Industrie 4.0 Meilenstein von iTAC und Bosch Rexroth Linearmotor einfach über Webdienste und MES ansteuern

Das MES dringt in eine neue Wertschöpfungsstufe vor: Es kann nicht nur Daten sammeln und visualisieren, sondern auch aktiv in Prozesse eingreifen.

Itac und Bosch Rexroth haben eine gemeinsame Lösung geschaffen, mit der sich Aktoren über eine Bosch-Rexroth-SPS direkt über ein MES ansprechen lassen. Damit kann das MES über die Analyse des Datenraumes direkt in die Prozesse eingreifen.

Kommunikationstechnologien sind der Markttreiber für Industrie 4.0. Gleichzeitig ist das die Herausforderung für die produzierenden Betriebe«, fasst Dieter Meuser, CTO von iTAC Software, zusammen. Im Industrie-4.0-Umfeld sind komplette Turn-Key-Lösungen gefordert: Dass ein Automatisierungshersteller mit einem produktionsnahen Softwarehersteller zusammenarbeitet, liegt nach den Worten von Steffen Winkler, Leitung Vertrieb Fabrikautomation bei Bosch Rexroth, also nahe: »Für effiziente Produktionslösungen von der Feld- und Steuerungsebene bis zur Ebene der Unternehmens-IT sind Know-how und Anwendungserfahrung gefordert. Daher müssen für die Entwicklung von Industrie-4.0-Lösungen Experten aus Automation und IT perfekt zusammenspielen. Mit der Integration des Standards OPC UA in unseren Automationslösungen und der Erfahrung von iTAC seitens des MES-Systems ergänzen wir uns ideal.« iTAC und Bosch Rexroth haben für die bidirektionale M2M-Kommunikation entsprechende OPC-UA-Implementierungen auf der Middleware-Komponente iTAC.Artes realisiert. Es gibt am Markt diverse Steuerungshersteller, die OPC-UA-Server in ihre Steuerungskomponenten integrieren. Rexroth stellt mit seiner neuen Steuerungsgeneration IndraControl XM das aktuell am Markt umfangreichste OPC-UA-Informationsmodell zur Verfügung.

Nicht nur bei OPC UA sind iTAC und Bosch Rexroth auf einer Wellenlänge: Beide setzen auf Java, und beide Partner haben standardisierte APIs entwickelt, Bosch Rexroth für seine Steuerungen und iTAC für die MES-Software (MES: Manufacturing Execution System). »Bosch Rexroth und wir haben jeweils für uns die Semantik definiert. Innerhalb von zwei Tagen und mit einem überschaubaren Aufwand ist es uns gelungen, einen Linearmotor direkt über OPC-UA und die Steuerung von Bosch Rexroth über unser MES anzusprechen. Dieses Szenario ist so weit gediehen, dass wir den Linearmotor über Webdienste ansteuern können«, schildert Meuser. Das Szenario war also relativ einfach per Plug & Play umzusetzen. »Wir können zwar den Aktor nicht echtzeitorientiert ansteuern, aber über die Feldbus-Ebene ohne Zwischenschicht. Damit haben wir erstmals den nahtlosen Zugriff von MES-Systemen bis auf die Feldebene »near real-time« realisiert.« 

Das Szenario im Detail

Im Detail funktioniert die Anwendung bzw. das Industrie-4.0-Demo-Szenario folgendermaßen: Der im Steuerungssystem IndraControl XM integrierte OPC-UA-Server liefert Anwendern sämtliche Informationen des Steuerungssystems, wie SPS-Objekte, Motion- und Robotikfunktionen, IO-Devices und Parameter. Darüber hinaus ermöglicht die Schnittstellentechnologie »Open Core Interface« auch den vollen Zugriff auf alle Steuerungs- und Antriebsfunktionen der Maschine. Außerdem lässt sich das Steuerungssystem über verschiedene Hochsprachen wie C++ oder Java programmieren. Das ist vor allem in der Elektronikindustrie ein verbreiteter Standard. In der Praxis bedeutet dies den nahtlosen, direkten Zugriff von MES- oder ERP-Systemen auf die in einer Maschine eingesetzten Automatisierungskomponenten wie Steuerungen und Antriebe, aber auch auf die daran angeschlossenen Sensoren und Aktoren. Bei der Integration eines MES- oder ERP-Systems ist damit ein externer Zugriff auf Sensoren und Aktoren auch außerhalb der SPS möglich. Somit entfällt eine Anpassung des SPS-Programms, um solche Signale zur Verfügung zu stellen. »Das macht nicht nur flexibler, sondern reduziert auch Kosten und Projektlaufzeiten«, betont Winkler: Für Maschinenhersteller entfällt die Schnittstellenprogrammierung und damit der Aufwand für Softwarepflege. Anwender solcher Lösungen können so auch nachträgliche Änderungen sehr einfach und schnell vornehmen. »Bosch Rexroth hat darüber hinaus als erstes Unternehmen OPC UA webfähig gemacht. In einem patentierten Verfahren setzt der WebConnector – eine Art Übersetzer zwischen der Sprache der Maschinen und webbasierten Kommunikationsprotokollen – die Daten von einem OPC-UA-Protokoll in HTML um. Dies ermöglicht beispielsweise moderne, webbasierte HMI-Applikationen«, so Winkler weiter. 

