierbacher, Entwicklungsingenieur
bei der Voith Group, im Interview.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
KI-basierte Identifikation von Steckverbindern
Es klingt wie ein Traum: Um einen Ersatz-Steckverbinder zu bestellen, schickt der Kunde ein Foto des alten Steckers, den Rest macht die Künstliche Intelligenz. Genau diese Lösung präsentiert der Beitrag. Durch Deep-Learning-Algorithmen wird das Bild in seine Module zerlegt: Gehäuse, Rahmen, Einsatz, Kontakt. Diese Module werden dann mit der Komponentendatenbank abgeglichen – und damit ist der Digitale Zwilling des Steckverbinders vollständig. Alle Daten stehen für Angebot, Bestellung und Produktion zur Verfügung. So geht Digitalisierung!Industrial Edge Cloud für die Smart Factory
Generell ist es sinnvoll, Berechnungen so nah wie möglich an der Feldebene durchzuführen, denn das spart Ressourcen und erlaubt Reaktionen im Millisekundenbereich. Der Beitrag beschreibt hier für eine Industrial-Edge-Cloud-Lösung. Die vorgeschlagene Architektur erlaubt Skalierbarkeit, Echtzeitfähigkeit, Failover (schnelle Umschaltung auf Standby-Systeme) und stellt die IT-Security sicher. Anhand von zwei Use Cases der SmartFactory-KL wird das Zusammenspiel von Steuerungen, Robotern, Edge Cloud und Regionaler Cloud dargestellt.Modular Engineering of Conventional Plants
Häufig wird gesagt: „Module, das ist doch nur was für kleine, flexible Anlagen!“ Doch das ist das falsch. Auch in konventionell gebauten, unflexiblen Anlagen gibt es Gruppen von Funktionen, die mehrfach verwendet werden. Damit man sie nicht auch mehrfach planen und programmieren muss, schlägt der Beitrag Funktions-Module (FMs) vor. Diese werden als Typen programmiert, in einem MTP beschrieben und stehen dann per Plug-and-play für die Integration in die Automatisierung zur Verfügung. Egal, ob auf eigenen Controllern oder im Prozessleitsystem, wie das Anwendungsbeispiel zeigt.Eine einfache Methode zur Störgrößenkompensation in geregelten Systemen
Regelstrecken werden normalerweise durch Störgrößen und Messfehler beeinträchtigt. Dieser Beitrag schlägteine innovative Nutzung von vorhandenen Simulationsmodellen vor: Durch ein parallel zum Prozess laufendes Modell lassen sich sowohl Störungen als auch Messfehler in Echtzeit schätzen. Dann kann man sie durch eine sehr schnelle Störgrößenkompensation ausregeln – viel schneller, als wenn dies der eigentliche Regler machen müsste. Die geregelte Größe wird dadurch viel stabiler.Das AutomationML-Komponentenmodell
Automatisierungskomponenten haben viele verschiedene Informationen, die im Engineering benötigt oder erzeugt werden: Technische Daten, Dokumente, CAD- und kinematische Modelle und Schnittstellen. Diese Daten werden bisher in verschiedenen Systemen erzeugt und gespeichert. Der Beitrag schlägt ein AutomationML-Komponentenmodell vor, in dem diese Daten strukturiert zusammengeführt werden. Dieses Komponentenmodell kann auf die Verwaltungsschale abgebildet werden. -
atp magazin 3/2022
Bd. 64 Nr. 3 (2022)Um in Zukunft eine klimaneutrale Gesellschaft und Industriezu ermöglichen, ist eine intelligente Verteilung und Speicherung der im Stromnetz vorhandenen Energie systemkritisch. Für ein solches Smart Grid, also eine Vernetzung aller Akteure in den verschiedenen Energiesystemen und -kreisläufen, gibt es bereits verschiedenste Konzepte.
Auch die dafür notwendigen Technologien (Digital Twin, Verwaltungsschale, Simulation, Modellierung, KI, MTP, APL, MSR) werden nicht zuletzt im atp magazin stetig vorangetrieben und diskutiert.
Der Automatisierungstechnik kommt bei der Realisierung des Smart Grid daher eine entscheidende Rolle zu. Schließlich gilt es, verschiedenste Stromerzeugungsmethoden mit den unterschiedlichsten Netzanforderungen und Use Cases intelligent zu verbinden und interoperabel zu gestalten.
Viele Unternehmen der Branche haben das bereits erkannt und erweitern ihr Know-how und ihr Produktportfolio entsprechend in Richtung Speicher- oder Infrastrukturtechnologien.
Wie genau eine konkrete Blaupause für das Smart Grid der Zukunft aussehen kann, zeigt das vorliegende atp magazin 3/2022. Darüber hinaus machen wir deutlich, wie wichtig die oben genannten Technologien für intelligente Energiesysteme wirklich sind.
Die Interview-Highlights:
"Wir müssen und werden uns weiterentwickeln"
Bereits seit November 2021 ist Sascha Dessel neuer Geschäftsführer der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) und damit Nachfolger von Dr. Dagmar Dirzus, die die Geschäfte der GMA seit 2012 leitete. Im Interview verrät er, wie sich die VDI/VDE-GMA weiterentwickeln muss, um auch in Zukunft die Belange der Automatisierungstechnik zu repräsentieren und warum Neugierde dabei eine entscheidende Rolle spielt."Wir wollen das Maximum aus Brennstoffzellen herausholen"
Die Brennstoffzelle als Antriebstechnologie hat sich bislang noch nicht flächendeckenddurchsetzen können. Dabei hat sie durchaus das Potenzial, besonders die Elektrifizierung der Mobilität nachhaltig zu verändern, wie Prof. Dr.-Ing. Dirk Abel, Leiter des Instituts für Regelungstechnik der RWTH Aachen University, und Dr.-Ing. Thomas Konrad, Abteilungsleiter Energiesysteme am selben Institut, im
Interview klarstellen. Zentraler Enabler dafür: die Regelungstechnik."Digitalisierung durch Messtechnik zugänglich machen"
Durch immer mehr marktreife Produkte und Lösungen nimmt die Digitalisierung auch in der Prozessindustrie weiter an Fahrt auf. Björn Holweck, Business Development Manager für Durchflusstechnologie, und Daniel Henningsen, Fachberater für Instrumentierung und Gasanalyse, treiben die Transformation bei Siemens Digital Industries voran und erklären im Interview, welche neuen Chancen Herausforderungen sie für den Vertrieb mitbringt.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Kriterien für die Strukturanalyse von Steuerungscode
Verteilte, dezentrale und teilweise autonome Systeme stellen das Engineering von Automatisierungslösungen vor zunehmend komplexere Herausforderungen. Es müssen sowohl
Anlagenteile orchestriert und Signalwege hergestellt werden als auch verzweigte Code-Strukturen
in deren Gesamtheit vorgedacht werden. Der Entwurf von SPS-Software muss dahingehend neue Methoden berücksichtigen, um die nachfolgenden Phasen zu entlasten. Hierzu zählt beispielsweise die intensive Suche nach Fehlern während der Inbetriebnahmephase. In diesem Beitrag beschreiben die Autoren Wege, wie sich bekannte Methoden im Entwurf von Steuerungscode anwenden lassen, um insbesondere die Struktur von SPS-Code frühzeitig analysieren zu können.CO2-Neutralität und Energieeffizienz
Die nachhaltige Senkung von klimaschädlichen Abgasen sowie die Vermeidung von ineffizientem
Anlagenbetrieb gerät immer mehr in den Fokus. In diesem Beitrag erläutern die Autoren die Bedeutung der Automatisierungstechnik zur Erfüllung dieser hochgesteckten Ziele am Beispiel der Bayer AG. Dabei werden unterschiedliche Projekte und Zusammenhänge am Beispiel der Prozessindustrie erläutert. Gleichzeitig werden aktuelle Normen und deren Bedeutung für eine konkrete CO2-Reduzierung in modernen Anlagen benannt. Als Best-Practice-Beitrag stellen die Autoren konkrete Maßnahmen beziehungsweise Methoden vor, die bereits heute angewendet werden können.Auslegung einer Power-to-Gas-Anlage
Power-to-Gas-Anlagen gelten als wichtige Brückentechnologie für die Dekarbonisierung in Deutschland. Das Power-to-Gas-Verfahren bietet einen Lösungsansatz für die Substitution fossiler Brennstoffe. Elektrische Energie wird im Rahmen der Elektrolyse zur Spaltung von Wasser in seine atomaren Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff verwendet. Wasserstoff kann als gasförmiger Energieträger gespeichert und bei Bedarf eingesetzt werden. In diesem Beitrag beschreiben
die Autoren Simulationsstudien, im Rahmen derer untersucht wurde, wie sich die Dimensionierung der
Power-to-Gas-Anlage auf die Parameter Ressourcennutzung, Auslastung und Wirtschaftlichkeit auswirkt. Dabei werden unterschiedliche Einflussfaktoren berücksichtigt, um einen möglichst energieeffizienten Betrieb sicherzustellen.Digitally Enabled Circular Economy with Industry 4.0
Aktuelle globale Entwicklungen erfordern ein Umdenken bezüglich der traditionellen Wirtschaftsmodelle. Dabei tritt die zirkulare Wertschöpfung Vordergrund, bei der bereits geförderte Rohstoffe und hergestellte Komponenten im Mittelpunkt stehen. In diesem Beitrag werden die Anforderungen der Kreislaufwirtschaft diskutiert und mit aktuellen Entwicklungen im Bereich Industrie 4.0 abgeglichen. Dabei werden nach wie vor bestehende Herausforderungen bei der digitalen Infrastruktur aufgedeckt. Um dem zu begegnen, wird die Vision eines Long Term Storage Digitalen Zwillings vorgestellt und dessen Nutzung anhand von verschiedenen Use-Cases skizziert.Brennstoffzellensysteme: die Regelung als zentraler Wegbereiter (Teil 2)
In Fahrzeugen erfordern Brennstoffzellen eine ausgeklügelte Regelung, um effizient betrieben zu werden. Im Spannungsfeld zwischen Langlebigkeit der Zellen und möglichst effizientem Einsatz von Wasserstoff begegnen die Autoren einem spannenden Anwendungsfeld modellbasierter Methoden.
Aufbauend auf dem 2021 veröffentlichten ersten Beitragsteil stellt der zweite Teil einen modernen und intuitiven Regelungsansatz dar, um das multivariable, gekoppelte und beschränkte Regelungsproblem zu lösen. Die Funktionsfähigkeit des entwickelten modellprädiktiven Entwurfs wird anhand von zwei Szenarien simulativ validiert. -
atp magazin 1-2/2022
Bd. 64 Nr. 1-2 (2022)In der Prozess- und Verfahrenstechnik herrscht Aufbruchstimmung! Kaum ein Unternehmen der Branche hat keine Nachhaltigkeitsziele definiert, viele haben sogar bereits einen konkreten Fahrplan zur eigenen Sustainability ausgearbeitet.
Doch gerade in der Chemie- und Pharmaindustrie machen es die langen Anlagenlebenszyklen sowie die geringe Innovations- und Digitalisierungsgeschwindigkeit den Betreibern mehr als schwer, ihren Worten auch Taten folgen zu lassen. Von Seiten der Politik wird der Druck darüber hinaus systematisch erhöht, jetzt doch endlich CO2-neutral zu produzieren.
In diesem Spannungsfeld wird vor allem eines häufig übersehen: Ohne ausreichend grünen Strom wird die Prozessindustrie vermutlich nie auf den grünen Zweig kommen. Dafür ist der Energiebedarf der Branche einfach zu groß. Doch woher soll er kommen, der klimaneutrale erzeugte Strom, wenn wir uns von konventionellen Kraftwerken und der Atomkraft lösen? Sonne, Wind und Hamster?!
Im atp magazin 1-2/2022 zeigen wir, wie der Weg zu einer klimaneutralen Chemie-und Pharmaindustrie aussehen kann und welche Weichen ihr Unternehmen dafür jetzt stellen muss. Gleichzeitig legen wir den Fokus auch auf die Bestandsanlagen und erklären, wie Sie ihr Brownfield fit machen für eine klimaneutrale und vor allem digitale Zukunft.
Die Interview-Highlights:
"Ohne grünen Strom keine Klimawende in der Prozessindustrie" (Attila Bilgic, Felix Hanisch)
Das von allen Seiten geforderte Gebot der Klimaneutralität lastet auf kaum einer Industrie so schwer wie auf der Prozess- und Verfahrenstechnik, die besonders in volatilen Zeiten immer noch eher träge daherkommt. Wie die Klimawende in der Chemie- und Pharmaindustrie dennoch gelingen kann und warum dies zu gestalten mindestens genauso sexy ist wie Teslas bauen, erklären Dr. Attila Bilgic, Vorstandsvorsitzender der VDI/VDE-GMA, und Dr. Felix Hanisch, Vorstandsvorsitzender der NAMUR, im atp-Interview."Mit Normung gestalten wir die Zukunft" (Christoph Winterhalter)
Ohne Normen keine öffentlich zugängliche Technologie. So ungefähr könnte man die Bedeutung der Normung beschreiben. Dennoch werden Normungsprozesse oftmals eher als Innovationsbremse wahrgenommen. Um mit diesem angestaubten Vorteil aufzuräumen, beschreibt Christoph Winterhalter, CEO des Deutschen Instituts für Normung (DIN), im atp-Interview seine Arbeit und warum Normen heute eher Open-Source-Projekte sind.Die wissenschaftlichen Hauptbeiträge:
Informationsmodelle in Anlagenlebenszyklus
Menschen sind flexibel – meist funktioniert Kommunikation auch, wenn keine exakt definierten Begriffe verwendet werden. Computer benötigen dagegen standardisierte Informationsmodelle und Begriffe, um Daten richtig zu interpretieren. Nach einer grundlegenden Einführung folgt ein Überblick über diverse Informationsmodelle der Prozessindustrie. Mehrere Beispielanwendungen zeigen mögliche Nutzungen von Informationsmodellen.Das NOA-Informationsmodell
Für das Konzept NAMUR Open Architecture (NOA) wurde anhand von Anwendungsfällen festgelegt, welche Daten in einer einheitlichen Form zur Nutzung zur Verfügung gestellt werden müssen. Diese Daten wurden eindeutig definiert (s. NAMUR-Empfehlung NE 176) und im Process Automation Device Information Model (PA-DIM) umgesetzt. Die Vorgehensweise wird an einigen Anwendungsfällen erläutert. Der Beitrag erklärt, wie diese Daten in das Konzept der Verwaltungsschale integriert werden können.Security für die NAMUR Open Architecture
Eine Grundlage des NOA-Konzepts (NAMUR Open Architecture) ist, dass das Auslesen von Daten aus der Core-Process-Control-Domäne rückwirkungsfrei sein muss, also die Integrität der Prozessautomatisierung nicht gefährdet. In der NAMUR-Empfehlung NE 177 wird beschrieben, wie diese Anforderung mit den verbreiteten Methoden der IT-Sicherheit (IEC 62443) erfüllt werden kann. Verschiedene bereits auf dem Markt erhältliche Implementierungen werden vorgestellt.NOA Verification of Request
Das NOA-Konzept ermöglicht das sichere Auslesen von Daten. Aber wenn diese Daten zu Verbesserungsmöglichkeiten führen – wie können diese Vorschläge sicher und geprüft in die Core-Process-Control-Domäne eingespeist werden? Das ist die Aufgabe des NOA-Bausteins Verification
of Request (VoR). Der Beitrag stellt dar, welche Anforderungen die VoR erfüllen muss und wie das sicher realisiert werden kann. Die sich daraus ergebenden Aufgaben für Anbieter und Betreiber werden demnächst in der NAMUR-Empfehlung NE 178 veröffentlicht.APL in der Prozessindustrie
Die im Jahr 2022 eingeführte Ethernet-APL-Technik ermöglicht Internet-Geschwindigkeit im explosionsgefährdeten Bereich mit Zweidraht-Leitungen. Da sehen die Feldbusse einfach alt aus. Aber APL ist eben „nur“ die physikalische Ebene. Man benötigt weiterhin eine Geräteintegration, bevorzugt FDI, industrietaugliche Protokolle, bevorzugt Profinet oder EtherNet/IP sowie OPC UA mit den NOA-Bausteinen als „zweitem Datenkanal“. Damit wird die Integration von Feldgeräten einfacher, also sie je war.Sicherheit trotz Distanz
Das Internet macht’s möglich, Corona macht’s immer nötiger: Arbeiten an Automatisierungssystemen können häufig nicht mehr unter den kontrollierbaren Bedingungen vor Ort erfolgen, sondern Remote – aus dem Home Office oder dem Büro eines Dienstleisters. Die NAMUR-Empfehlung 135 macht sehr konkrete Vorschläge, wie diese Zugriffe sicher abgewickelt werden können. Dazu sind unter anderem immer mehrere Beteiligte einzubinden, sorgfältige Vorbereitungen zu treffen und zuverlässige Dokumente zu erzeugen. -
atp magazin 11-12/2021
Bd. 63 Nr. 11-12 (2021)Stillstehende Produktionsanlagen in Folge von Rohstoff-Engpässen und unterbrochenen Lieferketten – die Corona-Pandemie hat die Gesellschaft und die Industrie vor große und bis dato unbekannte Hürden gestellt. Dadurch wurde den Unternehmen jedoch vor allem eines deutlich: Sie müssen dringend resilienter werden!
Resilienz ist das entscheidende Schutzschild, um nach einem einschneidenden Erlebnis schnell wieder in den Ursprungszustand zu gelangen. Sie bewahrt Unternehmen davor, durch Krisen große Ausfälle verzeichnen zu müssen. Stellt sich natürlich nun die Frage: Wie wird ein Unternehmen denn resilient?
„Krisen, auf die man sich vorbereiten kann, auf diese sollte man sich auch vorbereiten,“ macht Prof. Dr. Julia Arlinghaus vom Fraunhofer IFF im Interview deutlich. „Resilienz ist schließlich das Resultat von Dingen, die wir bereits vor der Krise machen können.“ Und um dies zu gewährleisten ist die Automatisierungstechnik ein wichtiger, wenn nicht sogar der entscheidende Enabler.
Welche Potenziale KI, OT-Security, Robotik und Co. für eine gesteigerte Resilienz bieten, lesen Sie im atp magazin 11-12/2021. Es zeigt Ihnen darüber hinaus die Notwendigkeit auf, den Faktor Mensch bei der Krisen-Prävention nicht zu vernachlässigen.
Die Interview-Highlights:
"Resilienz ist wichtiger als Effizienz" (Julia Arlinghaus)
Die Pandemie hat uns vor allem eines gelehrt, nämlich dass wir nicht auf eine Pandemie vorbereitet sind. Die Lieferketten der Produktion sind da ein wesentlicher Faktor, an dem es oft hapert. Kurzum: Wir müssen unsere Unternehmen resilienter gestalten. Was aber genau das für die Produktion bedeutet und warum Resilienz nicht das Allheilmittel, aber dennoch ganz schön nah dran ist, hat Prof. Dr. Julia Arlinghaus vom Fraunhofer IFF im atp-Interview erklärt."Industrie 4.0 bereitet Sustainability den Weg" (Jürgen Spitzer, Ralf Huck)
Als brächte Industrie 4.0 nicht schon genug Herausforderungen für die Prozess- und Verfahrenstechnik
mit sich, kommt mit der Energiewende und Forderungen nach Klimaneutralität ein ganz neuer Anforderungskatalog auf die Branche zu. Warum konsequente Digitalisierung aber der einzige Weg zu einer klimaneutralen Prozessindustrie ist und wie diese erneute Transformation dank NOA, MTP und APL gelingen kann, veranschaulichen Dr. Jürgen Spitzer, General Manager Measurement Intelligence bei Siemens und Dr. Ralf Huck, CTO Measurement Intelligence bei Siemens im atp-Interview.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Net-zero Energy Systems
Dekarbonisierung, Klimaneutralität, Ressourcenschonung und Energieeffizienz sind ambitionierte Ziele. Hierfür bedarf es technischer Lösungen, die bei einer gleichbleibend hohen Flexibilität den Energiekreislauf von Industriestandorten in möglichst autarker Weise ermöglichen. Doch wie wird die Energie dezentral produziert, gespeichert, verteilt und zielgenau eingesetzt? Die Autoren widmen sich diesem Thema und legen eine methodische Vorgehensweise vor, mithilfe derer Industriestandorte einem Screening unterzogen werden können. Aufbauend auf dedizierten Entscheidungsmetriken gelangt man zu jeweils passenden Systemen. Die Methode wird anhand einer Fallstudie verdeutlicht.Device Integration for OPC UA connected Field Devices
OPC UA gilt, wie in zahlreichen Artikeln im atp magazin verdeutlicht, als die Industrie-4.0-Kommunikationsader. Nicht nur existieren bereits zahlreiche Informationsmodelle für den Maschinen- und Anlagenbau, auch die Software-Tools, Clients, Server und Sicherheitsmechanismen sind zuverlässig im Einsatz. Hierzu zählen auch die OPC UA Companion Specifications, die beispielsweise in Gestalt von PA-DIMTM veröffentlicht wurden. Im vorliegenden Beitrag zeigen die Autoren die Möglichkeiten des effizienten Einsatzes von PA-DIMTM zur Modellierung von Feldgeräten. Mithilfe von zahlreichen Beispielen, wie beispielsweise Durchfluss-Sensoren, werden die unterschiedlichen Teile von PA-DIMTM und deren Abbildung in OPC UA detailliert erläutert. Den Abschluss bildet ein Ethernet-APL-Demonstrator, welcher die Theorie in die Wirklichkeit überführt.Modellbasierte Security-Analyse
Die zunehmend durchgängige Vernetzung von Systemen führt zwangsweise auch zu potenziell neuen Angriffsflächen. In diesem Sinne wird das Thema Anlagensicherheit in Form von „Safety“ nicht erst seit Stuxnet um die „Security“ erweitert. Die Konvergenz beider Bereiche mündet im heute maßgeblichen Bereich der IT/OT-Security. Trotz aller Fortschritte fehlt es jedoch nach wie vor an methodischen Vorgehensweisen zur Bewertung der Security von industriellen Systemen. Das von den Autoren vorgestellte Modell fokussiert die Angriffswege von potenziellen Angreifern und bereitet diese Korridore grafisch auf. Die möglichen Wege werden anschließend plausibilisiert und in Bezug auf
deren Relevanz gewichtet. Die Autoren beschreiben ihre Methode anhand konkreter Beispiele und zeigen bestehende Security-Schwachstellen auf.Brennstoffzellensysteme: die Regelung als zentraler Wegbereiter
Der Weg zur klimaneutrale Mobilität wird aktuell in mehreren Varianten gedacht. Neben der mit Nachdruck entwickelten Elektromobilität und deren Ladeinfrastruktur wird Wasserstoff als mögliche Antriebsquelle verstärkt erforscht. Im Beitrag beschreiben die Autoren das Herz von Wasserstoffantrieben: die Brennstoffzelle. Im Fokus stehen dabei sogenannte Protonenaustauschmembranzellen und deren effiziente Regelung. Dieser erste von zwei Beitragsteilen beleuchtet die möglichen Eingriffspunkte von Reglern im Brennstoffzellensystem. Dabei werden die regelungstechnischen Herausforderungen beschrieben und ein Verständnis für die Modellbildung geschaffen.Lernen von den Vorreitern?
Dass Industrie 4.0 den produzierenden Unternehmen neue Geschäftsmodelle ermöglicht, ist hinreichend bekannt. Doch woher kommen die Ideen für diese neuen Wege? Hier lohnt sich ein Blick auf die Historie der Industriedigitalisierung die zeigt, dass viele Ideen den Weg vom Privatleben in die Industrie gefunden haben. Ein Beispiel hierfür sind die Touch- und Gestensteuerung, die vom Smartphone in die Anlagenbedienung wanderten. Wenn es nun um neue Bezahlmodelle für Industrie-4.0-Applikationen geht, lohnt sich ebenfalls der Blick in das private Wohnzimmer in dem sogenannte Subscription-Business- Modelle boomen. Im Beitrag zeigen die Autoren die Funktionsweise derartiger Modelle und übertragen diese auf die Industrie. Anhand von Fallstudien unterschiedlicher
industrieller Anbieter werden -
atp magazin 10/2021
Bd. 63 Nr. 10 (2021)Die produzierende Industrie und insbesondere die Sektoren Chemie und Pharma sind immer stärker gefordert, in Zukunft weniger Ressourcen zu verbrauchen und ihre Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Damit steht der Industrie ein großer Wandel bevor: Sie muss den Übergang von der
linearen hin zu einer zirkulären Wertschöpfung schaffen.Doch was einerseits nach einer riesigen Investionswelle klingt, birgt andererseits riesige Chancen für die Automatisierungswirtschaft wie Dr.-Ing. Hans- Jürgen Schäfer, Geschäftsführer VDI-Gesellschaft Materials Engineering, im Interview unterstreicht: „Die Einführung einer Circular Economy wird jetzt
unweigerlich zum Wettbewerbsfaktor und kann Exportschlager werden.“Damit der deutschen Industrie das gelingt, muss vor allem in der Produktentwicklung radikal umgedacht werden. „Form follows sustainability“ heißt jetzt das Gebot der Stunde. „Und genau dafür sind Industrie 4.0 und KI-basierte Automatisierungstechnik genau die richtigen Enabler“, ist sich auch Herwart Wilms, Vizepräsident der Deutschen Entsorgungs- Wasser- und Rohstoffwirtschaft
und Vorsitzender des Rohstoffausschusses im BDI, sicher.Wie der Weg hin zur zirkulären Wertschöpfung aussieht und wie dieser Wandel insbesondere der Chemie- und Pharmaindustrie gelingt, zeigt das atp magazin 10/2021. Erfahren Sie darüber hinaus, wie die modulare Produktion, Power-to-X-Technologien und Machine Learning dabei unterstützen können.
Die Interview-Highlights:
"Die zirkuläre Wertschöpfung hat das Zeug zum Exportschlager" (Dr.-Ing. Hans-Jürgen Schäfer)
Der Industrie steht ein großer Wandel ins Haus: Sie muss jetzt unweigerlich den Übergang von der linearen Wertschöpfung zur zirkulären Wertschöpfung schaffen. Im atp-Interview erklärt Dr.-Ing. Hans-Jürgen Schäfer, Geschäftsführer VDI-Gesellschaft Materials Engineering, wie das am besten gelingt und welch enormes Wachstumspotenzial für Automatisierer im Umstieg auf die Kreislaufwirtschaft schlummert."Die Nachhaltigkeit wird die komplette Industrie umkrempeln" (Herwart Wilms)
Form follows sustainability – dieses Prinzip wird wegen der wachsenden Rohstoffknappheit künftig immer stärker die Produktentwicklung beeinflussen und zu einem Paradigmenwechsel führen. Im atp-Interview erläutert Herwart Wilms, Vizepräsident der Deutschen Entsorgungs- Wasser- und Rohstoffwirtschaft und Vorsitzender des Rohstoffausschusses im BDI, warum die Industrie beim Übergang zur Circular Economy disruptiven Zeiten erleben wird und warum Industrie 4.0 und KI-basierte Automatisierungstechnik die Enabler der Transformation sind.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Eclipse BaSyx – Industrie 4.0 einfach machen!
Verwaltungsschalen (VWS) sind herstellerunabhängige Datenstrukturen, um Objekte (Assets) digital abzubilden. Nicht nur Anlagenteile, sondern auch Produkte, Werkzeuge und sogar Eingriffe von Werkern können durch VWS repräsentiert werden. Der Beitrag beschreibt, wie vier Automatisierungsaufgaben mittels VWS implementiert werden können. BaSyx stellt als Open Source Container für die verschiedenen Funktionen wie Schnittstellen und Applikationen zur Verfügung: Der Baukasten der Automatisierung ist fertig!Comparison and Alignment of OPAS and MTP Concepts
Das Konzept Open Process Automation Standard (OPAS) wurde entwickelt, um eine offene Automatisierung kontinuierlicher Prozessanlagen zu ermöglichen. Das Module-Type-Package-Konzept (MTP nach VDI/VDE/NAMUR 2658) ermöglicht flexibel aus Modulen zusammengesetzte Batch-Anlagen. Der Beitragt vergleicht die beiden Konzepte und arbeitet Unterschiede und Gemeinsamkeiten heraus. Anschließend wird ein Vorschlag zur Kombination beider Konzepte gemacht und an einem Beispiel getestet.LoRaWAN, ein Baustein für NOA
NAMUR Open Architecture (NOA) zielt darauf, zusätzliche Daten aus dem Prozess für innovative Nutzungen bereitzustellen. Die Autoren beschreiben, dass Long Range Wide Area Technologie (LoRaWAN) für Teilnehmer mit niedriger Datenrate geeignet ist. Mit nur fünf Gateways wurde ein großer Industriepark abgedeckt. Zur Datensammlung und -weiterleitung werden Edge-Gateways oder Mini-SPS verwendet. Erste Anwendungserfahrungen liegen für Anhänger-Verfolgung und zusätzliche Sensorik vor.Effiziente Navigation durch die Topologie industrieller Prozessanlagen
Wenn jemand heute die Prozess- und Signalflüsse in einem R&I-Schemata nachvollziehen will, ist ein Textmarker das übliche Werkzeug. Der Beitrag schlägt stattdessen Algorithmen vor, die bei maschinenlesbaren Schemata die Topologie der Anlage automatisch extrahiert. Durch eine intuitive Suchmarke können dann Flusspfade identifiziert und hervorgehoben werden. Der Test des Werkzeugs
ergab Zeiteinsparungen bis 90% und zeigte, dass so menchliche Fehler vermieden werden können.Prädiktive Energieflussregelung
Die Strom- und Wärme-Versorgung eines Quartiers aus Wohnblöcken wird durch Kraft-Wärme-Kopplung, Photovoltaik und einem Batteriespeicher sichergestellt. Der Beitrag ermittelt, wie diese Komponenten optimal geregelt werden können, um die Kosten zu minimieren und unnötig häufiges An- und Abfahren des Kraftwerks zu vermeiden. Es wird eine Modellprädiktive Regelung (MPC) entworfen. Sehr anschaulich wird gezeigt, dass das Kraftwerk vor- und nachmittags benötigt wird, aber
nicht in den Mittags- und Nachstunden. -
atp magazin 09/2021
Bd. 63 Nr. 09 (2021)Die Fabrik der Zukunft besteht aus einer Rundum-Vernetzung. Industrie 4.0 und die Digitalisierung schaffen neues Potenzial, um Anlagen effizienter, verlässlicher und produktiver arbeiten zu lassen. Am Himmel der neuen, bahnbrechenden Technologien, die dieses Ziel unterstützen und eine umfassend vernetzte Fabrik ermöglichen, stehen jetzt zwei neue Sterne: 5G und Ethernet-APL. Diese zwei Kommunikationstechnologien erobern jetzt die Industrie.
Der neue Kommunikationsstandard 5G und die 2-Draht-Technologie Ethernet-APL (Advanced Physical Layer) revolutionieren die Produktion. Sie stehen beide für eine sichere Kommunikation über große Entfernungen hinweg und ermöglichen so ein effizientes Engineering. Seit die Lizenzvergabe des smarten Mobilfunkstandards 5G nicht nur für den privaten, sondern auch für den Industriesektor eröffnet wurde, gab es einen ersten wichtigen Schwung der Revolution. Mit APL gehen nun zwei Technologien in den Ring.
APL und 5G sind allerdings keine Kontrahenten. Das unterstreicht auch Gerd Niedermayer von der BASF im atp-Interview: „Bei 5G sieht es so aus, dass man es nach wie vor noch für mobile Anwendungen benötigt. In einer Neuanlage ist APL sinnvoll und kostensparend, in einer Bestandsanlage kann die Nachrüstung mit Funk einfacher sein.“ Damit können alle Anlagenbetreiber sich freuen und laut ausrufen: „Viva las Enablers!“
Die Interview-Highlights:
„Profibus PA und DP brauche ich nimmer“ (Gerd Niedermayer)
Es gibt einen neuen und innovativen Fixstern am Himmel der Kommunikationstechnologie: Ethernet Advanced Physical Layer (APL). APL ist Teil des weit verbreiteten Ethernet-Standards, der speziell für anspruchsvolle industrielle Anwendungen entwickelt wurde, und erfüllt in der Prozessindustrie den Wunsch nach einer sicheren Kommunikation mit hoher Geschwindigkeit über große Entfernungen
hinweg. Im atp-Interview beleuchtet Gerd Niedermayer, Senior E&I Engineering Manager bei BASF, die Vorteile dieser neuartigen Kommunikationstechnologie.„5G ist weit mehr als nur ein besseres WLAN!“ (Andreas Müller)
Die Fabrik der Zukunft ist rundum vernetzt. Mit der Einführung des neuen Kommunikationsstandards 5G rückt dieser Traum in greifbarer Nähe, da er vor allem eine hochzuverlässige und echtzeitfähige Kommunikation zwischen Aktorik, Sensorik und Steuerungsintelligenz ermöglicht. Im atp-Interview erläutert Andreas Müller, Leiter des Bereichs „Communication und Network Technology“ innerhalb des
Zentralbereichs Forschung und Vorausentwicklung der Robert Bosch GmbH, warum die fünfte Mobilfunk-Generation ein wichtiger Enabler für die Smart Factory sein wird.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Modulare Anlagenpraxis
Der vorliegende Artikel geht auf die Fragen der Interoperabilität zwischen Komponenten einer modular gestalteten Prozessautomatisierungsanlage mit dem Schwerpunkt Kommunikation über OPC UA ein. Die Richtlinie VDI/VDE/NAMUR 2658-5.1 ist technische Grundlage, deren praxisnahe Umsetzung hier erläutert werden soll.Ethernet-APL für die Prozessautomation
Ethernet-APL bringt Zweidraht-Ethernet in das Feld der Prozessindustrie. Die neue Technologie ermöglicht eine anlagenweite, durchgängige Infrastruktur zur Daten- und Energieübertragung. Sie erschließt Feldgeräte in explosionsgefährdeten Bereichen für die einfache Anwendung von Industrie 4.0. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die Ethernet-APL Spezifikation und einen detaillierten Einblick in die Technik hinter APL, mit der es möglich wird Ethernet unter den besonderen Bedingungen in der Prozessindustrie einzusetzen. Außerdem wird gezeigt, wie bestehende Feldbusinstallationen zu Ethernet-APL migriert werden können.5G and NOA: Enabling accessto valuable hidden data
The NAMUR Open Architecture (NOA) represents a concept for simple and secure digitization as well as communications with the classical automation pyramid to enable Industry 4.0 for process automation. In this concept, devices that previously had only one communication path within the operative technology (OT) world receive a controlled second communication path where NOA enables monitoring and optimization applications. The challenge lies in retrofitting communication in brownfield plants, where a large proportion of field devices and many control devices currently only have analog and/or (proprietary) OT communication. In this paper, we introduce 5G with its standards and show that these technologies are very promising for retrofitting communication from the OT to the IT-world of NOA. This makes it possible to retrofit NOA, but also forms the basis for future Industry 4.0 scenarios which do not involve the automation pyramid.The Ethernet-APL Engineering Process
The vision of an “Industrial Ethernet down to the sensors and actors” has become reality. At the Achema fair in June 2021 Ethernet-APL was introduced. This technology is based on a 2-wire Ethernet that conveys information as well as energy to the sensors and actuators of the automation system. Ethernet-APL is based on 2-wire Ethernet standard IEEE 802.3cg [1] running at 10 Mbit/s. An additional specification, the Ethernet-APL Port Profile Specification [2], defines additional parameters for the use of the technology in the process industry, especially in areas with potentially explosive atmospheres. As a next step, potential users need to become familiar with the engineering process of Ethernet-APL networks. For this purpose, the Ethernet-APL project provides the Ethernet-APL Engineering Guidelines [3] that cover the main areas of planning, installation and acceptance testing.Funktionale Sicherheitfür modulare Anlagen
Die Flexibilisierung modularer Anlagen stellt die Vorgehensweisen zur Risikoreduktion mit PLT-Sicherheitseinrichtungen vor neue Herausforderungen. Um Flexibilitätseinbußen zu verringern, muss der gesamte Sicherheitslebenszyklus sowie die darin enthaltenen Tätigkeiten für die Anforderungen der modularen Automation angepasst werden. In diesem Beitrag werden die bestehenden Sicherheitslebenszyklusmodelle aus IEC 61508 und IEC 61511 hinsichtlich ihrer Eignung für die Anwendung in modularen Anlagen untersucht. Dafür werden die Anforderungen aus Sicht der Process Equipment Assemblies und modularen Anlagen aufgelistet, die einzelnen Phasen der Normen dagegen verglichen und entsprechend ihrer Eignung bewertet. Zur Evaluierung wurden die abgeleiteten Sicherheitslebenszyklen im Rahmen mehrerer Fokusgruppen-Workshops mit Fachexperten auf die Erfüllung der normativen Anforderungen sowie auf Vollständigkeit und Durchführbarkeit geprüft. Das Ergebnis ist jeweils ein Sicherheitslebenszyklus für das PEA- sowie das Anlagenengineering, in dem die Anforderungen umgesetzt wurden. -
atp magazin08/2021
Bd. 63 Nr. 08 (2021)richtig ins Rollen gekommen ist KI aber erst in den letzten 10-15 Jahren durch immer bessere Rechenleistung immer kleinerer Chips, das Herausbilden des Internets der Dinge und generell durch die digitale Vernetzung aller mit allen und allem.
Ihr Siegeszug begann zuerst in der Konsumerwelt, wo sie beispielsweise der Spracherkennung zum Durchbruch verhalf. Nun nimmt sie auch in der industriellen Produktion so richtig Fahrt auf und durchdringt jetzt flächendeckend den Shopfloor in der Prozessindustrie bis in den letzten Winkel. Das große Ziel der Prozessautomatisierer lautet hierbei: „Wir wollen mithilfe von KI in der Produktion das höchste Level, das Autonomielevel 5 erreichen“ – eine vollständig autonome Produktion ohne die Notwendigkeit menschlicher Kontrolle.Bis dahin ist es noch ein Stück des Wegs, aber die Entwicklung ist in vollem Gange.
Dank KI ist es der Automatisierungstechnik nun möglich, das technische Systeme imstande sind, ihre Umwelt wahrzunehmen und das Wahrgenommene entsprechend zu verarbeiten, selbständig Probleme lösen und Lösungen zu erarbeiten, demnach auch Entscheidungen zu treffen und aus Erfahrungen zu lernen sowie durch dieses maschinelle Lernen Aktionen besser auszuführen. Das spart Zeit und Geld, verbessert die Qualität und macht industrielle Abläufe widerstandsfähiger und individueller.
Größtes Hindernis auf dem Weg zu Autonomielevel 5 ist derzeit weniger die Kommunikationsintelligenz des „Fischschwarms“. Es fehle den Fischen leider noch an der nötigen Intelligenz, wie Univ.-Prof. Dr. Oliver Niggemann im atp-Interview betont: „Wir haben die KI-Methoden nicht einfach in der Schublade liegen und müssen nur noch herausfinden, wie wir sie in die Steuerung integrieren können. Uns fehlen noch genau diese KI-Methoden und die Algorithmus-Entwicklung.“.
Die Interview-Highlights:
„Wir brauchen keine Data-Scientists“ (Univ.-Prof. Dr. Oliver Niggemann)
Obwohl es Künstliche Intelligenz bereits seit rund 60 Jahren gibt, erobert sie erst seit einigen Jahren nunmehr auch flächendeckend die industrielle Produktion. Im atp-Interview erklärt Univ.-Prof. Dr. Oliver Niggemann, welche Köpfe mit welchem Know-how es braucht, um Künstliche Intelligenz gewinnbringend in der Produktion einzusetzen.„AutomationML ist längst keine akademische Spielwiese mehr““ (Prof. Dr.-Ing. Rainer Drath)
Weil die digitale Durchdringung der Prozesse in der Industrie immer schneller voranschreitet, kommt es immer öfter zu Schnittstellenproblemen und „Sprachbarrieren“ bedingt durch die Vielzahl der eingesetzten Software-Applikationen. Die Lösung für diese Probleme heißt AutomationML. Das Meta- Format feiert in diesem Jahr seinen 15. Geburtstag. Im atp-Interview zieht Prof. Dr.-Ing. Rainer Drath nun eine erste Zwischenbilanz und erklärt, welche Möglichkeiten AML inzwischen bietet.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Practical challenges of virtualassistants in industrial setups
Virtual assistant systems promise ubiquitous and straightforward access to information and applications. Their foundation on intent-oriented queries and support of natural language makes them an ideal tool for human-centric applications. We investigate the challenges of building a virtual assistant. A qualitative study reveals two significant constraints: low user acceptance and a disproportional amount of effort on details. Overall, implementing a virtual assistant for an industrial application is technically feasible but requires significant effort and an understanding of the target audience.Modellierung elektrischer Schnittstellenund Kabel mit AutomationML
Elektrische Verbindungen sind wesentliche Bestandteile jedes Automatisierungssystems. Dieser Beitrag stellt eine Modellierungsmethodik und erste Bibliotheken elektrischer Schnittstellen für Automatisierungsgeräte vor, die mit dieser Methodik entlang vorhandener Standards für elektrischer Schnittstellen entwickelt wurden. Diese Bibliotheken können als digitale Repräsentationen der zugehörigen Standards verstanden werden, d.h. sie bilden die zugrundeliegenden Normen als elektronisches Datenmodell ab, eine Lösung für die künftige Einbindung von Normen und Standards in Industrie 4.0 Verwaltungsschalen. Die dabei entwickelte Methodik ist generisch, herstellerneutral und kann für weitere elektrische Schnittstellen fortgesetzt werden. Interessenten sind eingeladen, die Ergebnisse anzuwenden, zu kommentieren und zu ergänzen.Autonome Vertrauensbewertung
Damit in Zukunft autonom agierende Softwareagenten Verträge verhandeln können, muss auch die Vertrauenswürdigkeit potenzieller Verhandlungspartner automatisiert bewertet werden. Um diesen auf vielfältigen Informationen und individuellen Präferenzen basierenden Prozess zu ermöglichen, liefert dieser Beitrag einen Einblick in bestehende Vertrauens- und Reputationsmodelle und Methoden der multikriteriellen Entscheidungsfindung. Darauf aufbauend wird eine Kombination aus beidem vorgeschlagen, welche ein (teil-) automatisiertes Verfahren zur Vertrauensbewertung potenzieller Lieferanten ermöglichen soll.Intelligente Prozessregelung von Schleifprozessen
Eine Hauptfehlerquelle bei Schleifprozessen ist die thermische Randzonenschädigung (sog. Schleifbrand) an der Kontaktstelle zwischen Werkstück und Schleifkörper, welche durch ungewollte Eigenspannungen und Veränderungen der Materialhärte in der Werkstückoberfläche gekennzeichnet ist. Da der Randzonenzustand bisher nicht im Prozess erfasst werden kann, wird in der Praxis auf hohe Sicherheitsfaktoren bei der Zerspanrate und den Abrichtintervallen des Schleifkörpers zurückgegriffen. Die vorliegende Arbeit stellt einen Lösungsansatz für einen geregelten Schleifprozess mit der thermischen Randzonenbeeinflussung als Hauptregelgröße vor. Die in-prozess-Erfassung der Randzonenschädigung des Werkstückes erfolgt mittels des mikromagnetischen Messverfahrens Barkhausenrauschen. Das Ergebnis ist ein neuartiges Prozessregelungskonzept für das Schleifen.Electrical impedance spectroscopy
The electrical impedance measurement of a suspension is a valid method to monitor crystallization processes. Since it allows measurement of conductivity and permittivity it enables the characterization of non-conductive suspensions. The results obtained show that the concentration of an organic compound of interest can be determined by evaluating its electrical and thermal properties. As the analytical analysis of independent process parameters is a challenging task, a machine learning approach is investigated to extract essential parameter dependency for automated process control purposes. -
atp magazin 6-7/2021
Bd. 63 Nr. 6-7 (2021)Vor zehn Jahren wurde die Initiative Industrie 4.0 ins Leben gerufen. Eine Initiative mit dem Ziel, Maschinen und Abläufe in der Industrie mit Hilfe von Informations- und Kommunikationstechnologie intelligent zu vernetzen. Dadurch soll die Produktion flexibler, die Fabrik wandelbarer, die Logistik optimiert und eine zirkuläre, ressourcenschonende Kreislaufwirtschaft ermöglicht werden.
In den vergangenen Jahren wurden bereits einige Hebel eingeführt, wie zum Beispiel das Module Type Package (MTP), die Verwaltungsschale und die NAMUR Open Architecture. Die Theorie ist so gesehen schon vorhanden, jetzt geht es an die Umsetzung, denn da hakt es in der Industrie noch ein wenig. Das bestätigt auch Dr. Attila Bilgic, CEO von Krohne: "Es gibt nach wie vor noch eine enorm große Lücke zwischen der bereits geleisteten konzeptionellen Arbeit und der Umsetzung in der industriellen Praxis."
Das soll sich nun aber ändern! Wir blicken im atp magazin 6-7/2021 auf die ersten zehn Jahre Industrie 4.0 unter anderem mit Stimmen aus der Community und einem Zeitstrahl zurück. Vor allem geht aber unser Blick in die Zukunft. Frische Impulse zur Umsetzung von Industrie 4.0-Konzepten finden Sie wie immer im atp magazin. Stoßen wir also damit an auf die kommenden zehn Jahre, in denen es heißt: Anschnallen! Jetzt geht es erst richtig los!