Den eingesetzten API-Stack der iTAC.MES.Suite hat iTAC mit einer Rest-Schnittstelle versehen. REST (Representational State Transfer) ist ein Quasi-Standard, den alle großen Internetportale und Web-Dienste sprechen. Im WWW ist also bereits ein Großteil der für REST nötigen Infrastruktur vorhanden (z.B. Web- und Application-Server, HTTP-fähige Clients, HTML- und XML-Parser, Sicherheitsmechanismen). REST bezeichnet ein Programmierparadigma für verteilte Systeme, insbesondere für Webservices. Der Zweck von REST liegt in diesem Anwendungsbeispiel schwerpunktmäßig auf der Maschine-zu-Maschine-Kommunikation. 

Die API-Schnittstelle von iTAC macht zudem den Einsatz von Apps etwa für Apple- oder Android-Endgeräte möglich. »Die meisten MES-Hersteller haben keine API-Schnittstelle. Wir bieten diese Schnittstelle auch für die Anlagenhersteller wie SMT- oder Montageanlagen. Darüber hinaus haben wir das »Smart Factory App Studio« entwickelt, mit der die Kunden ihre eigenen Benutzeroberflächen und Prozessintegrationen gestalten können«, so Meuser. Gezeigt hat iTAC die Implementierung erstmals auf der productronica im vergangenen Herbst. Auf einer Demowand waren die wesentlichen Komponenten einer solchen Lösung zu sehen. 

Bei der Demo soll es freilich nicht bleiben: Auf Basis des Demo-Szenarios sind die Partner aktuell in der Umsetzung konkreter Projekte. So trat Bosch Rexroth kürzlich dem Smart Electronic Factory e.V. bei. Gemeinsam mit verschiedenen Hardware- und Software-Herstellern sowie universitären Einrichtungen entwickeln iTAC und Bosch Rexroth im Zuge dessen Industrie-4.0-Lösungen in der realen Fabrik des Elektronikzulieferers Limtronik. Das Marktpotenzial für ihre gemeinsame Entwicklung in der Elektronikfertigung bezeichnen Meuser und Winkler als sehr vielversprechend: »Für die Elektronikfertigung wird auch 2016 ein Wachstum erwartet. Automatisierungshersteller mit tragfähigen Industrie-4.0-Lösungen werden davon insbesondere profitieren«, meint Winkler. Ähnlich positiv schätzt auch Meuser die Lage ein: »Die Einführung moderner plattformunabhängiger Kommunikationstechnologien ist der Schlüssel zur Smart Factory. Das beweist die OPC-UA-basierte Integration eines Linearmotors in die MES-Welt.«

Offener Kommunikationsstandard wird unabdingbar

Maschinen- und Anlagenhersteller stehen vor zwei zentralen Herausforderungen: Zum einen steigen weiterhin die Anforderungen an die Flexibilität von Produktionsprozessen und der damit verbundenen Automatisierung. Zum anderen sind sie von Anlagenbetreibern aufgefordert, mehr und mehr Informationen in Datensystemen außerhalb der Produktion zur Verfügung zu stellen. Dazu zählt die M2M-Kommunikation ebenso wie die Weitergabe von Daten an ein klassisches MES-System oder eine Cloud-basierte Lösung. Hinzu kommt die Forderung nach einer möglichst kurzen Time-to-Market. Dafür messen Anlagenhersteller Themen wie modellbasiertem Engineering oder virtueller Inbetriebnahme eine hohe Bedeutung bei. Das sind wichtige Stellhebel für die Wettbewerbsfähigkeit. Außerdem zeichnet sich der Trend ab, dass Maschinenhersteller ihre proprietären Steuerungslösungen durch offene Systeme ablösen, um Kosten für Entwicklung und Pflege zu reduzieren und die Investitionssicherheit zu erhöhen. Für zukunftssichere Industrie-4.0-Lösungen ist nach den Worten von Winkler ein offener Kommunikationsstandard unabdingbar. Auch Anlagenhersteller und -betreiber im Bereich der Elektronikfertigung werden zunehmend damit konfrontiert. »Das wird dazu führen, dass die dort heute eingesetzten Steuerungssysteme zwar nach wie vor Verwendung finden, aber Daten zukünftig über einen offenen Standard ausgetauscht werden. Mittel- bis langfristig werden Steuerungsfunktionen zunehmend unabhängig von der Hardware und damit offener und flexibler«, erklärt Winkler. 

 »Trace Server Reloaded« 

Um den Turn-Key-Gedanken konsequent weiterzuführen, hat itac seinen Trace Server zum anlagennahen MES Appliance weiterentwickelt: Der neue Trace Server ist ein moderner Industrie-PC, der die erforderliche Produktions-IT und das komplette MES-System inklusive Datenbank, Kommunikationstechnologien sowie erforderlicher Hard- und Software mitbringt und über Anlagenbauer verkauft werden soll.