Die Interview-Highlights:
”Industrie 4.0 wird ohne APL nicht Realität“ (Dr. Attila Bilgic)
Nach wie vor hinkt die Prozessindustrie den digitalen Erwartungen rund um Industrie 4.0 deutlich hinterher, obwohl die technologischen Konzepte und Enabler längst vorhanden sind. Im atp-Interview blickt Dr. Attila Bilgic, CEO der KROHNE Gruppe und Vorstandsvorsitzender der VDI/VDE-GMA, auf zehn Jahre Industrie 4.0 zurück und erklärt, weshalb sich die Prozessindustrie in den nächsten Jahren auf einen großen Technologiesprung gefasst machen muss.”Wir nehmen gerade erst so richtig Fahrt auf.“ (Eckard Eberle)
Industrie 4.0 feiert in diesem Jahr seinen ersten runden Geburtstag. Vor 10 Jahren erfolgte der Startschuss für die intelligente Vernetzung der Industrie. Exakt zu dieser Zeit wurde Eckard Eberle bei Siemens erst CEO von Industrial Automation Systems, um sich dann drei Jahre später als CEO der Prozessautomatisierung für die digitale Transformation einzusetzen. Der diplomierte Elektrotechniker zieht aus Sicht eines Leitsystemherstellers eine spannende Bilanz und sagt beim Blick über den Tellerrand noch spannendere Zeiten für die zweite Industrie 4.0-Dekade voraus.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Modellierung einer Fernwirkaußenstation mit AutomationML
AutomationML hat sich längst zu einem etablierten Standard für die Modellierung und den Austausch von Engineering-Daten entwickelt. In diesem Beitrag stellen die Autoren mit der Modellierung von sogenannten Fernwirkaußenstationen einen weiteren sinnvollen Use-Case für AML im Engineering von Automatisierungssystemen vor. Mit dem Fokus auf das Fernwirkprotokoll Dnp3 wird dargestellt, wie sowohl die Hardware als auch die Datenobjekte und deren Parameter auf Basis von entwickelten Modellierungsvorlagen abgebildet und so effizient zwischen Engineering-Werkzeugen ausgetauscht werden können.Security Awareness für den Mittelstand
Angriffe aus dem Netz werden zu einer immer größeren Bedrohung – nicht nur für Großunternehmen, sondern auch für kleine und mittlere Unternehmen (KMU). Beispiele aus der Vergangenheit zeigen, dass sowohl Maschinensteuerungen manipuliert als auch die IT-Infrastruktur lahmgelegt werden kann. In diesem Beitrag präsentieren die Autoren die Möglichkeit einer ganzheitlichen IT-Security-Reifegradbestimmung für Unternehmen. Diese basiert auf dem anerkannten Standard IT-Grundschutz des Bundesamts für Sicherheit in der Informationstechnik. Über die theoretische Betrachtung hinausgehend wird ein software-unterstützer Fragenkatalog vorgestellt, welcher insbesondere KMU bei der Bestimmung des aktuellen Reifegrads unterstützt.Mixed-Reality-in-the-Loop Simulation
Automatisierte Anlagen und Maschinen werden zunehmend komplexer und verlangen eine intensive Schulung des damit umgehenden Personals. Dies betrifft sowohl Anlagenfahrer als auch das Wartungspersonal. Aktuelle Schulungen finden oftmals an der realen Anlage statt und können erst spät, d. h. unmittelbar vor Produktionsstart, beginnen. Der Idee der Virtuellen Inbetriebnahme folgend
soll dies nun mit dem Engineering parallelisiert werden. In diesem Beitrag präsentieren die Autoren einen Ansatz, mit dem Hardware-in-the-Loop-Simulationen, wie sie für den simulationsbasierten Steuerungstests bereits erfolgreich im Einsatz sind, mit modernen 3D-Visualisierungen verknüpft werden. Durch die entstehenden Mixed-Reality-Applikationen können die Schulungen unter realitätsnahen Bedingungen bereits frühzeitig, reproduzierbar und ohne Gefährdungspotenzial für Mensch oder Maschine durchgeführt werden.Von der OPC UA Companion Specification zum lauffähigen SPS-Code
OPC UA gilt als „enabling Technology“ für die Ideen rund um Industrie 4.0. Kein anderer Standard wird derzeit häufiger für höherwertige Modellierungs- und Datenübertragungsfunktionen oberhalb der Feldebene eingesetzt. Diese große Beliebtheit bedeutet gleichzeitig aber auch eine mittlerweile breite
Auswahl an sogenannten OPC UA Companion Specifications. Hierin werden neue Informationsmodelle auf Basis von vorhandenen OPC-UA-Elementen spezifiziert. Die Umsetzung einer damit konformen Anlagenautomatisierung erfordert heutzutage tiefgehendes OPC-UA-Wissen und stellt für Systemintegratoren eine wesentliche Herausforderung dar. In diesem Beitrag präsentieren die Autoren einen werkzeugunterstützen Workflow vor, der Systemintegratoren bei der Umsetzung einer neuen Companion Specification in den eigenen Produkten unterstützt.Modellierung und Simulation von Automatisierungsgeräten
Im Rahmen einer virtuellen Inbetriebnahme wird oftmals großer Eifer in die Modellierung der Anlage gesteckt. Dabei werden beispielsweise komplexe Roboterkinematiken mit Reibung implementiert oder Rohrleitungssysteme mit geregelten Hochleistungspumpen mathematisch nachgebildet. Die Automatisierungsgeräte, wie beispielweise Sensoren, werden dabei jedoch häufig vernachlässigt. Gerade in der Prozessindustrie stellen diese jedoch einen wesentlichen Teil des im Simulationsmodells nachzubildenden Verhaltens dar und müssen getestet werden. In diesem Beitrag stellen die Autoren die dringende Notwendigkeit sowie unterschiedliche Technologien für die Modellierung von Automatisierungsgeräten vor und beschreiben die jeweilige Ausprägung. Darüber hinaus wird eine Methode für die teilautomatisierte Generierung der Modelle auf Basis vorhandener Gerätebeschreibungen dargelegt. -
atp magazin 05/2021
Bd. 63 Nr. 05 (2021)Eine flexible Produktion ist das ausschlaggebende Argument, um schnell auf Veränderungen auf dem Markt zu reagieren und somit wettbewerbsfähig zu bleiben. Um diese Flexibilität gewährleisten zu können, zieht in der modularen Produktion zunehmend das Module Type Package (MTP) in die Fabriken ein. Diese Technologie beschreibt die Standardisierung der Kommunikation zwischen Systemen und Leitebene und bietet nun einen weiteren Meilenstein in Richtung zügiger Time-to-market-Produktion.
Der modulare Anlagenbau ist in der deutschen Industrie schon lange kein Fremdwort mehr. „Das Problem war bisher eher die Automatisierungstechnik, die nicht mitzog. MTP ist jetzt die Lösung für die Automatisierungstechnik, sodass die verfahrenstechnischen Einheiten schnell in ein übergeordnetes System integriert werden können“, so Dipl.-Ing. Anna Menschner von Semodia GmbH über die Bedeutung des MTP.
Wie wichtig der modulare Baukasten voller flexibler Möglichkeiten für die Industrie ist, zeigt das atp magazin 5/2021. Lesen Sie darüber hinaus außerdem, wie groß das Potenzial der Verbindung zwischen automatisierter Regelungstechnik und einer klimaneutralen Energieversorgung ist.
Die Interview-Highlights:
„MTP zum Durchbruch verhelfen ist unsere Mission“ (Anna Menschner, Stephan Hensel, Semodia GmbH)
Charakteristisch für eine flexible Produktion ist eine schnelle Reaktion auf wandelnde Kundenwünsche. So müssen sich Anlagenkomponenten zügig anpassen. Um diese Schnelligkeit gewährleisten zu können, gibt es in der modularen Produktion den Einsatz von MTP (Module Type Package). Im atp-Interview erklären Dipl.-Ing. Anna Menschner und Dr.-Ing. Stephan Hensel von der Semodia GmbH ihre MTP-Rollout-Strategie und worauf es jetzt ankommt, um dem neuen modularen Konzept zum
Durchbruch in der Prozessindustrie-Praxis zu verhelfen.”Die modellprädiktive Regelungist für klimaneutrale Energie unverzichtbar“ (Prof. Dr.-Ing. Dirk Abel, Dr.-Ing. Thomas Konrad, RWTH Aachen)
Nicht nur für die produzierende Industrie ist die Automatisierung inzwischen zwingend notwendig. Auch eine klimaneutrale Energieversorgung wird insbesondere ohne Regelungstechnik nicht Realität. Im atp-Interview erklären Prof. Dr.-Ing. Dirk Abel, Leiter des Instituts für Regelungstechnik an der RWTH Aachen, und Dr.-Ing. Thomas Konrad, Abteilungsleiter Energiesysteme am selben Institut, warum gerade die modellprädiktive Regelung von Windkraftanlagen hier Pionierarbeit leistet.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
„Massenfertigung“ mit Losgröße Eins
Individuelle Fertigung, also Losgröße Eins, mit der Effizienz der Massenfertigung – das klingt nach der Quadratur des Kreises. Der Beitrag beschreibt, wie moderne Fertigungslinien dieses hohe Ziel erreichen. Um eine „Evergreen-Fabrik“ zu sein, müssen aber auch die Maschinen selbst wandlungsfähig sein. Dies gelingt durch strenge Modularität, Standardisierte Schnittstellen, vernetzte Selbstbeschreibung der Module mit einem Digitalen Zwilling sowie flexible Infrastruktur. Nur so erreicht man „plug and produce“.Akzeptanzsteigerung bei MRK
Eine enge, schutzzaunlose Kooperation von Menschen mit Robotern (MRK) wird durch Leichtbauroboter mit guter Sensorik möglich. Aber erfolgreich ist die Einführung solcher Systeme nur, wenn neben der Technik auch die Organisation entsprechend angepasst wird und die Menschen motiviert und angstfrei mitziehen. Es geht beispielsweise um Ergonomie, Taktzeiten, Tätigkeitsprofile, Arbeitsschutz und die Qualifizierung der Mitarbeiter. Der Beitrag schlägt vor, die Beteiligten durch eine gezielte MRK-Qualifizierung auf diese Thematik hinzuführen, um eine hohe Akzeptanz zu erreichen.Sicheres und flexibles Retrofit
Wenn man bestehende industrielle cyber-physikalische Systeme an die Cloud anbinden will, braucht man einen geeigneten Schutz vor Cyber-Angreifern. Dieser Schutz ist umso schwieriger nachzurüsten, je mehr Teilnehmer und verschiedene Protokolle involviert sind. Der Beitrag schlägt eine Sicherheitsarchitektur für ein Gateway vor. Grundlage ist ein „Trusted Platform Module 2.0“ (TPM 2.0), das die Verschlüsselung sicherstellt. Es wurde für die OPC UA-Implementierung „open62541“ realisiert.Von der Feldgerätediagnose zum Prozess- und Anlagenmonitoring
Dass Feldgeräte neben dem Prozesswert (Zustandsgröße) auch eine Selbstdiagnosefunktion (Integritätsgröße) haben, ist allgemein bewusst. Der Beitrag stellt dar, dass die Selbstdiagnose darüber hinaus auch Daten über den Zustand und Verlauf des Prozesses (Prozessgröße) liefert. Beispiele sind die Schaumerkennung durch eine Radar-Füllstandsmessung sowie die Messung von Inhomogenitäten durch Coriolis-Durchflussmesser – beispielsweise durch Gasblasen. Auch Beläge in Rohrleitungen können erkannt werden.Windenergieanlagen-Regelung: Ein Modell für die Zukunft
Keine Energiewende ohne Windenergieanlagen (WEA) – und keine WEA ohne gute Regelungen. Dabei widersprechen sich die Regelungsziele und es sind vorgegebene Betriebsgrenzen einzuhalten. Für diese nichtlineare und mehrdimensionale Optimierungsaufgabe schlägt der Beitrag eine modellprädiktive Regelung vor. Im Vergleich zu konventionellen Regelungskonzepten können so Lastspitzen vermieden und der Betrieb verstetigt werden. -
atp magazin 04/2021
Bd. 63 Nr. 04 (2021)And the winner is … IEC 63728! Hinter diesem technischen Namen verbirgt sich die Verwaltungsschale, das optimale Werkzeug für eine standardisierte
Datenverwaltung und – nutzung in der Produktion. Damit soll ein beliebiges Asset auf dem Shopfloor, von einzelnen Geräten bis hin zu ganzen Maschinen, an IoT-Plattformen angeschlossen werden. Bisher war die VWS allerdings nur ein theoretisches Konzept. Das ändert sich ab Mai 2021, denn dann wird sie normiert. Damit wird das für Industrie 4.0 wichtige Werkzeug keine Theorie mehr sein, sondern eine handfeste Technologie.Der erste Use Case der VWS, der auf sicherem Weg in die Umsetzung ist, ist das Digitale Typenschild. „In den vergangenen Monaten haben wir das Digitale Typenschild im ZVEI so weit konkretisiert, dass wir es zusammen mit Industrie-Experten in einer sogenannten ZVEI-Empfehlung festschreiben konnten“, so Prof. Dr.-Ing. Dieter Wegener über die Etablierung dieses Use Cases. Mit einer ZVEIEmpfehlung wurde der VWS der Weg in die Praxis nun geebnet.
Welche Anwendungsmöglichkeiten es für die Digitalisierung der Produktion gibt, zeigt das atp magazin 4/2021. Lesen Sie darüber hinaus außerdem, welche Potenziale die Simulation bietet mit besonderem Augenmerk auf dem Digitalen Zwilling.
Die Interview-Highlights:
„Das Digitale Typenschild ist der Türöffner der Verwaltungsschale“ (Prof. Dr.-Ing. Dieter Wegener, ZVEI)
Im Mai 2021 wird die Verwaltungsschale in der IEC 63278 normiert und aus einem bislang theoretischen Konzept endlich eine handfeste Technologie. Im Interview stellt Prof. Dr.-Ing. Dieter Wegener, Sprecher des ZVEI-Führungskreises Industrie 4.0, dar, wie die weitere Roadmap der Verwaltungsschale und des Digitalen Typenschilds aussieht und warum die IDTA und GAIA-X dabei besonders wichtig sind.„Der Digital Twin kann mehr als nur Simulation“ (Carsten Gerke,Bentley Systems;Tobias Hennchen,
Siemens)
Über den gesamten Lebenszyklus alle Prozessdaten im Blick zu haben und so die Anlagenleistung optimieren zu können, ist das alles überragende Ziel des Digitalen Zwillings. Warum er allerdings in der Prozessindustrie noch nicht angekommen ist und wieso der Digital Twin viel mehr ist als ein Simulations-Tool machen Carsten Gerke, SVP Strategic Partnerships bei Bentley Systems, und Tobias Hennchen, Director Digitalization bei Siemens, im atp-Interview deutlich.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Eine systematische Bewertung der Qualität von Simulationsmodellen
Der GMA Fachausschuss 6.11 veröffentlichte bereits im vergangenen Jahr (atp magazin 6-7/2020) den ersten Beitragsteil zur Entwicklung einer Qualitätsmetrik für Simulationsmodelle der Automatisierungstechnik. Ziel der Metrik ist die systematische, objektive und möglichst quantitative Bewertung des Qualitätsniveaus von Modellen, die sowohl in den internen Engineering-Prozessen eingesetzt werden. Darüber hinaus sollen aber gerade die Modelle bewertet werden, die als Teil der realen Anlage an den Kunden ausgeliefert werden. Nach der Erläuterung der entwickelten Faktoren, Kriterien und Attribute in Beitragsteil 1 liefern die Autoren in diesem zweiten Teil Konzepte für die quantitative Bewertung sowie Erfahrungen aus der durchlaufenen Validierungsphase.Die aktuelle und zukünftige Nutzung von Simulation
Das Autorenteam erneuert seine bereits 2015 veröffentlichte internationale Studie zur Nutzung von Simulation in der Prozessindustrie und erweitert diese auf benachbarte Industriedomänen. Auf Basis einer im Jahr 2020 durchgeführten Online-Umfrage werden die fünf Jahre alten Aussagen der ersten Studie auf die Probe gestellt und dabei neue Erkenntnisse, Trends und selbstverständlich auch der Einsatz von Digitalen Zwillingen abgefragt. Dabei können sowohl Aussagen bestätigt, aber auch vermeintliche Trends revidiert werden. Auch nach wie vor offene Flanken, wie beispielsweise der Einsatz von Simulation in der Anlagenbetriebsphase, werden analysiert.Co-Simulation als Realisierung digitaler Zwillinge
Die unternehmensübergreifende Anwendung von Simulationsmodellen erfordert detaillierte Absprachen zu den verwendeten Modellierungsstandards, aber auch insbesondere den verwendeten Werkzeugen. In diesem Bereich etabliert sich zunehmend die Co-Simulation. Durch sie wird es möglich, gekapselte Simulationsmodelle zu einem Gesamtmodell zu orchestrieren, ohne sie dabei in ein gemeinsames Werkzeug oder in einem einzelnen Super-Simulationsmodell zusammenbauen zu
müssen. Die Autoren erläutern sowohl die zum Einsatz kommenden Technologien, die notwendigen Schritte für den Einsatz in der Automatisierungstechnik als auch die bestehenden Standards, die eingesetzt werden können. Ein weiterer sinnvoller Schritt zum Digitalen Zwilling.Die Rolle der Simulation im Kontext des Digitalen Zwillings
Die Autoren beschreiben welchen Mehrwert Virtuelle-Inbetriebnahme-Modelle für den gesamten Anlagenlebenszyklus liefern können. Ziel des Beitrages ist es, die aus Sicht der Autoren wichtigen Themencluster im Bereich der Modellierung und Simulation aufzuzeigen, aber auch die sich damit wandelnde Bedeutung des Digitalen Zwillings als Treiber der Digitalisierung zur Diskussion zu stellen. Dabei werden keine fertigen Lösungen präsentiert, sondern Arbeitsfelder definiert, die mit der Einladung zur Mitarbeit im Arbeitskreis verbunden sind.Virtuelle Inbetriebnahme modularer Prozessanlagen
Das Module Type Package (MTP) gilt als Enabler für einen effizienten modularen Anlagenbau in der Prozessindustrie. In diesem Beitrag beschreiben die Autoren neue Methoden der Virtuellen Inbetriebnahme von modularen Prozessanlagen auf Basis des MTP. Dabei werden nicht nur die Simulationsmodelle der Module automatisch orchestriert, sondern auch die notwendigen Bedienbilder im Simulationswerkzeug generiert. Im beschriebenen Anwendungsfall liegt das Hauptaugenmerk
auf einer modulübergreifenden Temperaturregelung in Kombination mit der richtigen Abarbeitung
der notwendigen Service-Orchestrierung. Auch das in der Prozessindustrie notwendige Numbering-up kann durch die Autoren durch zusätzlich integrierte Module bereits validiert werden. -
atp magazin 03/2021
Bd. 63 Nr. 03 (2021)Die digitale Transformation der produzierenden Industrie bedeutet inzwischen vor allem einen Zuwachs an IT-Technologien, die mit dem Shopfloor verbunden werden müssen. Auch die Prozessindustrie wird so immer mehr zu einer digital getriebenen Welt, in der IT und OT immer mehr verschmelzen.
Während in der Vergangenheit oft zu hören war, dass sich einer der beiden Bereiche den anderen einverleiben wird, setzt sich zunehmend eine andere Überzeugung durch: Weder Produktion und IT würden ineinander integriert, erklärt Martin Schwibach, Leiter des NAMUR-Arbeitsfelds 4 „Betrieb und Instandhaltung“. „Vielmehr wird beides in einem neuen Digitalisierungsbereich für Produktion vereint. Und wir Automatisierer müssen diesen Prozess gestalten.“
Doch was genau brüten IT und OT da wirklich aus? Das atp magazin 3/2021 versucht genau das herauszufinden und fokussiert sich dabei besonders auf die Instandhaltung, die Wartung und den Betrieb von Produktionsanlagen. Denn schließlich trifft genau dort, auf dem Shopfloor des Brownfields, traditionelle Operational Technology auf IT-getriebene Services und Infrastrukturen wie etwa die Cloud.
Die Interview-Highlights:
”Ohne disruptives Mindset werden IT und nicht verschmelzen“ (Martin Schwibach, BASF & NAMUR)
Auch wenn die Integration von IT-Technologien in der Prozessindustrie immer neue Potenziale eröffnet, bleibt die Realität auf dem Shopfloor oft hinter den Erwartungen zurück. Für Martin Schwibach, der bei der NAMUR das Arbeitsfeld 4 „Betrieb und Instandhaltung“ leitet, liegt das vor allem an fehlender Connectivity, die jetzt einen Mentalitätswandel dringend notwendig macht."Erfolg kommt durch Können, Wollen und Machen" (Dr. Kurt D. Bettenhausen, HARTING)
Die digitale Transformation der Industrie bietet für große Unternehmen ebenso wie KMU und Start-ups enorme Gestaltungschancen, die nur Wenige wirklich nutzen. Fehlt uns der Digitalisierungs-Mut? Sind wir zu satt für Industrie 4.0? Dr. Kurt D. Bettenhausen, Vorstand Neue Technologien und Entwicklung bei HARTING, ruft uns dazu auf, wieder gezielt Risiken einzugehen und erklärt, warum Besserwissen allein nicht reichen wird, um unseren Wohlstand zu erhalten.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Die Anwendung von DIN EN 62424 in der Prozesstechnik
Die DIN EN 62424 gilt seit 2017 für die Darstellung von PLT-Stellen in R&I-Fließbildern, eine ältere Version bereits seit 2010. Dennoch wird in der Prozessindustrie häufig noch nach der zurückgezogenen DIN 19227 gearbeitet. Der Beitrag behandelt viele Aspekte der beiden Normen und schlägt Übersetzungen und Verwendung von Begriffen vor. Wer die DIN EN 62424 verstehen und umsetzen will, findet in diesem Beitrag eine gute Basis.Modulmanagementsystem zur Verwaltung von PEAs
Wer verfahrenstechnische Module, auch PEA (Process Equipment Assembly) genannt, intensiv einsetzt, wird früher oder später eine Verwaltung dieser Module benötigen. Da Module anlagenübergreifend verwendet werden können, ist eine standortweite Verwaltung und auch Speicherung der Historie sinnvoll. Der Beitrag stellt Anforderungen hierfür zusammen und schlägt eine Cloud-basierte Implementation vor.Optimierte Reglereinstellung bei Kälteanlagen
Es gibt sie noch: klassische, aber komplexe Regelungsaufgaben. Bei einer Kälteanlage muss man sowohl die Ventilatorleistung als auch die Pumpengeschwindigkeit des Kältemediums regeln: Zwei gekoppelte und nichtlineare Regelkreise. Die Autoren zeigen, dass man dieses Problem mit bekannten empirischen Entwurfsverfahren und zustandsabhängigen Reglerparametern gut und überschwingungsfrei lösen kann.Tailored Digitization with Real-Time Locating Systems
Die Position von Gegenständen in Echtzeit auf 10 cm genau bestimmen – das ist die Aufgabe von Ultrawideband-Chips. Zu wissen, was gerade wo ist, stellt eine Grundvoraussetzung für digitalisierte Workflows dar, kann aber auch noch manuelle Prozesse unterstützen. Der Beitrag nennt sechs Anwendungen, in denen die Echtzeit-Positionsbestimmung ihre Vorteile ausspielen kann: Prozesse werden schneller, sicherer und intelligenter.Optimale Produktions und Personaleinsatzplanung
Eine klassische Optimierungsaufgabe in der Produktionsplanung ist die Erstellung von Produktions- und Personaleinsatzplänen. Was ist die optimale Reihenfolge, um mit den vorhandenen Ressourcen – Maschinen, Personal, Schichten – mit möglichst wenig Umrüstungen und Wegezeiten auszukommen? Der Beitrag zeigt, wie eine solche Optimierungsaufgabe mathematisch beschrieben und numerisch gelöst werden kann – gar nichts so schwer wie gedacht! -
atp magazin 1-2/2021
Bd. 63 Nr. 1-2 (2021)Deutschland steht vor der großen Dekarbonisierung. Mit dem Ziel der Bundesregierung, bis 2050 weitgehend für Treibhausgasneutralität zu sorgen, scheint die Umweltverträglichkeit endgültig manifestiert zu sein und mit der jüngst eingeführten CO2 -Steuer wird auch schon eine Richtung vorgegeben. Allerdings ist es sehr ehrgeizig in Anbetracht der derzeitigen Entwicklungen dieses Ziel zu erreichen.
Die deutsche und ehemals graue Industrie wird langsam grüner, allerdings geht die Dekarbonisierung
noch nicht schnell genug voran. Dabei schließt ökologisches Handeln ökonomisches Wirtschaften keinesfalls aus.Das atp magazin 1-2/2021 zeigt, dass Green Automation keine Traumvorstellung sein muss und auch
nicht sein darf, denn die Situation unseres Planeten ist heikel. Die Industrie pustet zu viel CO2 in die Atmosphäre und ist noch lange nicht so grün, wie sie sein sollte. Dekarbonisierung lautet hier das Zauberwort. Diese Ausgabe zeigt deshalb auf, dass die Digitalisierung ein entscheidender Enabler in der großen Dekarbonisierung der deutschen Industrie ist.Die Interview-Highlights:
”Automatisierung ist immer grün“ (Dr. Gunther Kegel)
Die Einführung der CO2-Steuer zwingt die deutsche Industrie jetzt dazu, sich umfassend zu dekarbonisieren. ZVEI-Präsident und atp-Herausgeber Dr. Kegel mahnt im atp-Interview, die neue Steuer als Chance zu begreifen. Sein Credo: Elektrifizieren, Digitalisieren, Vernetzen und Automatisieren sind die großen Enabler, um Ökonomie und Ökologie zu versöhnen und Green Automation Made in Germany zum Exportschlager zu machen.”Offen und einfach in die Zukunft“ ( Dr.-Ing. Thomas Holm)
In wandlungsfähigen Produktionsanlagen kommunizieren alle Assets nicht mehr streng hierarchisch getrennt miteinander, sondern tauschen in einem dezentralen Netzwerk ebenenübergreifend Informationen aus. Im atp-Interview zeigt Dr.-Ing. Thomas Holm, Head of Product Line Controller & HMI bei der WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG, auf, wie eine solche Architektur gestaltet werden kann und warum Automatisierer dafür jetzt IT-Know-how entwickeln müssen.”Der Stellenwert der NAMUR ist längst noch nicht hoch genug“ (Monika Reek)
Seit 22 Jahren arbeitet Monika Reek in der Geschäftsstelle der NAMUR und ist inzwischen fast untrennbar mit der Interessengemeinschaft der Prozessindustrie verbunden. Im kommenden April verabschiedet sie sich nun in den wohlverdienten Ruhestand. Anlass genug für ein Gespräch über den Wandel der NAMUR, Hauptsitzungs-Highlights und ein sehr besonderes rotes Kleid.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Störsicherer Anlagenbetrieb bei Einsatz von geregelten Antrieben
Die optimale Regelung von Antrieben spielt sowohl aus prozesstechnischen als auch aus energetischen und ökonomischen Gesichtspunkten eine zunehmend wichtigere Rolle. Damit einhergehend steigt auch der Einsatz von Frequenzumrichtern und deren Verkabelung. Der Beitrag befasst sich mit den durch die Energieleitungen auftretenden Störungen in prozesstechnischen Anlagen und gibt Handlungsempfehlungen in Bezug auf den nach wie vor kontrovers diskutierten Verzicht von speziell abgeschirmten Leitungen für industrielle Anwendungen. Die Referenzierung von geltenden NAMUR-Empfehlungen hilft bei der Einordnung in bestehende Projekte.Systematisch richtig, statt zufällig falsch
Das neu erschienene Blatt 4 der VDI/VDE-Richtlinie 2180 beschreibt die Besonderheiten von mechanischen Komponenten als Teil von PLT-Sicherheitseinrichtungen. Die Autoren gehen dabei insbesondere auf die Unterscheidungsmerkmale von zufällig und systematisch auftretenden Fehlern ein und erläutern die notwendigen PFD-Berechnungen (Probability of Failure on Demand) anhand prozesstechnischer Beispiele. Abschließend folgen konkrete Empfehlungen für den praktischen Umgang mit dem neuen Richtlinienblatt sowie ein Ausblick auf die Einbindung von umfangreichen Hersteller-Datenbanken und Störstatistiken, was bislang so nicht möglich war.Security für die NAMUR Open Architecture
Die NAMUR Open Architecture (NOA) ist das Kernelement für die Erweiterung der klassischen Kommunikationswege in Automatisierungssystemen. Hierin werden Konzepte für die sogenannten „BrownfieldDigitalisierung“ entwickelt, welche die Einbindung neuer Kanäle erlaubt. Was bleibt, ist die Frage nach der Sicherheit. Die Autoren beschreiben im Beitrag ein Konzept für das „NOA Security Gateway“ als Weiterentwicklung der ursprünglichen Idee der unidirektionalen „NOA-Diode“. Das Gateway ermöglicht eine sichere Verbindung für die Monitoring+Optimization-Daten zwischen den vorab festgelegten NOA-Security-Zonen. Der Beitrag stellt die konzeptionellen Anforderungen sowohl aus funktionaler wie auch aus operativer und prozeduraler Sicht umfassend dar.Diagnose in der Modularen Produktion
Modulare Prozessanlagen gelten als Schlüssel für eine flexible und zukunftssichere Produktion. Neben den beachtlichen Weiterentwicklungen im Bereich des Engineeringsvon modularen Anlagen stand deren Instandhaltung bislang eher nicht im Fokus. Doch gerade deren Diagnose und Wartung erweisen sich als Kostentreiber. Die Autoren stellen hierzu neue Konzepte der operator- und systemzentrierten Diagnose sowie Ansätze für die Umsetzung einer standardisierten Diagnose vor, die in der ZVEI/NAMUR Arbeitsgruppe 4.1.1 erarbeitet wurden. Kernaspekte sind u. a. die Kombination zweier Zugriffswege, definierte Rollen und deren Fokus auf den jeweiligen Operator. Ein umfassender Beitrag, der wesentliche Aspekte für den dauerhaft effizienten Betrieb modularer Prozessanlagen enthält.Geschäftsmodelle für Industrie 4.0 – Vision und Wirklichkeit
Maschinenhersteller verkaufen keine Maschinen mehr, sondern rechnen Betriebsstunden ab. Dieses und weiter Geschäftsmodelle stehen für die Versinnbildlichung von neuen Denkweisen für deutsche Industrieunternehmen. Doch wie viel wurde in Deutschland bereits realisiert? Die Goldgräberstimmung ist einer realistischen, umsetzungsorientierten Beurteilung gewichen. Was wurde Wirklichkeit und was hat sich nicht bewahrheitet? Auf Basis einer umfangreichen Befragung stellen die Autoren zehn Thesen zur aktuellen Situation und den künftigen Auswirkungen von Industrie 4.0 auf die Geschäftsmodelle von Unternehmen auf und geben Impulse für deren Umsetzung. -
atp magazin 11-12/2020
Bd. 62 Nr. 11-12 (2020)Die Verwaltungsschale (VWS) ist ein zentrales Element von Industrie 4.0 und meint die technische Realisierung des Digital Twins einer Komponente. Sie bildet die Informationsschicht des RAMI 4.0 und soll ein Gerät über die gesamte Lebensdauer begleiten. Insbesondere zum Entwurfszeitpunkt einer Automatisierungsanlage kann die Asset Administration Shell (AAS) außerdem dazu dienen, alle relevanten Daten für das Engineering der Anlage bereitzustellen.
Was sich momentan noch etwas sperrig anhört, könnte der digitalen Transformation der produzierenden Industrie einen unerwarteten Energieschub geben und den Hype um Industrie 4.0 neu aufladen. „Es geht um die optimierte Vernetzung der Prozessschritte, um mehr Gestaltungsmöglichkeiten in Produktion, Produkten und Systemen sowie um Effizienz und Mehrwerte“, wie es Hartmut Rauen, stellvertretender Hauptgeschäftsführer des VDMA im Editorial dieser Ausgabe anführt.
Genau dafür soll auch die Ende September vom ZVEI und VDMA gegründete Industrial Digital Twin Association (IDTA) sorgen, die gemeinsam mit Anwendern und Herstellern die Aktivitäten rund um die Verwaltungsschale koordinieren und als Open-Source-Lösung „Made in Germany“ weiterentwickeln möchte.
Im atp magazin 11-12/2020 zeigen wir, welches (noch) versteckte Potenzial in der Verwaltungsschale steckt, geben einen Überblick über ihre Entwicklungshistorie und machen deutlich, welche Erfolgsaussichten sie hat.Die Interview-Highlights:
"Die Verwaltungsschale lädt Industrie 4.0 neu auf" (Gunther Koschnick)
Mit der Gründung der Industrial Digital Twin Association (IDTA) wollen ZVEI und VDMA gemeinsam mit Anwendern und Herstellern die Aktivitäten rund um die Verwaltungsschale koordinieren und als Open-Source-Lösung weiterentwickeln. Im atp-Interview erklärt Gunther Koschnick, ZVEI-Fachverbandsgeschäftsführer Automation, warum dafür eine eigene Plattform notwendig ist und wieso die Verwaltungsschale den Hype rund um Industrie 4.0 neu befeuert.”Security funktioniert nicht mit Checklisten“ (Max Perner)
Mit dem rasant ansteigenden Vernetzungsgrad moderner Smart Factories öffnen sich für Cyberangreifer immer neue Einfallstore. Warum Security dennoch nicht immer eine Gratwanderung zwischen bestmöglicher Performance und höchster Sicherheit ist, macht Max Perner, Software Developer bei infoteam Software AG, im atp-Interview deutlich.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
An industrial perspective on robot learning
Selbstlernende Roboter sind attraktiv: sie versprechen verkürzte Inbetriebnahmezeiten, einfache Programmierung und hohe Produktivität. Angesichts der vielen zu optimierenden Parameter und Trajektorien scheitern radikale Black-Box-Ansätze. Die Autoren schlagen vor, die Suche nach dem Optimum durch eine Aufteilung in Teilprobleme, die Verwendung von sinnvollen Startbedingungen oder das Imitieren von Lehrern zu erleichtern. Von dort aus kann dann in wenigen Versuchen das Optimum gefunden werden.Eine Online-Plattform für Digitale Zwillinge
Im Maschinen- und Anlagenbau werden zunehmend Simulationsmodelle eingesetzt, die den gesamten Lebenszyklus von Planung, Inbetriebnahme, Betrieb und Service abdecken. Für die Simulationsmodelle – hier Digitaler Zwilling genannt – können von Komponentenherstellern bereitgestellte Teilmodelle verwendet werden. Der Beitrag beschreibt die Online-Plattform TwinStore, die die Verwaltung und Kombination der Teilmodelle in Bibliotheken unterstützt. Daraus können dann die Digitalen Zwillinge erstellt werden.Optimierung in verteilten Produktionssystemen
Wie können wir modular aufgebaute, hochflexible Produktionssysteme optimal steuern? Ganz sicher nicht durch aufwendige Programmierung und Optimierung für jede benötigte Kombination. Eine dezentrale Optimierung mit selbstlernenden Algorithmen klingt verheißungsvoll. Der Beitrag zeigt, dass das sogar mit einer normalen SPS erreicht werden kann. Jeder Aktor bekommt einen Lernagenten. Diese ermitteln mit einem Potentialspiel den besten Weg, um die globale
Zielfunktion zu maximieren. Das Anlagenbeispiel zeigt, dass die SPS damit noch nicht mal ausgelastet ist.Robotergestützte dermatologische In-vivo-Messungen
Hautpflegeprodukte werden zur Qualitätssicherung im Labor auf Unterarmen aufgetragen und durch
Feuchtigkeitsmessungen ausgewertet. Dieser bisher manuelle Prozess soll durch einen kollaborativen
Roboter durchgeführt werden. Dazu muss die Kamera die Lage des Unterarms erfassen, fünf
Messpunkte definieren und diese senkrecht zur Hautoberfläche anfahren. Der Beitrag beschreibt, wie die Körperoberfläche durch ein Bildverarbeitungsmodell rekonstruiert und daraus der Verfahrweg berechnet wird.Geschwindigkeitssprünge an Vorschubachsen
Aus der Grundlagenvorlesung Mechanik: Rasche Änderungen von Geschwindigkeiten erfordern hohe
Kräfte. Bei Werkzeugmaschinen würde das starke und schwere Antriebe erfordern und Schwingungen
mit sich bringen. Der Beitrag schlägt stattdessen einen Impulsaktor vor, der wie ein Hammerschlag
im richtigen Moment starke Impulskräfte erzeugen kann. Mit geeigneten Regelungen lassen sich die
gewünschten „zackigen“ Bahnprofile erreichen. -
atp magazin 10/2020
Bd. 62 Nr. 10 (2020)Für sehr lange Zeit galt die Wartung und Instandhaltung für Anlagen- und Produktionsbetreiber als notwendiges Übel, das zu Gunsten einer qualitativ hochwertigen Fertigung und vor allem eines ausfallsicheren Betriebs eben einfach hinzunehmen war. Diese Zeiten sind nun endgültig vorbei!
Denn spätestens seitdem Digitalisierung und Industrie 4.0 auf den Shop Floors der Anlagenbetreiber Einzug gehalten haben, ist auch die vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) in aller Munde. Schließlich kann nun mit intelligenter Instandhaltung bares Geld verdient werden. So ist es inzwischen auf Basis der Daten von vernetzten Maschinen und Anlagen nicht nur möglich, den aktuellen Zustand der Assets zu bewerten, sondern sogar vorauszusagen, wann Reparaturen notwendig oder Ausfälle zu erwarten sind.
Für die Betreiber entstehen dabei neue Potenziale, um Instandhaltungskosten zu senken und die Maschinen- beziehungsweise Anlagenverfügbarkeit zu verbessern. Dienstleister hingegen können durch die Einführung neuer Servicemodelle ihre Umsätze steigern und die Kundenbindung erhöhen.
Im atp magazin 10/2020 erfahren Sie, was alles mit Predictive Maintenance heute schon möglich ist, welche Potenziale Sie heben können und wie Sie das Level-up zur Instandhaltung 2.0 erfolgreich angehen.
Die Interview-Highlights:
"Digitale Transformation gelingt nicht von selbst" (Albrecht Winter, J.Schmalz Gmbh)
Im Zuge der Digitalisierung müssen sich immer mehr traditionelle Maschinenbauer von Grund auf transformieren, um den sich verändernden Markt- und Kundenanforderungen gerecht zu werden. Im Interview erklärt Albrecht Winter, Leiter Geschäftsfeldentwicklung und Unternehmensstrategie bei der J. Schmalz GmbH, warum es für Mittelständler dafür absolut notwendig ist, ihr Unternehmen als Schmelztiegel vieler verschiedener Technologien zu begreifen."Wir sind Innovationsnetzwerk und Impulsgeber zugleich" (Stefan Bogenrieder, Campus Schwarzwald)
Mit dem Campus Schwarzwald, einem Zentrum für Lehre, Forschung und Technologietransfer, möchte die Region im Südwesten Deutschlands nicht nur die lokale Industrie bei der digitalen Transformation begleiten und unterstützen, sondern auch überregional Nachwuchskräfte in die Technologie-Region locken. Wie das funktioniert erklärt Geschäftsführer Stefan Bogenrieder im atp-Interview.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Intermodulare funktionale Sicherheit für wandelbare Anlagen der Prozessindustrie – Teil 2
Bereits im atp magazin 6-7/2020 veröffentlichten die Autoren um Florian Pelzer und Anselm Klose den ersten Teil des Beitrags zur intermodularen Sicherheit. Darin wurde herausgearbeitet, dass die notwendige Sicherheitstechnik den modularen Prozessanlagen die Flexibilität nimmt und so ihrer Vorteile weitestgehend beraubt. Nachdem die Probleme benannt sind, widmet sich dieser zweite Beitragsteil der Lösungssuche. Dabei werden nicht nur mögliche Varianten erläutert und kritisch diskutiert, sondern auch die prototypische Umsetzung eines neuen functional Safety Orchestration Layers (fSOL) vorgestellt.Modulare Versuchsanlage für ein industrielles DC-Netz
Die Energiewende betrifft bei weitem nicht nur Privathaushalte mit neuen Elektrofahrzeugen in der Garage. Mit nahezu 45 % macht die produzierende Industrie einen Hauptbestandteil des Stromverbrauches in Deutschland aus. In ihrem Beitrag beschreiben die Autoren eine Versuchsanlage für industrielle Gleichspannungsnetze. Damit kann das in Produktionsstätten umgesetzt werden, was in Autos schon lange der Fall ist: Bremsenergie wird zurückgewonnen und gespeichert. Anhand mehrerer Beispiele wird erläutert, welche Komponenten für einen effizienten und energetisch sinnvollen Betrieb von Anlagen und Maschinen notwendig sind und wie ein Gesamtkonzept funktionieren kann.Adaptive AR-Arbeitsplätze
Auch oder insbesondere in Zeiten von Digitalisierung, Robotik und Industrie 4.0 bleibt die manuelle menschliche Tätigkeit eine wertvolle und notwendige Ressource in der Produktionskette. Doch die zunehmende Komplexität der zu montierenden Baugruppen bzw. die Unterschiedlichkeit der Produkte erschweren ein fehlerfreies Arbeiten über Stunden hinweg. Eine Lösung bieten Augmented-Reality-Systeme, die als Kombination von Realität und virtuellen oder lichtbasierten Ergänzungen, wertvolle Hilfestellungen, Anweisungen und Fortschrittsüberwachungen bieten. Die Autoren präsentieren hierzu Beispiele, wie eine solche Technologie auch in KMUs sinnvoll eingesetzt werden kann.Ein Konzept zur Kontextualisierung von Prozessdaten
Durch den stark zunehmenden Einsatz moderner Sensortechnologie, Feldbussysteme und Gateways steigt die Verfügbarkeit von Daten aus dem Feld. Die Fragen, die wir uns dabei stellen müssen lauten: „Was passiert mit den Daten?“, „Wer wertet die Daten aus?“ und „Wie kann das geschehen?“. Bislang bringen Menschen die Daten in einen Zusammenhang zur Anlage. Dass dies bei einer Flut an Daten nicht mehr manuell beherrschbar ist, liegt auf der Hand. Im Beitrag erläutern die Autoren ein graphenbasiertes Modell, mit dessen Hilfe Daten aus einer Prozessanlage in einen Kontext gebracht
werden können. Wenn also ein Ventil öffnet und gleichzeitig ein anderes geschlossen wird, dann hat dies Auswirkungen auf den Füllstand des dazwischenliegenden Behälters.Einsatzpotenziale von PROFIenergy in der Prozessindustrie
Verfahrenstechnische Anlagen zeichnen sich nicht selten durch einen hohen Energieverbrauch aus. Um diesen zu senken bedarf es zunächst an Informationen aus der Anlage, wo sich „Energiefresser“ befinden und welche Möglichkeiten zur Optimierung es gibt. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Einsatz des technischen Energiemanagementsystems PROFIenergy in der Prozessindustrie.
Dabei werden Use-Cases aufgezeigt, bei denen eine Optimierung sinnvoll ist, ebenso werden aber auch die Grenzen des effizienten Einsatzes beleuchtet. Den Abschluss des Beitrags bildet ein Vergleich von technologischen Umsetzungsmöglichkeiten sowie eine Ableitung von daraus resultierenden Handlungsempfehlungen. -
atp magazin 9/2020
Bd. 62 Nr. 9 (2020)Agentenbasierte Systeme sind keine neue Errungenschaft. Schon vor über 20 Jahren wurden sie von der Wissenschaft entwickelt, haben sich seitdem aber in der industriellen Produktion nicht flächendeckend durchsetzen können. Es fehlte lange Zeit an Rechenleistung, dezentraler Hardware und allgemein an Digitalisierungsfortschritt.
Mit der inzwischen rasanten Entwicklung der Künstlichen Intelligenz und all ihrer verschiedenen Ausprägungen werden agentenbasierte Systeme jedoch für die industrielle Praxis immer attraktiver. Dabei fassen sie unter einer Vielzahl verschiedener Namen auf dem Shop Floor Fuß. Von Cloud-Technologie, Edge-Lösungen über Microservice-Architekturen – überall sind Agenten involviert.
Nicht zuletzt deshalb gelten Agentensysteme heute als Schlüssel zu Industrie-4.0-konformen Anwendungen und Prozessen. Die industrielle Fertigung wird dank ihnen nicht nur maximal flexibel, sondern ist zusätzlich resilienter gegenüber unvorhergesehenen Zwischenfällen. „Schlägt also nun die Stunde der Agenten?“ fragt Prof. Dr.-Ing. Alexander Fay im Editorial dieser Ausgabe deshalb zurecht.
Im atp magazin 9/2020 spüren wir die oft im Verborgenen agierenden Agenten auf und zeigen Ihnen, wie viel Potenzial in solchen Systemen schlummert und wie Sie es heben können.
Das Interview-Highlight:
"KI ist letztlich Regelungstechnik auf anderen Domänen" (Martin Ruskowski, DFKI)
In der Vision der autonomen Produktion nimmt Künstliche Intelligenz (KI) eine Schlüsselrolle ein und gilt als fehlender Baustein hin zur Smart Factory. Im atp-Interview erklärt Prof. Dr.-Ing. Martin Ruskowski, wieviel KI in der Produktion der Zukunft steckt und warum große Datenmengen alleine keine resiliente Fertigung garantieren.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Gib den Daten einen Kontext
Daten ohne Zusammenhang sind wertlos. Was nützt ein Temperaturwert zu einem bestimmten Zeitpunkt, wenn man nicht weiß, welcher Produktionsschritt gerade lief? Die Notwendigkeit, den Kontext zu kennen, erstreckt sich über alle Ebenen der Automatisierungspyramide. Der Beitrag erklärt, welche Arten von Kontext es gibt, und zeigt an vier praktischen Beispielen, welche Kontextinformationen zur Lösung der Aufgabenstellungen benötigt werden.Dezentrales Scheduling für dynamische Systeme
Eine typische Aufgabe der Auftragsplanung: Für mehrere Aufträge stehen verschiedene Bearbeitungsmaschinen („Ressourcen“) zur Verfügung darunter auch geteilte Ressourcen, z. B. eine Kranschiene. Wie sieht der optimale Plan aus.? Der Beitrag schlägt vor, für jeden Auftrag und jede Ressource einen Agenten anzulegen. Diese sind mit dem MES und einem Simulationstool verbunden und können den besten Produktionsplan aushandeln.Production Bots für Production Level 4
Dieser Beitrag fasst den Begriff „Produktionsplanung“ noch weiter als der vorhergehende: Angesichts der
Corona- und Nationalismus-Risiken muss eine Produktionsplanung firmenübergreifend möglich sein,
um Flexibilität zu garantieren. Production Bots sind Software-Agenten, die die Fähigkeiten von Produktionskomponenten beschreiben. Diese führen Produktionsaufträge autonom aus. Die Bots werden von der Cloud bis zur Maschine integriert, beispielsweise im GAIA-X-Verbund.Simulationsmodellgenerierung im modularen Maschinen- und Anlagenbau
Wenn einerseits Anlagenmodule per Plug-&-Work kombiniert werden können und andererseits jedes Modul
ein Simulationsmodell mitbringt, ist es anachronistisch, wenn diese Modelle jeweils von Hand zu einer
„Co-Simulation“ zusammenprogrammiert werden müssen. Der Beitrag stellt ein Assistenzsystem vor, das sowohl die Erstellung der Co-Simulation als auch die lebenslange Modellpflege unterstützt. Dabei hilft, dass die Modulmodelle in standardisierter Form als Functional Mock-Up Units (FMUs) zur Verfügung stehen.Absicherung von industriellen Steuerungen gegen fortschrittliche Cyberangriffe
Leider werden Cyberangriffe auch auf industrielle Steuerungssysteme durchgeführt. Im Beitrag werden zunächst verschiedene Modellierungsmethoden für solche Angriffe diskutiert. Beim Consequence-driven Cyber-informed Engineering wird die gravierendste Konsequenz eines Angriffs ermittelt und dann rückwärts überlegt, wie ein solcher Angriff zu verhindern sind. Diese Methode wird anhand der praxisnahen IGR-Demonstrationsanlage in Frankfurt erläutert. -
atp magazin 8/2020
Bd. 62 Nr. 8 (2020)Der Digitale Zwilling als virtuelles Abbild eines Geräts, einer Maschine oder Anlage ist in der Lage, reale Objekte mit simulierten Modellen zu verschmelzen. Dadurch eröffnen sich neue Potenziale für die produzierende Industrie, unabhängig in welchem Prozess der Digital Twin eingesetzt wird.
Als Echtzeitmodell unterstützt er bei der Anlagenüberwachung oder Predictive-Maintenance-Anwendungen, kann aber auch bereits bei der Inbetriebnahme von Assets seine Stärken zeigen. Ohne leistungsfähige Simulationswerkzeuge und Softwareanwendungen könnten wir diese enormen Potenziale jedoch nicht heben. Erst sie befähigen den Digital Twin dazu, aus virtuellen Vorhersagen reale Mehrwerte zu erzeugen.
Nicht zuletzt ist der Digitale Zwilling der Schlüssel zur selbstoptimierenden Produktion und damit zur letzten Ausbaustufe der digitalen Transformation, wie Prof. Dr. Thomas Bauernhansl im Editorial dieser Ausgabe feststellt. Als Enabler für Autonomie hauchen wir unseren Maschinen und Anlagen mit dem Digital Twin also nicht nur Leben ein, sondern ermöglichen autonome Produktionssysteme, die sich selbstständig regeln und
optimieren.In dieser Ausgabe des atp magazins widmen wir uns ausschließlich dem Digitalen Zwilling und zeigen, wie Sie ihn gewinnbringend einsetzen können und wie Software und Simulation sie dabei bestmöglich unterstützen können.
Die Interview-Highlights:
"Europa muss zum Open Source Leader werden" (Mike Milinkovich, Gaël Blondelle, Eclipse Foundation)
In Industrie 4.0 läuft heute fast jeder Prozess software-basiert ab. Dennoch spielt besonders Open Source Software in der Wahrnehmung vieler Verantwortlicher in der produzierenden Industrie noch immer kaum eine Rolle. Im Interview machen Mike Milinkovich, Geschäftsführer der Eclipse Foundation, und Gaël Blondelle, Managing Director der Eclipse Foundation Europe GmbH, deutlich, warum sich das ändern
sollte und wieso Europa zum Open Source Leader werden muss."Ganzheitliche Konzepte statt digitalem Flickenteppich" (Felix Hanisch, Nils Weber, NAMUR)
Mit der Absage der diesjährigen NAMUR-Hauptsitzung aufgrund der Corona-Pandemie ging ein Beben durch die deutsche Prozessindustrie. Warum Covid-19 der NAMUR die Chance gibt, sich digital neu zu erfinden und wie die weitere Roadmap der Interessengemeinschaft aussieht, erklären Dr. Felix Hanisch, NAMUR-Vorstandsvorsitzender, und Nils Weber, NAMUR-Geschäftsführer, im atp-Interview.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Security-by-Design für Industrie 4.0
Der Beitrag schlägt einen modellbasierten Ansatz vor, mit dem das Thema Anlagen-Security bereits in die Planungsphase aktiv integriert wird. Der Leser bekommt detaillierte Beschreibungen von Bedrohungs- und Risikoanalysen sowie Angriffsbäumen, die durch Beispiele veranschaulicht werden.VR-Training im Pharma-Betrieb
Virtual-Reality ist aus der Spielewelt nicht mehr wegzudenken. Der Gamer taucht in realitätsnahe Welten ein und fühlt sich als Teil der Umgebung. Nicht zuletzt seit dem Einzug der Gamification in die Industrie lernen auch Ingenieure das Spiel als Trainings- und Lernmethode kennen. Der Beitrag gibt ein Beispiel für die moderne Nutzung von Virtual-Reality-Brillen bei der Schulung von Mitarbeitern in pharmazeutischen Anlagen. Mittels sogenanntem Deep Training bekommen die Anlagenbediener die Möglichkeit, Fehlerzustände und Notfälle vorab in einer sicheren Umgebung zu erfahren und so die richtigen Schlüsse abzuleiten. Beispiele aus dem Exzellenzzentrum VR der Bayer AG verdeutlichen den Nutzen.Digitale Anlagenmodelle in der Prozessindustrie
Der GMA-Fachausschuss 6.12 veröffentlicht bereits seit mehrehren Jahren sehr erfolgreiche Richtlinien, White
Paper und Statusreports zum durchgängigen und effizienten Anlagenengineering. Nicht zuletzt haben dabei
Themen wie der Digitale Zwilling die Relevanz von Modellen bzw. der Rollen, die damit im Zusammenhang
stehen, erheblich gesteigert. Die Autoren greifen die veröffentlichten Beiträge des GMA FA 6.12 zum
Thema „Durchgängiges und Dynamisches Engineering von Anlagen“ auf und konkretisieren die darin erläuterten Rollen und Anforderungen für die Prozessindustrie. Dabei werden sowohl unterschiedliche Erwartungen, Ziele, Modellinhalte und Aufwände als auch bestehende Realisierungsansätze vorgestellt.AI-Supported Workflows for Chemical Batch Plants
Die zunehmende Komplexität des Engineerings und Betriebs von prozesstechnischen Anlagen erfordert neue Wege der Unterstützung für alle Beteiligten. Die Autoren beschreiben, wie KI-Assistenzfunktionen in industrielle Anwendungen überführt werden können. Dazu gehört beispielsweise ein technisches Vokabular, das die Sprachassistenten beherrschen müssen. Am Beispiel von KI-basierten Fehlerursachenanalysen werden die Vorteile solcher Assistenzfunktionen erläutert.Digital Twins in Practice
Der Digitale Zwilling gilt als Chance, die bestehenden Datensilos zu sprengen und ein durchgängiges
und stets aktuelles digitales Anlagenabbild über den gesamten Lebenszyklus zu erhalten. Dieses Ziel
erfordert jedoch die konsequente Anwendung von Informationsschichten, wie sie die Verwaltungsschale
bietet. Der Beitrag beschreibt Methoden zur Cloud-basierten automatisierten Erstellung und
Pflege von Digitalen Zwillingen. Am Beispiel der ABB AbilityTM Plattform wird gezeigt, welche Architekturelemente dafür notwendig sind und wie diese technologisch am Beispiel von REST-APIs, OPC UA
und RDF umgesetzt werden können. -
atp magazin 6-7/2020
Bd. 62 Nr. 6-7 (2020)Die produzierende Industrie steckt immer mehr Energie und Geld in die digitale Transformation des Shopfloors. Nicht einmal zehn Jahre nach der Definitionslegung für Industrie 4.0 ist eine vollkommen digitalisierte Produktion Realität.
Dennoch ist der Transformationsprozess längst nicht abgeschlossen. Zwar produziert die deutsche Industrie qualitativ hochwertige Güter heute effizienter und nachhaltiger, die dahinterliegenden Businessmodelle wirken allerdings zunehmend antiquiert, wie uns nicht zuletzt die Corona-Pandemie eindrucksvoll zeigt. Und das, obwohl uns On-demand- Fertigung, Subscription-Modelle und KI-gestützte Prozesse in der Consumer Industry inzwischen allgegenwärtig erscheinen. Verschlafen wir unsere digitale Zukunft?
Eine Studie von Accenture aus dem Jahr 2019 bestätigt, dass die Etablierung eines Digitalgeschäfts in der Industrie hinter den selbstgesteckten Erwartungen liegt. Demnach werden vier von fünf Projekten zur Implementierung digitaler Angebote abgebrochen oder aufgrund mangelnden Erfolgs beendet.
Damit Sie, liebe Leserinnen und Leser, früh genug aufwachen, bringt Sie das atp magazin 6-7/2020 auf den aktuellen Stand der Technik des digitalen Business und zeigt Ihnen, wie Sie Ihre Geschäftsmodelle heute schon digitalisieren können.
Die Interview-Highlights:
"Digitale Wertschöpfung entsteht durch Partnerschaft“ (Lilian Matischokk, Kai-Uwe Hess, Fabian Schmidt)
Die Wirkmechanismen von Plattformökonomien scheinen sich aus dem B2C- nicht einfach in den B2B-Bereich übertragen zu lassen. Drei Experten der Plattform Industrie 4.0, Kai-Uwe Hess, Partner Technology, Deloitte Consulting GmbH, Lilian Matischok, Business Chief Digital Office - Industrial Technology, Robert Bosch GmbH und Fabian Schmidt, Senior Manager Public Affairs, Software AG, zeigen im atp-Interview auf, warum sich B2B-Plattformen in der Industrie noch nicht durchgesetzt haben.”IT und OT müssen noch viel voneinander lernen“ (Dr. Sebastian Ritz, Sebastian Seitz)
Ohne eine tiefgreifende Verschmelzung mit der IT kann die digitale Transformation der produzierenden Industrie nicht gelingen und auch datengetriebene Geschäftsmodelle rücken ohne diese Konversion in weite Ferne. Im atp-Interview zeigen Sebastian Seitz, CEO von EPLAN, und Dr. Sebastian Ritz, CEO der German
Edge Cloud, auf, was sich OT und IT gegenseitig beibringen müssen, um Industrie-4.0-Geschäftsmodelle umsetzen zu können.”Unsere Gebäude sind untauglich für die Energiewende“ (Daniel Hager, Klaus Jung)
Für die Energie- und Mobilitätswende sind intelligente und vernetzte Gebäude unverzichtbar. Den technologischen Grundstein dafür soll die Gebäudeautomatisierung legen. Warum das oft Wunschdenken ist, erklären Daniel Hager, Vorsitzender des ZVEI-Fachverbands Elektroinstallationssysteme und CEO der Hager Group, und Klaus Jung, Geschäftsführer ZVEI-Fachverbands Elektroinstallationssysteme, im atp-Interview.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Die Verwaltungsschale –Lösung für das Datenchaos
„Lebenslange Durchgängigkeit von Daten – jetzt erreichbar!“
Das Wort Verwaltungsschale klingt zunächst nach Amtsstuben. Doch dieses Konzept ist dazu geeignet, die Durchgängigkeit für Anlagen- und Prozessdaten zu erreichen, indem die Daten nicht mehr am Ort der Entstehung, sondern Asset-orientiert abgelegt werden. Nach einer verständlichen Einführung werden Grundsätze für die Nutzung und Anforderungen an alle Beteiligten erarbeitet. Ein Blick auf die „Tauchnitz-Torte“ zeigt, dass die Verwaltungsschale jetzt alte Forderungen erfüllen kannOpen automation demonstrator for the chemical industry
„O-PAS, MTP und NOA – wie passt das zusammen?“
Es gibt aktuell drei offene Architekturen für die Prozessautomatisierung. NOA öffnet die Automatisierungspyramide, MTP ermöglicht modulare Automation und O-PAS macht das Automatisierungssystem selbst offen. Der Beitrag stellt die Elemente des O-PAS-Konzepts vor und zeigt an einem Demonstrator, wie sich die drei genannten Ansätze sehr gut ergänzen.Eine systematische Bewertung der Qualität von Simulationsmodellen
„Wann ist eigentlich ein Modell ‚gut‘?“
„Ein gutes Simulationsmodell muss das Verhalten der Komponente so genau wie nötig abbilden“, so könnten
Ingenieurinnen und Ingenieure denken. Doch was nützt das, wenn es zu komplex ist, zu viel Rechenzeit
erfordert und schlecht bedienbar ist? Auf Basis der ISO 25010 Systems and Software Quality Requirements
and Evaluation stellt dieser Beitrag systematisch Kriterien für die Modellqualität zusammen. Durch einheitliche Kriterien bekommt die Fachwelt qualitätsgesicherte Simulationsmodelle.Datenmodelle in Cloud-Plattformen
„Ein eleganter Weg, Daten strukturiert zu erfassen“
Es geht uns Ingenieuren gegen den Strich, alle Daten unstrukturiert in Data Lakes zu schmeißen, um sie
später mühsam auszuwerten. Der Beitrag schlägt stattdessen vor, sie mit Hilfe eines Visual Hiearchy
Modelers gleich in ein Datenmodell zu strukturieren. Vorhandenes Strukturwissen, z. B. aus dem MTP von
Modulen, kann dieses erleichtern und sogar automatisieren. Die Verknüpfung der Daten wird an einem
Beispiel mit MindSphere gezeigt.Intermodulare funktionale Sicherheit für flexible Anlagen
„Sicherheit modularer Anlagen – wie kann’s gehen?“
Toll, wenn wir Anlagen aus Modulen dank MTP einfach so zusammenbauen können. Aber blöd, wenn
wir danach eine Risikobeurteilung machen und ein übergeordnetes Sicherheitssystem programmieren
müssten. Während die Sicherheit der einzelnen Module durch intramodulare Sicherheitsmaßnahmen
gewährleistet werden kann, werden auch übergeordnete – intermodulare – Mechanismen für den
sicheren Betrieb des Gesamtsystems benötigt. -
atp magazin 5/2020
Bd. 62 Nr. 5 (2020)Die mit weiterhin zunehmender Geschwindigkeit voranschreitende digitale Transformation ermöglicht es der diskreten und kontinuierlichen Fertigung, immer neue Optimierungspotenziale zu erschließen. Dennoch werden Produktionsanlagen, egal wie hoch automatisiert sie auch sind, nie aus sich heraus autonom funktionieren, wie Dr. Andreas Helget im Editorial dieser Ausgabe richtig feststellt.
Ohne Künstliche Intelligenz und neuartiger Software werden Algorithmen als Anlagenfahrer allerdings für immer eine Vision bleiben. KI kann allerdings in einigen ausgewählten Use Cases bereits heute ein großer Effizienz- und Produktivitätshebel sein und zeigt gemeinsam mit dem enormen Fortschritt im Bereich des autonomen Fahrens sowie der Robotik eindrucksvoll, dass sich selbst steuernde Produktionen längst keine Science Fiction mehr sind.
Bis sich Maschinen, Anlagen und Roboter allerdings selbst von der steuernden Hand des „Puppenspielers“ Mensch „befreien“, wird es sicherlich noch etwas dauern. Und selbst dann werden weiterhin wir es sein, die diese autonomen Systeme erzeugen und entscheiden, wie sie sich verhalten. Eine Rebellion der Maschinen, wie sie im Kino oft stattfindet, wird ausbleiben.
Das atp magazin 5/2020 bringt Sie auf den aktuellen technologischen Stand autonomer Systeme und wirft einen Blick in die Produktion der Zukunft, in der sie gemeinsam mit dem Menschen die Smart Factory prägen werden.
Die Interview-Highlights:
"Die Automatisierungsbranche ist unverzichtbar" (Dr. Jan Mrosik, ZVEI-FV Automation und Siemens AG)
Die Corona-Pandemie stellt die produzierende Industrie aber auch ganze Wertschöpfungs- und Lieferketten weltweit vor enorme Herausforderungen. Warum die Automatisierungsbranche gerade jetzt zeigt, wie wichtig sie für die gesamte Gesellschaft ist und wieso konsequente Digitalisierung jetzt mehr denn je
Vorteile bringt, erklärt Dr. Jan Mrosik, der neue Vorsitzende des ZVEI-Fachverbands Automation und COO Digital Industries bei Siemens, im atp-Interview.Covid-19, Digitalisierung und die Zukunft der Arbeit (Prof. Dr. Martin Ruskowski, Andreas Huhmann, Klaus Stark, SmartFactory-KL)
Besonders während der aktuellen Corona-Pandemie zeigt sich einmal mehr: Die Digitalisierung wird für Unternehmen zum Rettungsanker. Doch wird durch das Virus die Veränderung unseres Arbeitsalltages beschleunigt? Fest steht: MobilesArbeiten funktioniert nur dann, wenn auch die Produktion digital kommunizieren kann, wie die Vorstände der SmartFactoryKL, Prof. Dr.-Ing. Martin Ruskowski, Klaus
Stark und Andreas Huhmann, im atp-Interview deutlich machen.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Effiziente Entwicklung von Produktionssystemen
Durch seine vielfältige und offene Architektur kann AutomationML in nahezu allen Domänen – egal ob im Anlagen- und Maschinenbau oder auch in der Produktentwicklung eingesetzt werden. In diesem Beitrag widmen sich die Autoren dem Datenaustausch innerhalb einer lange vernachlässigten Werkzeuglandschaft: den mechanischen CAD-Systemen. Auch hier werden Hierarchien in Form von Baugruppen und Einzelbauteilen modelliert, die in AutomationML abgebildet und somit von einem CAD-Werkzeug ins andere übertragen werden können. Als Implementierungsbeispiel wählen die Autoren mit PTC Creo ein sehr prominent vertretenes MCAD-System, sodass der Vergleich mit der industriellen Praxis gegeben ist.Automatische Konfiguration autonomer Robotersysteme
Die Autoren bringen zwei aktuelle Mega-Themen in einem Forschungsprojekt zusammen: Robotik und Künstliche Intelligenz. Dabei wird das sogenannte Reinforcement Learning, das vor allem im Bereich der autonomen Robotik vielversprechende Resultate liefert, auf dessen Anwendbarkeit in der Handhabungstechnik hin überprüft. Neben den Chancen der zunehmenden Automatisierbarkeit von Lernprozessen werden auch die bestehenden Grenzen des Trial-and-Error-Prinzips sowie der Notwendigkeit einer Formalisierung der Aufgabestellung offen diskutiert.Realisierung der NAMUR-Diode mittels Virtualisierung
Die NAMUR Open Architecture gilt als wesentlicher Treiber für M+O-Anwendungen in der Prozessindustrie.
Mithilfe der NAMUR- oder NOA-Diode wird versinnbildlicht, dass der zusätzlich eingeführte Kanal rückwirkungsfrei sein muss und keine äußere Einwirkung auf den Prozess zulassen darf. In diesem Beitrag
schlagen die Autoren eine aus der Netzwerktechnik bekannte Hypervisor-Technologie für die Realisierung
der Diode vor. Dazu wird der PikeOS-Hypervisor für die Implementierung eingesetzt. Der PikeOS-Hypervisor
integriert auch die aktuell weitläufig eingesetzte Docker-Technologie. Als Umsetzungsbeispiel dient
die Kommunikation zwischen einem am Lehrstuhl für Prozessleittechnik der RWTH Aachen entwickelten Leitsystem mit einer Cloud-Plattform.Assistierte Risikobeurteilung für wandlungsfähige Montagesysteme
Plug-and-Produce-Szenarien sind der Traum einer jeden flexiblen Produktion. Leider machen die Notwendigkeiten einer Produktion bezüglich der Sicherheit von Mensch, Maschine und Umwelt, aber auch die hochkomplexen Kombinationsmöglichkeiten, oftmals einen Strich durch die Rechnung. Am Beispiel des Konzeptes „AutoSafety“ stellen die Autoren eine Lösung für ein softwarebasiertes Risikomanagementsystem vor, dass zur Laufzeit sicherheitskritische Daten auswertet und automatisch Risikobeurteilungen generiert. Ein weiterer Baustein in Richtung Plug-and-Produce.Blockchain in Automatisierung und Industrie 4.0
Die Blockchain gilt als Schlüssel für sichere Transaktionen, in denen nachträgliche Änderungen erkannt
und zurückverfolgt werden können. Diese Eigenschaft macht sie auch für das Engineering von Produktionssystemen interessant. Die Autoren erläutern die Anwendung der Blockchain-Technologie u. a. am Beispiel der Auftragsgesteuerten Produktion. So können alle am Produktionsprozess beteiligten Maschinen in einem lückenlosen Register gespeichert sowie die durchlaufenen Fertigungsschritte lückenlos und fälschungssicher nachgewiesen werden. -
atp magazin 4/2020
Bd. 62 Nr. 4 (2020)Wie kaum eine Branche stellt die Konversion von Operational Technology (OT) und Information Technology (IT) die produzierende Industrie vor enorme Herausforderungen. Gepaart mit der zunehmenden Verschmelzung der Safety und Security, die erst durch die Digitalisierung so richtig Fahrt aufgenommen hat, stehen besonders die Prozess- und Verfahrenstechnik sowie die diskrete Fertigung vor auf den ersten Blick unüberwindbaren Hürden.
OT und IT. Shop Floor und Top Floor. Safety und Security. Die Zweiteilung der modernen Produktionswelt lässt sich, wie Dr. Alexander Horch es im Editorial beschreibt, ideal mit Yin und Yang, den beiden einander entgegengesetzten und dennoch aufeinander bezogenen dualen Kräften, beschreiben. Yin und Yang treffen den Kern des Problems, denn sie stellen sowohl Safety und Security als auch OT und IT nicht als unvereinbare Gegensätze, sondern als sich bedingende Strömungen dar. Nur in perfekter Balance ergibt sich ein in sich geschlossener Kreis, in dem beide Kräfte nicht mehr voneinander zu trennen sind.
In der industriellen Praxis hingegen ist davon allem Anschein nach wenig zu erkennen. OT und IT stehen sich vielerorts als konkurrierende Fronten gegenüber und auch in der Safety und Security sind Grabenkämpfe an der Tagesordnung.
Das atp magazin 4/2020 setzt genau an dieser Stelle an und zeigt, wie die Symbiose von Safety und Security, aber auch OT und IT, gelingen kann und wie der Weg der produzierenden Industrie zum Gleichgewicht zwischen Yin und Yang aussieht.Das Interview-Highlight:
"Wir müssen doppelt so schnell werden" (Prof. Dr.-Ing. Joachim Birk, Dr. Thomas Hauff, BASF)
Mit dem Module Type Package (MTP) und der NAMUR Open Architecture (NOA) drängen zwei Technologien in die Prozess- und Verfahrenstechnik, die für die Branche tiefgreifende Veränderungen versprechen. Wie sich die Anwender von Automatisierungstechnik jetzt vorbereiten müssen, erklären Dr.-Ing. Thomas Hauff,
Principal Expert Automation Systems bei der BASF, und Prof. Dr.-Ing. Joachim Birk, Vice President, Executive Expert of Automation Technology bei BASF, im atp- Interview, das aufgrund der Corona-Pandemie nur telefonisch stattfinden konnte.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Bestandsanlagen in der smarten Produktion
Ohne Einbindung von Bestandsanlagen wird Industrie 4.0 in Deutschland nicht fliegen. An einem konkreten Beispiel, einer Tauchlackierung, beschreiben die Autoren praxisnah die nötigen Schritte: Einbringung zusätzlicher Sensorik, Messwerterfassung über HMI, Vernetzung und Nutzung des Bedienerwissens. Zu guter Letzt werden die erzielten Erfolge für die Anlage beschrieben.OPC UA Server Aggregation
Um mit allen Modulen einer Anlage in OPC UA kommunizieren zu können, empfiehlt sich der Einsatz eines Aggregating Servers. Hier können die Daten aller Module, egal ob über
OPC UA oder OPC DA angeschlossen, gesammelt werden. Verschiedene Namensräume können zusammengeführt werden und eine dezentrale Datenverarbeitung kann erfolgen.DIN SPEC 92000 als Enabler für Plug-and-Produce
Plug-and-Produce von Feldgeräten funktioniert nur, wenn die Anforderungen an eine PLT-Stelle („Rolle“)
automatisch mit den Möglichkeiten und Parametern des Geräts abgeglichen werden können. Dies erfordert
eine gemeinsame Sprache für alle Eigenschaften. DIN SPEC 92000 definiert diese Sprache sowie Informationsmodelle und Dienste.Safety-Analyse für Securitygeschützte Kommunikation
Funktionale Sicherheit erfordert fehlersichere Kommunikation und überwacht auf Datenintegrität, Authentizität und Rechtzeitigkeit. Sie bietet aber keinen Schutz vor gezielten Angriffen. Dieser kann durch z. B. durch zusätzliche Verschlüsselung und Prüfsummen erreicht werden. Der Beitrag untersucht, wie sich diese Ergänzungen auf die Sicherheitskenngrößen auswirken und wie diese Effekte minimiert werden können. -
atp magazin 3/2020
Bd. 62 Nr. 3 (2020)Schon seit 2006 treiben verschiedene User Groups, Konsortien, Gremien und Arbeitskreise die Entwicklung der OPC Unified Architecture, kurz OPC UA, maßgeblich voran. Bereits im Februar vor 14 Jahren wurde die erste Version verabschiedet, 2009 schließlich überarbeitete Versionen der Teile 1 bis 5 und 8 sowie die ersten Iterationen der Teile 6 und 7 veröffentlicht.
Inzwischen hat der plattformunabhängige Standard für den Datenaustausch seinen Aufstieg zur Weltsprache der Produktion abgeschlossen und sich rund um den Globus etabliert. Insbesondere die Fähigkeit, Maschinendaten nicht nur zu transportieren, sondern auch maschinenlesbar semantisch zu beschreiben, macht OPC UA in modernen Automatisierungsarchitekturen schlicht unabdingbar.
Nun gilt es, die Weltsprache der Produktion auch wirklich zu sprechen und in einem breiten Rollout in die Anwendung zu bringen. Dafür ist es jetzt notwendig, die bislang weitestgehend solitären Initiativen und Forschungsprojekte zu bündeln und die Kräfte zu kanalisieren. Noch ist unklar, wie schnell und ob das überhaupt gelingt. Fest steht allerdings, dass die oftmals parallel stattfindenden Entwicklungen verschiedener Player nicht zielführend sind. Brauchen wir also wirklich eine Art United Nations of Automation, in der alle Mitglieder einheitlichen rechtlichen Regelungen zustimmen, aber weiterhin jedes Mitglied autark agiert?
Während sich nun die Experten beraten bringt Sie die vorliegende Ausgabe des atp magazins in der Zwischenzeit auf den aktuellen Stand der Technik und stellt Ihnen die Entwicklungen in der Zertifizierung, der Informationsmodellierung sowie in der Safety-&-Security von OPC UA umfassend vor.
Die Interview-Highlights:
Dipl.-Ing. Ulrich Hempen: ”MTP ist die Basis der synaptischen Automation“
Auf der vergangenen NAMUR-Hauptsitzung stand das Module Type Package (MTP) etwas im Schatten der NAMUR Open Architecture (NOA). Zu Unrecht, wenn es nach Dipl.-Ing. Ulrich Hempen, Leiter Industry und Key Account Management bei WAGO, geht. Warum die Methodik zur modularen Automation mittels MTP fünf Jahre nach der ersten Vorstellung jetzt wieder in den Mittelpunkt gerückt werden muss, erklärt
er im atp-Interview.Hartmut Manske: ”Die Vision der Predictive Quality wird Realität“
Die Prozess- und Verfahrenstechnik steht vor tiefgreifenden Veränderungen, schließlich stehen mit dem Module Type Package (MTP) und der NAMUR Open Architecture (NOA) zwei Technologien bereit, die die Branche in ihren Grundfesten erschüttern. Warum das Zukunftsbild der Prozessindustrie allerdings ohne 5G,
autonome Systeme und KI nicht vollständig ist, erklärt Dipl.-Ing. Hartmut Manske, Head of Automation & Robotics bei Merck, im atp-Interview.Die begutachteten Hauptbeiträge:
Informationsmodellierung mit OPC Unified Architecture
OPC UA gilt als der Kommunikationsstandard, wenn es um Industrie 4.0 bzw. den Transport von Sensordaten aus dem Feld in übergeordnete Ebenen, wie bspw. die Cloud, geht. Aktuell diskutierte Technologien wie NOA oder MTP bauen auf OPC UA auf. Doch neben dem eigentlichen Transport von Daten bietet OPC UA einen weiteren Vorteil, der eine wesentliche Abgrenzung zu Standards wie z. B. MQTT erlaubt: die Strukturierung von Daten und damit die Bildung und Übertragung von Informationen. Der Beitrag beschreibt sinnvolle Beispiele für die Informationsmodellierung mit OPC UA und stellt gleichzeitig Werkzeuge vor, mit denen dies bereits heute effizient gelingen kann.
Zertifizierung bei OPC-Technologien
Gerade bei einem derart weitläufig eingesetzten Kommunikations- und Modellierungsinstrument wie OPC UA ist die Sicherstellung von einheitlichen und herstellerunabhängigen Qualitätsstandards unabdingbar. Zur Sicherstellung der Interoperabilität der Produkte betreibt die OPC Foundation ein eigenständiges Zertifizierungsprogramm. Durch Tests in den Bereichen Compliance, Interoperabilität, Robustness, Efficiency und Usability wird eine hohe Qualität der zertifizierten Produkte in akkreditierten Test Labs sichergestellt. Der Beitrag beschreibt die Hintergründe, Kriterien sowie den Prozess zur Zertifizierung, den alle eingereichten OPC-UA-Produkte durchlaufen. Im Besonderen werden die herstellerspezifischen Companion Specifications und deren zum Teil fehlerhafte OPC-UA-Implementierungen aufgegriffen.Funktional sichere Kommunikation mit OPC UA Part 15: Safety
Die Modularisierung schreitet mit dem MTP in großen Schritten voran. Dabei werden bislang vor allem der
Normalbetrieb bzw. die Orchestrierung der Module betrachtet. Die ebenfalls notwendigen Safety-Applikationen geraten nun in den Fokus der Entwicklung. Der Beitrag beschreibt die Möglichkeit der Nutzung von OPC UA als Safety-Protokoll für die funktional sichere Kommunikation über Modulgrenzen hinweg. Dabei
erläutern die Autoren die Architektur in Kombination mit den notwendigen Schnittstellen. Zuletzt werden
die möglichen Kommunikationsfehler beschrieben und die Restfehlerwahrscheinlichkeit rechnerisch erläutert.OPC UA: Kommunikation und Security
In der Automatisierung geht es nicht mehr nur darum, mit Kommunikationstechnologie einen sicheren Anlagenbetrieb zu gewährleisten, sondern auch darum, den Kommunikationskanal selbst zu schützen. In Bezug auf OPC UA muss dabei beides, sowohl die verbindungslose (Publisher-Subscriber) als auch die verbindungsorientierte (Client-Server) Kommunikation betrachtet werden. Der Beitrag zeigt, weshalb die bei Security oftmals schnell eingebrachten TLS-Lösungen und X.509-Zertifikate allein nicht ausreichend sind. Darüber hinaus werden Betriebsszenarien erläutert, bei denen die IT-Sicherheit mit einfachen
Maßnahmen gewährleistet werden kann. Zu guter Letzt wird die unternehmensübergreifende OPC-UA-Kommunikation diskutiert, bei der sich nach wie vor Hürden ergeben.OPC UA von der Cloud bis ins Feld
OPC UA findet zunehmend seinen Einzug von der
Cloud bis ins Feld. Devices sind nicht mehr nur Informationsgeber oder -nehmer der damit verbundenen
Steuerung, sondern eigenständig kommunizierende Netzwerkteilnehmer. Egal ob Edge-, Cloud- oder Hybridarchitektur, OPC UA sorgt dabei für die notwendige Flexibilität. Die Autoren beschreiben, weshalb
OPC UA in der industriellen Realität noch nicht so weit ist, in allen Ebenen eingesetzt zu werden und nennen
die technischen Hürden. Dabei werden neueste Erkenntnisse aus dem Projekt fast semantics erläutert,
in dem OPC UA Server in kleinster Bauform und mit minimalem Energiebedarf realisiert werden. -
atp magazin 1-2/2020
Bd. 62 Nr. 1-2 (2020)Die vergangene NAMUR-Hauptsitzung hat deutlich gezeigt, was hinter vorgehaltener Hand schon seit einiger Zeit prognostiziert worden ist: Die Automatisierungspyramide bleibt zwar noch unangetastet, aber die Prozessindustrie ist auf dem besten Weg, sie zu aktualisieren. Das Mittel dafür, so viel wurde im November in Bad Neuenahr klar, ist hochvernetzte und gekapselte Dezentrale Intelligenz im Feld.
Mit der NAMUR Open Architecture (NOA), dem Module Type Package (MTP) und der Verwaltungsschale stehen die Protagonisten für den Umbau der Automatisierungspyramide auch schon für den Praxiseinsatz bereit. Kaum eine Vortragsfolie auf der NAMUR-Hauptsitzung kam ohne ein Dreieck (NOA), Kreis (NOA) oder den RAMI-4.0-Würfel aus.
Doch welche Kombination dieser Technologien ist die richtige, um den Jackpot der digitalen Transformation
zu gewinnen? Noch streiten sich die Experten, wie Dreieck, Kreis und Würfel kombiniert und orchestriert werden müssen, um die Prozess- und Verfahrenstechnik in die digitale Welt zu überführen. Der Jackpot 4.0 wurde noch nicht geknackt.Das atp magazin 1-2/2020 bietet Ihnen zwar keine Musterlösung, dafür aber hochqualitatives Grundwissen und einen umfassenden Überblick. Die Walzen drehen sich noch, so viel steht fest. Wie hoch ist Ihr Einsatz?
Die Interview-Highlights:
"Wir kommen von der Pyramide zum Netzwerk" (Roland Bent, Phoenix Contact)
Die Verschmelzung von OT und IT war das beherrschende Thema der NAMUR-Hauptsitzung 2019 und stand auch im Sponsorvortrag von Phoenix Contact im Fokus. Mit der Enhanced Connectivity präsentierte das Unternehmen aus Ostwestfalen-Lippe eine Ausgestaltung der NOA-Architektur, die genau dieses Versprechen einlösen soll. Im atp-Interview offenbart Roland Bent, Chief Technology Officer von Phoenix Contact, was hinter dem Konzept steckt und welche Auswirkungen es auf die Automatisierungspyramide hat."Wir stehen immer noch vor dem Henne-Ei-Problem" (Dr. Andreas Schüller, Yncoris GmbH)
Auf der NAMUR-Hauptsitzung 2019 las Dr.-Ing. Andreas Schüller, Fachplaner Automatisierungstechnik bei Yncoris, der versammelten Elite der Prozessindustrie in seinem Plenarvortrag „Digitalisierung in der Prozessindustrie – Warum bekommen wir sie nicht zum Fliegen?“ die Leviten. Was jetzt zu tun ist, damit die digitale Transformation der Verfahrenstechnik dennoch abhebt, offenbart Dr. Schüller im Gespräch mit Dr. Thomas Tauchnitz, Chefredakteur Industry des atp magazins."Die Sensorik muss in die Planung integriert werden" (Verena Graf, NCTE AG)
Sensoren sind die Sinnesorgane von Industrieanlagen und erzeugen die Datenbasis, ohne die moderne Analysemethoden, ob in der Cloud oder vor Ort auf dem Shopfloor, weitestgehend nutzlos wären. Dennoch wird den Augen, Ohren und Händen der Anlagen noch nicht genug Bedeutung beigemessen, wie Verena Graf, Vorstand des Sensorikspezialisten NCTE AG, im Interview deutlich macht.Die peer-reviewten Hauptbeiträge:
Verwaltungsschalen als Wegbereiter für das Pumpen-Monitoring
Wer wie die BASF hunderte oder tausende von Pumpen überwachen will, braucht deren Daten. Da hilft es, alle mit einer durchgängigen Struktur für Daten und Funktionen zu beschreiben. Für das Monitoring von Pumpen hat ein VDMA-Arbeitskreis ein Teilmodell der Verwaltungsschale definiert. Die Funktion wurde auf der NAMUR-Hauptsitzung an acht Pumpen demonstriert.Impulse zur Nutzung smarter Sensoren und Aktoren
Klar, Sensoren sind „nur“ Feldgeräte. Aber da sie immer intelligenter werden, können sie mehr: über einen zweiten NOA-Datenkanal mit der Monitoring- und Optimierungs-Domäne sprechen, ihren Kalibrierungszustand überwachen, lokale Regelungen durchführen. Dieser Artikel führt Sie über die heutigen Grenzen hinaus.Autonome Anlagen und Remote Operation
Remote Operation ist mehr als nur Messwarten zusammenlegen – und sie funktioniert nur bei hoch automatisierten, zumindest teilweise autonomen Anlagen. Voraussetzung ist auch, den zweiten NOA-Datenkanal zu nutzen, um mehr Anlagendaten zu haben als das PLS. Zunächst stellt der Beitrag verschiedene Modelle zur Klassifikation zusammen. Anschließend werden Betreibererfahrungen wiedergegeben.NAMUR-MTP für Plug-&-Operate in produktionsnaher Logistik
Das MTP (Module Type Package) wurde für modulare Prozessanlagen entwickelt. Logistik hatte damals niemand im Blick. Doch der Logistik-Arbeitskreis der NAMUR berichtet in seinem Beitrag an Praxisbeispielen, dass das MTPKonzept hier perfekt passt und ein Zusammenstecken der Logistikketten ermöglicht. Außerdem weist er auf notwendige Ergänzungen hin.Skalierbare Smart-Kameras für die Inline-Inspektion
Was tun, wenn die Optik einer Kamera noch gut ist, die „Intelligenz“ der Kameraelektronik aber nicht mehr reicht? Der Beitrag schlägt vor, die Kamera dann mit der Cloud zu verbinden zur einer „cloudbasierten Smart-Kamera“. Eine solche hybride Systemarchitektur könnte auch für andere Geräte sinnvoll sein. -
atp magazin 11-12/2019
Bd. 61 Nr. 11-12 (2019)Die Industrie nimmt Abschied vom physischen Typenschild und gedruckten Handbüchern. Zumindest wenn es nach dem Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. V. (ZVEI) geht, der mit dem Projekt „Digitales Typenschild“ nicht nur ein Zeichen für mehr Klimaschutz setzen möchte, sondern gleichzeitig auch die Basis für die erfolgreiche Digitalisierung Europas legen möchte.
In Zukunft sollen alle Informationen über ein Gerät digital hinterlegt werden, auf die über einen QR-Code auf dem Gerät, der das physische Typenschild ersetzt, zugegriffen werden kann. Die Vorteile liegen auf der Hand: zum einen sparen sich die Komponenten-Hersteller die Druckkosten für die Handbücher, zum anderen können die Informationen in der digitalen Datenbank ständig aktuell gehalten werden.
Der Enabler für das digitale Typenschild ist die Verwaltungsschale, die vom ZVEI bereits vor drei Jahren vorgestellt worden ist und als digitale Repräsentation eines Assets verstanden wird. Sie ist das universelle Element, das ganz in der Tradition des Referenzarchitekturmodells Industrie 4.0 (RAMI 4.0) der Plattform Industrie 4.0 steht.
Wie genau die Umsetzung des digitalen Typenschilds mit der Verwaltungsschale realisiert wird und wie sich diese Entwicklung in das Leitbild 2030 der Plattform Industrie 4.0 einreiht, erfahren Sie in unserer exklusiven SPS-Ausgabe des atp magazins.
Die Interview-Highlights:
"Das digitale Typenschild ist der Eisbrecher"
Gedruckte Handbücher und aufgeklebte Typenschilder sind auch in Zeiten von Industrie 4.0 immer noch Alltag. Mit dem Projekt „Digitales Typenschild“ will der ZVEI nicht nur die Weichen für mehr Klimaschutz stellen, sondern nebenbei die Basis für die Digitalisierung Europas legen. Wie genau die aussehen wird, verraten Prof. Dr.-Ing. Alexander Fay, Helmut-Schmidt-Universität Hamburg, Gunther Koschnick, ZVEI-Geschäftsführer Automation, und Prof. Dr.-Ing. Dieter Wegener, Sprecher des ZVEI-Führungskreises Industrie 4.0, im atp-Interview.
„Die Basis für die Virtuelle Inbetriebnahme ist gelegt“
Mit der Virtuellen Inbetriebnahme können Automatisierungsprojekte sehr viel schneller umgesetzt werden, als es mit herkömmlichen Methoden möglich ist. Wie Sie die Technologie gewinnbringend einsetzen, erklären Dr. Christian Daniel, Business Manager Simulation Technology, und Christian Scheifele, Leiter F&E Simulationstechnik, von der ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH, im atp-Interview.„Am Edge Computing führt kein Weg vorbei“
Mit IO-Link existiert seit inzwischen fast zehn Jahren ein technisch ausgereifter Standard, der die enorme Datenflut der Feldebene für datenbasierte Services verfügbar macht und die Geräteintegration vereinfacht. Um das volle Potenzial der Technologie aber endlich heben zu können, ist Edge Computing absolut notwendig, wie Dr. Myriam Jahn, CEO der Q-loud GmbH, im atp-Interview erklärt.Die begutachteten Hauptbeiträge:
Integriertes Anlagenengineering zur Erhöhung der Energieeffizienz
Im Rahmen des kooperativen Forschungsprojektes „IAE4“ untersucht die HS Hannover gemeinsam mit Wago, ABB und der HSU Hamburg, wie sich der Engineering-Aufwand von technischen Energiemanagementsystemen reduzieren lässt. Hierzu wurde ein Software-Werkzeug entwickelt, das die benötigten Steuerungsprogramme automatisch aus Engineering-Daten und Gerätebeschreibungsdateien generiert. Dieser Beitrag stellt die Ergebnisse des Projektes vor. Die Basis hierfür bilden u. a. das PROFIenergy-Energieprofil und dessen Kommandos.Ein neues Verfahren zur Modellierung linearer Systeme
Gerade in Zeiten von Digitalisierung, Industrie 4.0, Cloud und Edge-Devices, spielen klassische Domänen, wie beispielsweise die Regelungstechnik, eine weniger prominente Rolle in der öffentlichen Wahrnehmung. Doch wie bei der Automatisierungstechnik häufig vorkommend, handelt es sich um eine „hidden Technology“, deren stetige Weiterentwicklung die Basis für viele höherwertige Funktionen bildet. Der Beitrag behandelt die Modellierung nicht-linearer Systeme und legt dabei die notwenigen Grundlagen aus dem Bachelor-Studium. Hierzu gehören u. a. das Lösen linearer DGLs mit konstanten Koeffizienten, die Laplace-Transformation oder die Methode der kleinsten Quadrate. Darauf aufbauend beschreibt der Autor eine neue Methode zur simulationsgestützen Modellierung für den Einsatz in der Lehre anhand eines RC-Netzwerks.Das vereinheitlichte digitale Typenschild
Von der kleinsten Sicherung bis zur kompletten Produktionsanlage sind papierbasierte Dokumentationen,
Zertifikate, Label, Sicherheitsanweisungen oder Kontakt- und Serviceformulare nach wie vor notwendig.
Das vom ZVEI initiierte Projekt „Digitales Typenschild“ hat sich zur Aufgabe gesetzt, die Papierberge durch
eine digitale Repräsentanz zu ersetzen. Mithilfe der Verwaltungsschale sollen alle notwendigen Informationen modelliert und zur Verfügung gestellt werden. Das Vorhaben wird im Beitrag systematisch in Bezug auf seine Machbarkeit, Herausforderungen und Anwendbarkeit in der Praxis hin untersucht.Hochflexible Produktion mit agentenbasierter Steuerung
Die Forderung nach individuell auf die Kundenbedürfnisse abgestimmten Lösungen zwingt Hersteller zur Flexibilisierung. Dies betrifft sowohl die Produktentwicklung, die sich mit einer stetig wachsenden Variantenvielfalt konfrontiert sieht, als auch die Produktionstechnik. Um dies realisieren zu können, muss die Produktion neu gedacht werden. Die Autoren beschreiben hierzu eine bei der Sick AG geplante und umgesetzte Produktionsanlage, die vollständig modularisiert ist und mit einem Agentensystem verwaltet wird.Harte Echtzeit für weiche Materialien
Weiche oder biegeschlaffe Materialien und Objekte stellen nach wie vor eine Herausforderung für die robotergestützte Handhabung dar. Die Berechnung der notwendigen Greifkraft, Greifposition und Roboterbahn stellt hohe Anforderungen an die Mathematik. Die Autoren stellen hierzu ein Framework vor, das die echtzeitfähige Simulation des Roboters, inklusive der Handhabung von sogenannten linear deformierbaren Objekten, erlaubt. -
atp magazin
Bd. 61 Nr. 10 (2019)Erst mit der NAMUR Open Architecture (NOA) wird der enorme Datenschatz der intelligenten Feldgeräte für die Prozessindustrie zugänglich. Durch den in der Technologie eingebetteten Second Data Channel können die Informationen rückwirkungsfrei und unabhängig vom Anlagennetz ausgelesen und Industrie-4.0-konforme Services und Konzepte endlich realisiert werden.
Die Prozessindustrie ist im Aufbruch begriffen und löst sich immer mehr von der seit vielen Jahrzehnten bestehenden Automatisierungspyramide. Die starre Hierarchie auf dem Shopfloor wird zu einer offenen Architektur, in der alle Assets miteinander kommunizieren und Daten austauschen können. Die Basis dafür bilden immer intelligentere Feldgeräte, die dank dezentral verteilter Intelligenz zu Konkurrenten bestehender Leitsystemtechnik werden, sowie neue Connectivity-Lösungen, die Informationen herstellerübergreifend und semantisch einheitlich zur Verfügung stellen.
Die NAMUR-Hauptsitzung 2019 und die Ausgabe 10/2019 des atp magazins setzen genau hier an und zeigen unter dem Motto „Enhanced Connectivity for Smart Production“, wie weit diese Entwicklung bereits vorangeschritten ist und welche Hürden die Branche noch nehmen muss.
Die Interview-Highlights:
Dr. Attila Bilgic und Dr. Thomas Steckenreiter: "Es gibt keine Tabus mehr"
Die Verschmelzung von Aktorik und Sensorik ist das erklärte Ziel von FOCUS-ON, dem neuen Joint Venture von KROHNE und SAMSON, das mit dem intelligenten Prozessknoten sein erstes Produkt vorgestellt hat. Warum es dabei um viel mehr als nur die Verbindung zweier Feldgerättypen geht, erklären Dr. Attila Bilgic, CTO der KROHNE Gruppe, und Dr. Thomas Steckenreiter, CTO der SAMSON AG, im exklusiven atp-Interview.
Dr. habil. Michael Maiwald: Wir dürfen uns nicht zu sicher werden"
Die Erwartungen der Prozessindustrie an die NAMUR Open Architecture sind groß, schließlich soll das Konzept der Garant für die digitale Transformation der Branche sein. Im atp-Interview warnt Dr. Michael Maiwald, Fachbereichsleiter „Prozessanalytik“ an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), allerdings davor, in NOA das Allheilmittel zu sehen.
Dr. Martin Augustin und Konstantin Selnack: "Der Erfolg von NOA hängt am Datenmodell"
Weil sie den rückwirkungsfreien zweiten Datenkanal im Gepäck hat, ist die NAMUR Open Architecture der große Hoffnungsträger der Prozessindustrie. Im atp-Interview geben Dr. Martin Augustin, Platforms & Digitalization Process Instrumentation bei Siemens, und Konstantin Selnack, Product Management Connectivity bei Siemens, Auskunft, wie es um die Marktreife von NOA steht und welche Hürden noch genommen werden müssen, um NOA endgültig zum Durchbruch zu verhelfen.
Die begutachteten Hauptbeiträge
Neue Automatisierungsarchitektur für die Prozessindustrie
Prozessleitsysteme sollen offen und interoperabel sein, weitgehend auf Standards aufsetzen und die IT-Sicherheit gewährleisten. Das Open Process Automation™ Forum will diesen Anspruch umsetzen. Der erste Beitrag stellt die Kernelemente der geplanten Architektur dar, berichtet über den aktuellen Stand und weitere Schritte und setzt diese Initiative in Beziehung mit den NAMUR-ZVEI-Projekten NOA und MTP.Neues NAMUR-Arbeitsblatt 035 legt Fokus auf gesamten Lifecycle
Nach mehr als 20 Jahren hat die NAMUR das Arbeitsblatt „PLT-Planung und -Abwicklung in der Prozessindustrie“ grundlegend überarbeitet. Neue Aspekte wie moderne CAE-Systeme wurden aufgenommen, Chancen zur Parallelisierung von Tätigkeiten werden aufgezeigt und mögliche Abwicklungskonzepte mit Kontraktoren diskutiert. Eine konsequente Nutzung des NA 35 würde viele finanzielle und terminliche Misserfolge in Projekten verhindern!First Module Type Package implementation in an industrial environment
Das seit 2014 entwickelte Konzept der modularen Automatisierung mit Module Type Packages (MTPs) ermöglicht die systemneutrale Übertragung von HMI-Systemen und Diagnose-Informationen. Entsprechende VDI/VDE-NAMUR-Richtlinien wurden veröffentlicht. Der Beitrag berichtet von einer ersten industriellen Anwendung zur Integration einer Package Unit. Sehr konkret werden die technische Implementierung und die Projekterfahrung beschrieben und Erweiterungswünsche genannt.Software-Komponenten für intelligente Prozessknoten
Viele Ingenieure wissen, dass moderne Feldgeräte „Embedded Systems“ enthalten. Dieser Beitrag stellt anhand eines neuen Prozessknotens verständlich dar, aus welchen Softwarekomponenten ein Embedded System aufgebaut ist, z. B. aus Betriebssystem, Containern, Orchestrierung und Build Tools. Auch die Bausteine zur Kommunikation werden genannt. Die Autoren empfehlen den durchgängigen Einsatz von Open Source Software.Mit nicht-invasiven Prüfungen Anlagenstillstände vermeiden
Die Wiederholungsprüfung von PLT-Sicherheitseinrichtungen ist aufwendig und erfordert Stillstände. Der Beitrag stellt ein Konzept vor, mit dem die Zuverlässigkeit von Sicherheitseinrichtungen mit Hilfe von Petri-Netzen ermittelt werden kann. Dies ermöglicht eine „nicht-invasive“ Prüfung der Einrichtungen und stellt Wissen bereit, mit dem Fehler weiter reduziert und damit die Anlagenverfügbarkeit gesteigert werden kann. -
atp magazin
Bd. 61 Nr. 9 (2019)Die digitale Transformation der produzierenden Industrie geht mit tiefgreifenden Veränderungen einher. Neue Technologien und Konzepte wie die NAMUR Open Architecture, das Module Type Package, aber auch der Advanced Physical Layer oder OPC UA greifen tief in die DNA der Prozessund Verfahrensindustrie ein und bilden ein neues Fundament für die Smart Plants der Zukunft.
Der Beginn dieses „Digital Engineering“ der Prozessindustrie ist auf dem Shopfloor schon heute zu spüren. Bereits einfache Feldgeräte sind dank implementierter Intelligenz in der Lage zu kommunizieren und Aufgaben autonom zu bewältigen. Das weltumspannende Internet of Things (IoT) schließt damit auch die maßgeblichen Datenaggregatoren für Industrie-4.0-konforme Services ein.
Im atp magazin 9/2019 erfahren Sie, wie weit die Entwicklungen der smarten Sensoren und Aktoren bereits fortgeschritten ist und wie Sie die Devices durchgängig mit dem IoT vernetzen.
Die Interview-Highlights:
Michael Pelz: "Wir dürfen nicht vergessen, wer die Anlagen im Feld pflegt"
Die NAMUR treibt mit dem Module Type Package und der NAMUR Open Architecture die wohl wichtigsten Technologien für die Digitalisierung der Prozessindustrie voran, steckt aber gleichzeitig ebenfalls mitten in der Transformation. Im atp- Interview verrät der stellvertretende NAMUR-Vorsitzende Michael Pelz, dass auch für die Interessengemeinschaft ein Umdenken notwendig ist, um für die Zukunft gut aufgestellt zu sein.
Dr. Jan-Henning Fabian und Dr. Marco Ulrich: "Immer einen Schritt voraus"
Die immer kürzeren Innovationszyklen der digitalen Transformation lassen beständig neue Technologien entstehen, die versprechen, der entscheidende Game Changer zu sein. Um dieser Innovationsflut Herr zu werden, kommt dem ABB Forschungszentrum Deutschland in Ladenburg eine entscheidende Rolle zu, wie Dr. Jan-Henning Fabian, Leiter des deutschen Forschungszentrums, und Dr. Marco Ulrich, Abteilungsleiter Software Technologies, im atp-Interview deutlich machen.
Die Hauptbeiträge zu den Themen: Engineering, Fähigkeitsmodell, Rekonfiguration, AutomationML, Remote Automation, Semantik, Autonomes Fahren, KI
Der erste Beitrag zeigt am Beispiel der Systeme Eclipse 4diac und ACPLT/RTE, wie die Interaktion zwischen unterschiedlichen Systemen funktionieren kann. Die auf den grafischen Sprachen der IEC 61131 und IEC 61499 sowie der NE 160 aufsetzende Basis bildet ein Metamodell (Prozedur-, Zustands- und Ausführungsmodell) zur Beschreibung von Softwareapplikationen, das die domänenspezifische Implementierung abstrahiert.
Der zweite Beitrag beschreibt die Konzeption und prototypische Implementierung von sogenannten Fähigkeitsmodellen. Diese, für die jeweilige Produktionsressource entwickelten Modelle, lassen eine Prüfung der Herstellbarkeit zu und ermöglichen die Generierung von dazu passenden Konfigurationen. Der auf AutomationML basierende Prototyp wird im Beitrag anhand eines automatisierten Nietsystems bei Airbus vorgestellt.
Die Notwendigkeit IT-Security bei der Entwicklung und dem Betrieb von Automatisierungslösungen (Operational Technology, OT) einzubeziehen, ist nicht zuletzt seit den öffentlich gewordenen Angriffen wie Stuxnet bekannt. Doch nicht nur Steuerungssysteme, sondern zunehmend auch Sensoren und IoT-Devices kommunizieren direkt mit der Cloud. Hierfür werden Verschlüsselungen und Anmeldungen notwendig, für die unterschiedliche Techniken existieren. Der Beitrag diskutiert die hierfür bestehende Technologien TLS (Transport Layer Security) und PKI (Public Key Infrastructure) und führt diese in dem Ansatz der Symbiotic Security zusammen.
Der vierte Beitrag beschreibt einen didaktischen Ansatz, um Maschinelles Lernen für autonome Fahrsysteme mit künstlichen neuronalen Netzen zu realisieren. Nach der Anlernphase wird ebenfalls die Optimierung der sogenannten Hyperparameter des Netzes vorgestellt. Die Autoren benennen dabei sowohl die Chancen, aber auch die Herausforderungen in Bezug auf den Einsatz in der Automatisierungstechnik.
Sprachassistenten wie Alexa, Google, Siri oder Cortana erleichtern Millionen von Menschen das alltägliche Leben. Was sich so einfach anfühlt, ist in Bezug auf die Bedeutung von Fragen oder Aussagen jedoch keinesfalls trivial. Im Beitrag überführen die Autoren bestehende Lösungen des sogenannten Semantic Webs auf industrielle Engineering- Systeme. Mithilfe von SPARQL werden Objekte eines CAE-Planungssystems abgefragt und in den Kontext unterschiedlicher Modellierungs- und Implementierungsvarianten gesetzt. Nach einer Implementierung diskutieren die Autoren Möglichkeiten, die durch die Anbindung weiterer Engineering-Tools an das Semantic Web entstehen.
Die atp-Redaktion wünscht Ihnen viel Spaß bei der Lektüre!
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Bd. 61 Nr. 8 (2019)Alle 39 Sekunden wird weltweit ein Unternehmen Opfer eines digitalen Angriffs. Doch nicht nur die Zeit zwischen den Cyberattacken nimmt dramatisch ab, auch die Angriffstaktiken verändern sich. Nahezu täglich werden unbekannte Sicherheitslücken entdeckt oder neue Schadsoftware programmiert. Sich wirksam vor Cyberkriminalität zu schützen ist heute eine Mammutaufgabe. Trotz der allgegenwärtigen Gefahr ist der Irrglaube, kein Opfer digitaler Angriffe zu werden, in der Industrie auch heute noch weit verbreitet. Fakt ist: Jeder kann jederzeit angegriffen werden. Allerdings haben Sie die Kontrolle darüber, ob Ihr Unternehmen überhaupt ins Visier von Cyberkriminellen gerät.
Cybersecurity und Blockchain
In dieser Ausgabe möchten wir Sie wachrütteln und dazu animieren, Ihre Cybersecurity-Strategie
gründlich zu hinterfragen. Interviews mit hochkarätigen Sicherheitsexperten, aber auch Deutschlands führendem ethischen Hacker, liefern gemeinsam mit hochwertigen Use-Cases interessante Anreize. Außerdem stellen wir Technologien wie etwa Blockchain und ihr Potenzial für die Security auf den Prüfstand.Die Interview-Highlights:
Dr. Alexander Horch: "Der Mensch ist das Wohl und Wehe der Security"
Stuxnet, Petya oder Wannacry haben längst bewiesen, dass nicht nur die Industrie von der digitalen Transformation profitiert. Die Zahl der digitalen Angriffe steigt von Tag zu Tag an und es entstehen immer neue Viren und Trojaner, die die Sicherheit des gesamten Produktionsstandorts und seiner Umgebung in Frage stellen. Im atp-Interview erklärt Dr. Alexander Horch, Leiter des Bereichs Forschung, Entwicklung
und Produktmanagement bei HIMA Paul Hildebrandt GmbH, warum für die Security nicht etwa moderne Technologien wie KI die Lösung sind, sondern der vermeintliche Risikofaktor Mensch.Jean Pereira: "Wir brauchen mehr Hacker"
Jean Pereira hackte mit 14 Jahren die Server der US-Army. Heute ist er ein „White Hat“, ein ethischer Hacker, der seine Fähigkeiten einsetzt, um die Industrie vor Cyberangriffen zu schützen. Im atp-Interview verrät der Geschäftsführer der Secbiz IT-Security GmbH, warum er den Security-Bemühungen der Unternehmen
skeptisch gegenübersteht und weshalb wir unbedingt mehr Hacker brauchen.Die Hauptbeiträge zu den Themen: AutomationML, IT-Sicherheit, Security-Engineering, Modellbasierte Entwicklung, Maschinelles Lernen, Cyber-physische Produktionssysteme
Der erste Beitrag zeigt anhand eines realen Beispiels aus der norwegischen Öl- und Gasindustrie, wie „System Control Diagramme“ in AML überführt und für eine verlustfreie Übertragung in Fremdsysteme genutzt werden können. Neben den Vorteilen werden im Beitrag auch die Grenzen und offenen Fragestellungen diskutiert.
IT-Security beinhaltet nicht ausschließlich technische, sondern auch organisatorische Fragestellungen. Der zweite Beitrag zeigt den aktuell bestehenden Handlungsbedarf. Im Anschluss erläutern die Autoren eine Vorgehensweise für die systematische Analyse und Modellierung der zu schützenden Systeme. Hierdurch werden wesentliche Grundlagen für OT-Security gelegt, die u.a. auf Basis von AutomationML realisiert werden können.
Modellierung und Simulation sind nicht zuletzt durch die Ansätze rund um den Digitalen Zwilling in aller
Munde. Längst sind modellbasierte Engineering-Methoden Teil des kompletten Entwicklungsprozesses.
Im dritten Beitrag beschreiben die Autoren in detaillierter Weise die Optimierung von Gasheizungen anhand von Matlab/Simulink-Modellen in Kombination mit Rapid-Control-Prototyping-Verfahren.Im letzten Beitrag wird ein Assistenzsystem zur Ursachenanalyse von Fehlern in verteilten Produktionsanlagen vorgestellt. Dabei sammelt das System Daten und leitet Informationen über das Verhalten der Maschine ab. Jedes Modul wird mit einer eigenen Verwaltungsschale ausgestattet, die die jeweiligen Spezifikationen beinhaltet. Die Entscheidungsregeln werden dabei sukzessive erlernt, wodurch kausale Zusammenhänge in der verteilten Anlage entdeckt und Vorschläge für mögliche Ursachen angeboten werden.
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Bd. 61 Nr. 6-7 (2019)Der Fortschritt auf dem Gebiet der Künstlichen Intelligenz ist nicht mehr aufzuhalten. Er ermöglicht völlig neue agile Konzepte entlang der Wertschöpfungskette, die unsere Geschäftsmodelle von Grund auf verändern werden. Das hohe Maß an eingesetzen autonomen Systemen und Robotern, die mittels intelligenter Algorithmen Prozesse steuern, stellt aber auch die Frage nach der Moral neu. Ist alles, was technisch möglich ist, auch ethisch legitim? Wie stellen wir uns das gemeinsame Arbeiten und damit auch das Leben mit Robotern oder mit künstlicher Intelligenz ausgestatteten Systemen vor?
Die gesellschaftliche Debatte darüber wird in jedem Fall zu führen sein, auch weil die Chancen und Potenziale neuer Technologien nicht von der Hand zu weisen sind. Das atp magazin 6-7/2019 möchte auch hier vorangehen und liefert mit der vorliegenden Ausgabe einige spannende Denkanstöße in der Diskussion und die Frage nach der Moral.
Autonome Systeme
KI und Machine Learning transformieren Assets in autonome Systeme, mit denen sich die gesamte Wertschöpfungskette optimieren lässt. atp magazin zeigt, welche Effekte das auf die Produktion der Zukunft hat und warum wir über unser Zusammenleben mit Maschinen neu nachdenken müssen.
Die Interview-Highlights:
Prof. Dr. Dr. h. c. Michael ten Hompel „Wir brauchen einen kategorischen Imperativ für KI“
Weil in der Fabrikautomation bereits ein hoher Automatisierungsgrad erreicht ist, wird nun versucht, die Produktivität über die Optimierung der gesamten Wertschöpfungskette weiter zu steigern. Gleichzeitig transformieren Künstliche Intelligenz und Machine Learning alle Assets in autonome Systeme, die selbstständig Produktionsaufgaben übernehmen. Im atp-Interview erklärt Prof. Dr. Dr. h. c. Michael ten Hompel, geschäftsführender Institutsleiter am Fraunhofer- Institut für Materialfluss und Logistik IML, warum wir deshalb völlig neu über unser Zusammenleben mit Maschinen nachdenken müssen.
Prof. Dr. Stefan Heinemann: „Der Mensch muss Treiber der digitalen Wertschöpfung bleiben“
Künstliche Intelligenz und autonome Systeme verändern heute die Produktion in vollautomatisierten Fertigungsprozessen immens und übernehmen durch die fortschreitende Entwicklung von KI immer mehr Aufgaben. Welchen Platz der Mensch in einer zunehmend autonomen und digitalen Arbeitswelt einnimmt und warum wir deshalb jetzt mit Nachdruck für einen ethischen Werte-Kanon eintreten müssen, erklärt der Wirtschaftsethiker und Theologe Prof. Dr. Stefan Heinemann von der FOM Hochschule/Universitätsmedizin Essen im atp-Interview.
5G in der Automatisierung
Der neue Mobilfunkstandard 5G treibt gemeinsam mit autonomen Systemen die Entwicklung der Automatisierung weiter voran. Warum 5G ein Evolutionssprung ist und was die produzierende Industrie jetzt tun muss, um das Potenzial des neuen Kommunikationsstandards zu heben.
Die Hauptbeiträge zu den Themen: Autonome Systeme, KI, Digital Twin, Simulation, Technikakzeptanz, Funktionale Sicherheit, Cyber-physische Produktionssysteme
Für Automobile gibt es fünf Stufen zur Klassifizierung, inwiefern das Fahrzeug automatisiert bzw. sogar autonom fährt. Der erste Beitrag schlägt eine entsprechende Taxonomie für automatisierte Industrieanlagen vor. Darüber hinaus nennt er technische Anforderungen für diese Stufen während des gesamten Lebenszyklus der Anlage. Außerdem gibt es Anwendungshinweise für die Klassifikation.
Der Digitale Zwilling einer Anlage ist deren digitale Nachbildung. Eine wichtige Anwendung des Digital Twin ist die Anlagensimulation. Der zweite Beitrag zeigt an einem industriellen Beispiel, wie die Simulation während des Lebenszyklus – Planung, Inbetriebnahme, Betrieb, Regelung und Optimierung – genutzt werden kann. Der Digitale Zwilling basiert auf dem Anlagen- sowie Leitsystem-Engineering.
Die Digitalisierung bringt Veränderung – nicht nur technisch, sondern für alle beteiligten Menschen. Der
dritte Beitrag schlägt einen anwenderzentrierten Veränderungsprozess vor. So steht beispielsweise der Mitarbeiter im Fokus, der die Zusammenarbeit mit einem Roboter in Workshops versteht und beim Lernen die Ängste davor verliert. Die Einführung muss danach kontinuierlich begleitet werden, um nachhaltige
Erfolge zu erzielen.Funktionale Sicherheit (engl. safety) wird über spezielle Kommunikationsprotokolle gewährleistet.
Wegen der zunehmenden Bedrohung durch Cyber-Angriffe stellt sich aber die Frage der IT-Sicherheit
(engl. security). Erlauben Safety-Protokolle beispielsweise eine Verschlüsselung? An einem Beispiel
wird im vierten Beitrag gezeigt, dass ein einziges fehlerhaftes Bit bei Verschlüsselung große Auswirkung haben kann. Es bleibt viel zu tun, damit Safety- und Security-Maßnahmen sich nicht beeinträchtigen!Für die flexible Chargenproduktion werden verfahrenstechnische Module kombiniert. Intelligente Module, sogenannte cyberphysische Prozessanlagen, bieten zusätzliche Dienste. Wenn beispielsweise Condition Monitoring benötigt wird – welche Dienste braucht man dafür und in welcher Struktur? Der fünfte Beitrag
schlägt dazu ein Verfahren zur teilautomatisierten Synthese der Dienste-Topologie vor. -
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Bd. 61 Nr. 5 (2019)Für die vollautomatisierte Produktion ist der Digital Twin, das digitale Abbild physischer Assets, heute schon unverzichtbar. Kaum ein Produktionsmittel profitiert dabei mehr vom Digitalen Zwilling als die Robotik. Wie Sie den Digital Twin gewinnbringend nutzen können, warum Roboter dennoch nicht die alles verändernde Revolution sind und weshalb die Mensch-Roboter-Kollaboration für die Smart Factory trotzdem essenziell wichtig ist, erfahren Sie im aktuellen atp magazin 5/2019.
Die Interview-Highlights:
Prof. Dr.-Ing. Sami Haddadin: "Wir werden den Roboter gesellschaftsfähig machen"
Künstliche Intelligenz ist in der Industrie derzeit das alles beherrschende Thema. Viele Produktionsexperten halten sie jedoch für stark überwertet und noch lange nicht einsetzbar im Hinblick auf eine echte Kollaboration zwischen Mensch und Maschine. Unbeeindruckt davon macht sich in München ein junges Team unter Deutschlands führendem Roboterforscher Sami Haddadin daran, genau dieses Ziel Wirklichkeit
werden zu lassen: Der Roboter soll im beruflichen als auch privaten Alltag schon bald zur allseits verfügbaren Alltagsgegenstand werden. atp warf einen Blick in die Zukunftswerkstatt der Robotik.Die Hauptbeiträge: Fahrerlose Transportsysteme, Robotik, Anomalien, Predictive Maintenance, Autonomie, Digital Twin, Mensch-Roboter- Interaktion, Mixed Reality
Der erste Beitrag erläutert den Aufbau einer modularen, offenen Engineering-Umgebung für autonome Fahrzeugflotten auf Basis des bekannten Robot Operating Systems (ROS). Darüber hinaus wird die Pfadplanung als Kombination aus lokalen und globalen Ansätzen vorgestellt. Dabei werden u. a. RFID, magnetisch induktive, laser- und kamerabasierte Positionserkennungsdaten fusioniert.
Im zweiten Beitrag werden mehrdimensionale Datenströme auf Prozess-Anomalien untersucht. Ziel ist die echtzeitfähige Unterscheidung zwischen „Ausreißern“ und tatsächlichen Abweichungen vom Normalzustand. Die methodische Basis liefern dabei die Verfahren iLOF und SPIRIT. Beide mathematischen Ansätze werden analysiert und auf deren Anwendbarkeit in Produktionsprozessen hin untersucht.
Der Digitale Zwilling von autonomen Systemen und dessen echtzeitfähige Simulation spielt in der Produktion
eine wesentliche Rolle. Methodisch wird zwischen einem Digitalen Zwilling für das Produkt und die Produktionseinrichtung unterschieden. Der dritte Beitrag greift reale Robotik-Anwendungen auf und stellt jeweils die Anforderungen und Lösungen hinsichtlich der Autonomie dar. Als Abschluss wird ein Dreiklang von Planung, Simulation und Ausführung erläutert.Auch Mixed-, Augmented- und Virtual-Reality-Technologien spielen in der Mensch-Maschine-Interaktion eine immer wesentlichere Rolle. Dabei wird der sowohl örtlich als auch zeitlich nicht immer verfügbaren Peripherie Rechnung getragen. Der vierte Beitrag zeigt neue Formen der Interaktion zwischen Mensch und Maschine am Beispiel einer Roboter-Montagezelle.
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Bd. 61 Nr. 4 (2019)Das Internet of Things transformiert immer mehr Städte zu Smart Cities, in denen intelligente Energienetze, sogenannte Smart Grids, eine optimale und nachhaltige Energieversorgung sichern. Wie weit wir dabei schon gekommen sind und wo die Herausforderungen bei der Automatisierung unserer Stromnetze liegen, beleuchtet die Ausgabe 4/2019 des atp magazins.
Das Interview-Highlight:
Torsten Hager und Marc Helfter: "Gebäude werden Teil einer dezentralen Intelligenz"
Das Internet of Things transformiert immer mehr Städte zu Smart Cities, in denen intelligente Energienetze, sogenannte Smart Grids, eine optimale und nachhaltige Energieversorgung sichern. Im großen atp-Interview stellen Torsten Hager, Energiespeicher-Experte bei der Hager Group, und Marc Helfter, Disruptive Innovation Director der Hager Group, dar, warum wir in Deutschland der Smart-Grid-Entwicklung hinterherhinken und was wir gegen unsere „blinden“ Stromnetze tun müssen.
Die Hauptbeiträge: WirelessHART, EMV, PROFIBUS, PROFINET, Kommunikationstechnik, Alarmmeldungen, Energiemanagement, Regelgüte-Bewertung
Im ersten Hauptbeitrag werden die Chancen der Wireless-Technologie anhand von Praxisbeispielen dargestellt und kritisch diskutiert. Ziel ist es, erfolgsversprechende Szenarien herauszuarbeiten, um den zukünftigen Einsatz zu beschleunigen.
Der Beitrag beschreibt zunächst einige Grundlagen der EMV. Basierend auf diesen Grundlagen werden dann sechs Handlungsempfehlungen abgeleitet, die bei der Planung eines Automatisierungssystems für den Einsatz in der Fertigungsindustrie zu beachten sind. Abschließend wird ein Ausblick auf die weiterführenden Arbeiten für Anlagen der Prozessindustrie gegeben.
Normalerweise werden Alarme durch Bildschirmanzeigen und akustische Signale gegeben. Der dritte Beitrag schlägt stattdessen vor, Alarme durch Vibration zu kommunizieren. Durch Codierung in kurzen und langen Signalen können auch Alarmkategorie und -ort mitgeteilt werden. Unter Laborbedingungen wurden Erkennungsraten bis zu 90 Prozent erreicht.
Die Energiewende erfordert intelligente und modulare Verfahren zur Optimierung von Erzeugung und Verbrauch. Sogenannte „Home Energy Management Systems“, wie im vierten Beitrag beschrieben, können die lokalen Erzeuger und Verbraucher koordinieren, aber auch mit dem Netz interagieren. Durch die intelligente Steuerung lassen sich drei bis fünf Prozent der Kosten sparen, beispielsweise indem Batterieladung und Abgabe ans Netz parallel und nicht hintereinander durchgeführt werden.
Wie gut ist eine Regelung? Auf diese Frage gibt es viele Antworten. Der fünfte Hauptbeitrag hat einen pragmatischen Ansatz: Er vergleicht die Regelgüte mit der Regelgüte von definierten Referenzreglern. Das führt zu belastbaren Aussagen, wie viel besser oder schlechter ein Regler im Vergleich zur bewährten Referenz ist.
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Bd. 61 Nr. 3 (2019)In der Ausgabe 3/2019 befasst sich das atp magazin auf über 50 Seiten intensiv mit dem schon heute dramatischen Fachkräfteengpass in der produzierenden Industrie und insbesondere in der Automatisierung. Erfahren Sie, wie fortgeschritten die Entwicklung schon heute ist und was die führenden Hersteller der Automatisierungsbranche unternehmen, um die Zukunft des Wirtschaftsstandorts Deutschland zu sichern.
Die Interview-Highlights:
Dr. Gunther Kegel: "Unser Wohlstand steht auf dem Spiel"
Der demographische Wandel schlägt jetzt mit Wucht auf den Arbeitsmarkt durch: Die ersten Jahrgänge der Babyboomer-Generation gehen in Rente und gleichzeitig rücken immer weniger Ingenieure und Fachkräfte nach. Und die sind umworbener denn je. Auch in Asien sind deutsche Ingenieure zunehmend heißbegehrt. Im atp-Interview fordert Dr. Gunther Kegel, VDE-Präsident und CEO von Pepperl+Fuchs, den nun einsetzenden Kampf um die begehrten Talente ernst zu nehmen und gegenzusteuern. Andernfalls drohe mit dem Ausverkauf der Talente auch der Ausverkauf des Standorts.Prof. Dr. Gunther Olesch: "Es kommt ein großer Sturm auf uns zu"
- Wie reagiert die Automatisierungsbranche auf den sich zuspitzenden Kampf um Ingenieure und Fachkräfte?
- Wie kann sich ein Familienunternehmen als attraktiver Arbeitgeber gegen die Übermacht der Konzerne behaupten?
- Wie schafft man es als Elektronik- und Automatisierungsspezialist „sexy“ zu sein für „Digital Natives“?
Im Gespräch mit der atp-Redaktion legt Prof. Dr. Gunther Olesch, Chief Human Resources Officer von Phoenix Contact, seine Strategie offen, mit der er Phoenix Contact zu einem der besten Arbeitgeber Deutschlands machte.
Die Hauptbeiträge: Antriebe, Fehlerprävention, Architekturen, Lehre der Automatisierungstechnik, Big Data und Industrie 4.0
Im ersten Hauptbeitrag dreht sich alles um den neuartigen Ansatz des sogenannten Master-Switches. Am Anwendungsbeispiel eines verspannten Zahnstange-Ritzel-Antriebe kann gezeigt werden, dass sowohl die Dynamik, als auch die Regelgüte erheblich verbessert werden können.
Der zweite Hauptbeitrag stellt einen Ansatz zur Identifikation von möglichen Fehlern vor, der zwei Aspekte berücksichtigt. Zum einen wird aus bereits in der Vergangenheit aufgetretenen Fehlern gelernt, zum anderen werden Unregelmäßigkeiten detektiert und mit bestehenden Daten verglichen. Dabei kommt unter anderem eine aus der Luftfahrt bekannte Black-Box zum Einsatz.
Im dritten wird ein innovatives System zur Bilddatenverarbeitung von dreidimensionalen Strukturen unter unterschiedlichen Rahmenbedingungen beschrieben. Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) sorgen für ausreichende Schnelligkeit der Erkennung, auch bei sich ändernden äußeren Lichtverhältnissen.
Die Autoren des vierten Beitrags eine ideale Kombination aus universitärer Lehre und industrieller Dozententätigkeit. Im Beitrag werden die besonderen Aspekte und Vorteile von externen Industriedozenten systematisch herausgearbeitet und auf den Punkt gebracht.
Zum Abschluss stellt der fünfte Hauptbeitrag eine offene Big-Data-Plattform auf Basis aktueller Technologien, Umsetzungen und Konzepten wie der OPC Unified Architecture (OPC UA), der Industrie-4.0-Verwaltungsschale, Apache Kafka und verteilten Datenanalyseframeworks wie Apache Spark vor.
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Bd. 61 Nr. 1-2 (2019)Das atp magazin 1-2/2019 fokussiert sich intensiv auf die Nachlese der NAMUR-Hauptsitzung 2018. Erfahren Sie, welche neuen Entwicklungen bei NOA und MTP auf dem Plan stehen und wie Prozessindustrie als Ganzes die eigene Digitalisierung vorantreibt. Außerdem lesen Sie, wie Künstliche Intelligenz auch für die Verfahrenstechnik ein Turbolader sein kann.
Die Interview-Highlights:
Endress+Hauser: "Für uns gilt: Qualität undSicherheit vor Zeit vor Geld"
Das Internet of Things in der Prozess- und Verfahrensindustrie realisieren zu wollen, kommt der Quadratur des Kreises gleich, weil das Sicherheitsbedürfnis der Branche einfach zu hoch ist? Im atp-Interview zeigen Matthias Altendorf, CEO der Endress+Hauser-Gruppe, sowie seine beiden Vorstandskollegen Nikolaus Krüger und Dr. Andreas Mayr auf, wie ein sicherer Weg aussehen kann und warum die Verschmelzung von OT und IT das Fundament hierfür ist.Dr. Felix Hanisch: "Wir sind die Gestalter der digitalen Transformation"
Nicht nur die produzierenden Unternehmen der Prozessindustrie werden durch die digitale Transformation vor immer neue Herausforderungen gestellt. Auch die NAMUR muss sich anpassen. Dr. Felix Hanisch, der neue Vorstandsvorsitzende der NAMUR, stellt vor, wie sich die Interessengemeinschaft reformieren muss, um auch künftig Innovationsmotor der Prozessautomatisierung zu sein.Prof. Dr. Dr. h.c. Detlef Zühlke: "Wir sind in der KI-Forschung weltweit führend"
Wenn es um die datenbasierte Optimierung von Anlagen geht, ist für viele Experten KI in Zukunft der wichtigste Produktivitätsturbo für die produzierende Industrie. Prof. Dr. Dr. h.c. Detlef Zühlke, ehemaliger Leiter des Forschungsbereichs Innovative Fabriksysteme am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI), erklärt, wie sich der Mittelstand die neue Technologie bestmöglich zunutze machen kann. Für ihn ist klar: die deutsche KI-Forschung wird weltweit beneidet.Die Hauptbeiträge: NOA, MTP, Digital Twin, Modulare Prozessautomation und Datenanalyse
Im ersten Beitrag werden vier konkrete Anwendungsfälle für die NOA-Bausteine vorgestellt: eine Pumpendiagnose, die automatische Aktualisierung der Dokumentation nach einem Sensortausch, die Online-Überwachung eines Prozessanalysegerätes sowie ein Dimensionierungs-Check für Feldgeräte. Der zweite Artikel stellt den Fortschritt bei der Spezifikation und Standardisierung des MTP dar und zeigt Ergebnisse aus Pilotprojekten, die den Nutzen des MTP und die damit einhergehende praxistaugliche Realisierung von Plug & Produce-Konzepten nachweisen.
Im Hauptbeitrag drei wird der Nutzen von Informationsmodellen zur Sicherstellung der Konsistenz von Anlage und digitalem Abbild skizziert. In der zweiten Ausgabe der IEC 61511 sowie der überarbeiteten VDI/VDE 2180 werden Maßnahmen zur Umsetzung von risikoreduzierenden Funktionen im Leitsystem beschrieben. Im vierten Beitrag wird eine mögliche Implementierung dieser Maßnahmen im betrieblichen Leitsystem erörtert. Der letzte Artkel beschreibt die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Datenanalyse im Produktionsumfeld und einen industriellen Datenanalyseprozess am Beispiel des SIDAP-Projekt.
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Bd. 60 Nr. 11-12 (2018)Das atp magazin 11-12/2018 steht ganz im Zeichen des digitalen Zwillings und seinen Auswirkungen auf eine digitalisierte Produktion. Der erste Beitrag stellt eine Plattform zur Echtzeit-Co-Simulation für die virtuelle Inbetriebnahme vor. Der Artikel erläutert die bestehenden Herausforderungen der Co-Simulation und zeigt eine Lösung aus dem Maschinen- und Anlagenbau. Im zweiten Hauptbeitrag befasst sich mit dem Raspberry Pi. Der Artikel beschreibt ein Konzept, in dessen Fokus der dezentrale Einsatz von Simulationsmodellen auf Einplatinenrechnern als integraler Bestandteil steht. Hauptbeitrag Nummer drei wird das aus der Produktentwicklung bekannte Baukasten-Prinzip mit der aus der Informatik stammenden Objektorientierung verheiratet, um daraus ein neue cyberphysisches Gesamtmodell zu generieren. Der vierte Hauptbeitrag stellt einen Katalog von zehn Schritten vor, mithilfe dessen die IT-Sicherheit von Produktionsanlagen signifikant verbessert werden kann. Dabei werden aktuelle Normen, Standards und Richtlinien beachtet und auf die Belange der industriellen Praxis transferiert. Der letzte Hauptbeitrag beschreibt die Relevanz von Gerätemodellen für die Virtuelle Inbetriebnahme und erläutert Umsetzungsmöglichkeiten in der Antriebstechnik. Für das große Interview der SPS-Ausgabe konnte Hans Beckhoff gewonnen werden, der sich mit der atp-Redaktion über die Zukunft der Steuerungstechnik in der Fertigungsindustrie austauschte.
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Bd. 60 Nr. 10 (2018)Im atp magazin 10/2018 dreht sich passend zur NAMUR Hauptsitzung 2018 alles um die Digitalisierung der Sensorik. Die begutachteten Hauptbeiträge bilden dafür eine umfassende Basis. Der erste Beitrag zeigt einen Weg auf, wie Experten ihr Wissen selbst und ohne Programmierkenntnisse in ein Expertensystem eingeben können. Als Beispiel dient ein System zur Überprüfung von MTP-Beschreibungen für die modulare Automatisierung. Der zweite Hauptbeitrag stellt die vielen Schritte dar, mit denen ein Laborgerät zum Feldgerät entwickelt werden kann. Hauptbeitrag drei befasst sich umfassend mit smarten Sensoren und ihrem Beitrag zur autonomen Fabrik. Der letzte begutachtete Artikel dreht sich alles um digitale Zwillinge, die auch nach der Engineering-Phase während des Betriebs einen Benefit bieten. Im Mantelteil dieser Ausgabe zu digitalen Feldgeräten tauchen Sie tief in die Feldebene ab und erfahren, wie weit die Vernetzung der Sensorik bereits vorangeschritten ist und warum wir dadurch eine neue Welt betreten.
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Bd. 60 Nr. 09 (2018)Die begutachteten Hauptbeiträge des atp magazins 9/2018 drehen sich um die Themen Machine Learning und Industrielle Kommunikation. Im ersten Hauptbeitrag erfahren Sie, wie Augmented Reality in CPPS eingebunden werden. Der Beitrag stellt die dabei entstehenden Vorteile und Herausforderungen gegenüber und führt eine dazu passende Kommunikationsstruktur auf Basis von MQTT ein. Der zweite Hauptbeitrag befasst sich intensiv mit der Smart Factory "AutFab" der Hochschule Darmstadt. Der Beitrag beschreibt das dazu passende Lernkonzept einer automatisierungstechnischen Forschungsanlage. Hauptbeitrag Nummer drei stellt eine Methode zur Regelung des Behälterfüllstands auf Basis von Störgrößen und Totzeiten vor. Das Konzept verspricht eine Verbesserung für die Belastung des Stellventils. In Hauptbeitrag vier geht es um die dynamische Erweiterung von eCl@ss. Im Beitrag wird gezeigt, wie durch den Anwendungs- und Feldgeräteentwickler dynamisch neue Merkmale in eCl@ss angelegt werden können. Im Mantelteil der Ausgabe finden Sie aufbauend auf den Hauptbeiträgen Anwenderberichte und Use-Cases zum Thema Offene Architekturen vs. Sicherheit sowie zur Robotik in der digitalisierten Fertigung. Zwei große Interviews geben weiteren Aufschluss über die Rolle von vernetzten Systemen in der Fertigung.
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atp magazin
Bd. 60 Nr. 08 (2018)Das atp magazin 8/2018 befasst sich intensiv mit der Smart Factory. Das exklusiv zur IEEE Conference on Automation Science and Engineering (CASE) an der TU München erscheinende Heft beleuchtet dabei in internationalen und englischsprachigen Hauptbeiträgen unterschiedliche Aspekte der digitalisierten Fabrik der Zukunft. Im ersten Hauptbeitrag wird erläutert, wie modulares Engineering die Implementierung in den klassischen Steuerungssprachen der IEC 61131-3 an Grenzen stoßen lässt. Im zweiten Hauptbeitrag schildern die Autoren im Rahmen eines vom BMWi geförderten Projekts, wie nicht-lineare modellprädiktive Algorithmen für die effiziente Regelung am Beispiel von Windkraftturbinen eingesetzt werden. Der dritte Hauptbeitrag beschreibt die Anwendung der Algorithmen „K-means“ und „DBSCAN“ und untersucht deren jeweilige Leistungsfähigkeit. Hauptbeitrag vier befasst sich mit den Ergebnissen eines Forschungsprojekts mit der Zielstellung, den Design-Prozess eines Kraftwerks durch den Einsatz virtueller Technologien zu unterstützen. Abschließend stellt der fünfte Hauptbeitrag eine Methode vor, wie die Auftragsverteilung zur Laufzeit auf Basis von wissensbasierten Methoden unter Anwendung von Ontologien geschehen kann. Im Mantelteil der Ausgabe finden Sie ergänzend zum Schwerpunkt Smart Factory, u. a. Use Cases und Anwenderberichte zur Geschäftsmodellinnovation sowie emotionale und persönliche Nachrufe auf Prof. Dr. rer. nat. Martin Polke, der im Juni 2018 verstorben ist. Ein Hauptbeitrag aus seiner Feder von 1985 zeigt die enorme technische Weitsicht von Prof. Polke.
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atp magazin
Bd. 60 Nr. 06-07 (2018)In der ersten Ausgabe des neuen atp magazins steht in den Hauptbeiträgen das Thema "Informationsmodelle im Fokus. Im ersten Hauptbeitrag dreht sich alles um die zusätzliche Wertschöpfung mit einem digitalen Modell. Das durchgängige digitale Modell verändert die Kollaboration bestehender Rollen und bringt neue Rollen zur Erstellung, Pflege und Auswertung des Modells im Wertschöpfungsnetz ins Spiel Diese Veränderungen werden im vorliegenden Beitrag unter dem Gesichtspunkt "Business Viewpoint" beschrieben. Im zweiten Hauptbeitrag stehen neue Geschäftsmodelle für Industrie 4.0 im Fokus. Der GMA-Fachausschuss 7.23 erarbeitet derzeit eine Richtlinie zu diesem Thema. Die Autoren stellen die zehn Blätter dieser Richtlinie vor. Im dritten Hauptbeitrag steht die Blockchain-Technologie im Mittelpunkt. Der Beitrag erklärt die Blockchain und präsentiert mehrere Use Cases im Kontext von Industrie 4.0. Der vierte Hauptbeitrag konzentriert sich auf neue Konzepte zur duchgängigen, ganzheitlichen, standardisierten und effizienten Simulation über den Anlagenlebenszyklus automatisierter Montageanlagen im Automobilbau. Der letzte Hauptbeitrag behandelt das Building Information Modeling im Kontext von Industrie 4.0. Die Autoren schlagen vor, Informationsmodelle im Zusammenhang mit der Verwaltungsschale aus der Industrie-4.0-Welt zu kombinieren, um Synergien zu nutzen.
Darüber hinaus erfahren Sie im Mantelteil des atp magazins alles zum Thema Ghost in the Machine/Machine Learning sowie zur Additiven Fertigung und ihren Einfluss auf die Automatisierungstechnik der Zukunft.
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atp edition - Automatisierungstechnische Praxis
Bd. 60 Nr. 04-05 (2018)In der Doppelausgabe 4-5 der atp edition stehen vor allem Informationsmodelle im Fokus. Der erste Hauptbeitrag befasst sich mit den verschiedenen Entwurfsentscheidungen während der Modellierung von Verwaltungsschalen, mit einem Schwerpunkt auf Modularität. Die Entscheidungen werden dabei in einem Entscheidungsbaum zusammengefasst, der für die Analyse von fünf Entwürfen für Verwaltungsschalen herangezogen wird. Der zweite Hauptbeitrag beschäftigt sich mit der Evolution und Revisionsverwaltung verteilter Modelle. Es wird gezeigt, wie die einzelnen Phasen dieses Lebenszyklus unterstützt werden müssen, um mit den auftretenden Änderungen und der resultierenden Komplexität umgehen zu können. Im dritten Hauptbeitrag steht das Information Modelling im Mittelpunkt. Der Beitrag diskutiert verschiedene Aspekte der Modellierung mit einem Schwerpunkt auf der Fähigkeit, ein Automatisierungssystem über ihren gesamten Life Cycle hinweg zu managen. Der letzte Hauptbeitrag der Ausgabe setzt sich mit der Umsetzung von Kraftvektoren durch Schiffsantriebe auseinander. In einem realen Anwendungsfall soll innerhalb von Traningssimulationen für nautischen Schiffsoffiziere eine Joystick-Steuerung für unterschiedliche Antriebskonstellationen der nachgebildeten Schiffsmodelle entwickelt werden. Dafür muss ein vorgegebener Kraftvektor durch die Antriebe erzeugt werden. Über die Kraftvektoren als Regelgröße können die Antriebsdrehzahl und der Stellwinkel bestimmt und dem Schiffssimulator übergeben werden.
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atp edition - Automatisierungstechnische Praxis
Bd. 60 Nr. 03 (2018)In der Ausgabe 3 des 60. Jahrgangs der atp edition dreht sich alles um das Testen von cyber-physischen Systemen. Im ersten Hauptbeitrag werden in einem Auszug aus dem Statusreport des VDI/VDE-Fachausschusses 7.25 einige systematische Testprozesse beschrieben, um die Komplexität intelligenter Systeme beherrschbar zu machen. Der zweite Hauptbeitrag thematisiert die Sicherstellung von Interoperabilität und stellt Interoperabilitätsregeln als Basis für Test- und Verifikationsverfahren vor. Ein weiterer Hauptbeitrag fokussiert sich auf das agile Testen von cyber-physischen Produktionssystemen. Der Beitrag stellt einen Ansatz für Hardware-in-the-Loop-Tests (HiL-Tests) von SPS-Software vor, bei dem die Testfälle und Akzeptanzkriterien mit Hilfe von leicht erweiterten SPS-Sprachen spezifiziert werden. Der letzte Hauptbeitrag der Ausgabe präsentiert eine neuartige Form der digitalen Signalverarbeitung. Anhand einer oberschwingungsbehafteten Stromeinprägung in eine Synchronmaschine werden die Vorteile dieser neuartigen DSV aufgezeigt.
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atp edition - Automatisierungstechnische Praxis
Bd. 60 Nr. 01-02 (2018)Die erste Ausgabe atp edition 2018 befasst sich gewohnt intensiv mit der vergangenen Namur Hauptsitzung in Bad Neuenahr. Im Fokus der Beiträge steht diesmal die Namur Open Architecture. Erstmals wurden 2017 von der RWTH Aachen, der Otto-von-Guericke-Universität, der TH Ingolstadt sowie der TU Dresden Demonstratoren vorgestellt, die eine praktische Umsetzung von NOA zeigen. In den jeweiligen Beiträgen der Universitäten werden die unterschiedlichen Ansätze diskutiert. Es geht um die Realisierung von Plug-and-Produce-Prozessen (RWTH Aachen), Voraussetzungen für neue digitale Dienste (OvGU Magdeburg), Feldgerätedaten mit NOA in Cloud-Applikationen (TH Ingolstadt) sowie die NOA Verification of Request (TU Dresden). Darüber hinaus befasst sich der letzte Hauptbeitrag des Hefts mit der Prozessanalysentechnik. Abgerundet wird die Ausgabe durch den exklusiven Vorabdruck eines Auszugs des Kapitels 3 der 2. Ausgabe von "IO-Link - Die Brückentechnologie für Industrie 4.0".
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atp edition - Automatisierungstechnische Praxis
Bd. 59 Nr. 12 (2017)In der letzten atp edition des Jahres 2017 befasst sich der erste Hauptbeitrag "Industrie 4.0 service architecture" mit der bei Industrie 4.0 angestrebten Selbstorganisation der Produktion, die im Wesentlichen durch ein im Kern normiertes Dienstesystem ermöglicht wird. Im zweiten Fachbeitrag "Anforderungen an die IT-Sicherheit von Feldgeräten" geht es um Schutzlösungen für hoch vernetzte Produktionsanlagen. Der Beitrag widmet sich der Frage, welchen Beitrag Feldgeräte im Kontext von hoch vernetzten Produktionsanlagen für die künftige IT-Sicherheit leisten. Der dritte Hauptbeitrag "Digitale Transformation in der Prozessindustrie" diskutiert digitale Transformationsprozesse in der Prozessindustrie. Nach einer Begriffserklärung von Industrie 4.0 und cyber-physischen Systemen (CPS) werden die daraus erwachsenden Herausforderungen an die Schnittstellen, Architekturen und Engineeringprozesse der Prozessautomation diskutiert und erste Lösungsansätze vorgestellt. An Beispielen wird abschließend das Potenzialder Digitalisierung erläutert, Entwicklungsprozesse zu beschleunigen und Ressourceneffizienz zu steigern.
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atp edition - Automatisierungstechnische Praxis
Bd. 59 Nr. 10 (2017)Im Fokus steht in Ausgabe 10 der atp edition erstmals die Rubrik "Norm und Nutzen". Im ersten Beitrag geht es um AutmationML, das als Enabler in Modellierung und Simulation zum Einsatz kommen könnte. Der Fachbeitrag "Durchgängiges PLT-Engineering" widmet sich der Planung einer prozesstechnischen Anlage und zeigt, wie unterschiedliche Datenmodelle optimal kombiniert werden. Der Fachbeitrag "Gerätemodell in Prozesssimulation integrieren" beschreibt ein Konzept zur Erstellung und Einbindung der Simulationsgeräte von Feldgeräten sowie die prototypische Implementierung des zyklischen und azyklischen Kommunikationsverhaltens. In "Zustandsbasierte Führung modularer Prozessanlagen" wird sich mit der Kapselung von verfahrenstechnischen Funktionen in Services aus automatisierungstechnischer Sicht beschäftigt. Abschließend wird im Beitrag "Potenziale für modellbasierte Energiebedarfsprognosen" ein Überblick über den Stand von Forschung und Technik gegeben sowie Potenziale für künftige Forschungsarbeiten aufgezeigt.
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atp edition - Automatisierungstechnische Praxis
Bd. 59 Nr. 11 (2017)In der Ausgabe 11 der atp edition betrachtet der erste Fachbeitrag „Zentraler Leitwartenbetrieb" die notwendigen Voraussetzungen für einen zentralen Leitwartenbetrieb und die dabei zu berücksichtigenden Randbedingungen und Anforderungen an die Automatisierung. Anhand eines Projekts bei den Berliner Wasserbetrieben wird ein möglicher Weg zu einer zentralen Leitwarte beschrieben. In „Robuste modellprädiktive Regelung" wird eine modellprädiktive Regelung für den Lageregelkreis von Vorschubantrieben in Werkzeugmaschinen vorgestellt. Ein Hauptaugenmerk liegt dabei auf einer ausreichenden Robustheit hinsichtlich Modellfehlern, wobei ebenfalls die Dynamik des Positioniervorgangs erhöht werden soll. Auf der Basis von UML-Diagramen wird im Beitrag „Semantik für kooperative Robotik“ ein durchgängiger Prozess beschrieben, der bis zur automatischen Codegenerierung für die Maschinensteuerungen von Industrierobotern für Anwendungen im Bereich der Mensch-Roboter-Kollaboration weiterentwickelt werden kann. Der Beitrag „Klassifikation des Arbeitsfortschritts“ beschreibt einen neuen Ansatz, um mittels Verfahren des maschinellen Lernens die Objekterkennung sowie die Transitionen eines, den Arbeitsprozess repräsentierenden Zustandsautomaten eines solchen Systems einzulernen. Hierfür werden nach einer Vorverarbeitung Daten aus einer Tiefenkamera in drei Stufen durch Support Vector Machines (SVM) klassifiziert und das Ergebnis mit dem Zustandsautomaten verknüpft.
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atp edition - Automatisierungstechnische Praxis
Bd. 59 Nr. 09 (2017)Agentensysteme sind ein vielfach diskutiertes Paradigma für die Automation wandelbarer industrielle Produktionssysteme. Durch Verhandlung von Kontext und Implementierung von angemessenen Strategien zur Laufzeit entstehen elastische Automatisierungssysteme, die ohne zusätzliche Investitionskosten für Engineering und Softwareanpassung an gewisse geänderte Anforderungen angepasst werden können oder sich selbst anpassen. Die Septemberausgabe diskutiert Vor- und Nachteile von agentenbasierten Automatisierungssystemen, stellt den Stand der Standardisierung vor und bereitet die wissenschaftlichen Grundlagen auf. Artikel zu Anwendungsfällen, Architekturen und Mustern, Demonstratoren und Pilotprojekten geben ein umfassendes Bild über die Reife aktueller Technologien und den mit der Einführung von Agentensystemen verbundenen Aufwand und Nutzen.
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atp edition - Automatisierungstechnische Praxis
Bd. 59 Nr. 07-08 (2017)Ausgewählte Beiträge zum GMA-Kongress Automation 2017