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Industrie 4.0

Recycling von Software ohne Harmonisierung

Können bereits realisierte Softwarekomponenten unternehmensübergreifend wiederverwendet werden in der Digitalisierung. Eine offene Plattform erschließt als Kickstarter neue Synergien für die Digitalisierung
© Phoenix Contact

Jedes Digitalisierungsvorhaben hat eigene Anforderungen. Wirklich? Oft können bereits realisierte Softwarekomponenten wiederverwendet werden, auch ohne Harmonisierung der zu integrierenden IT- und OT-Systeme. Eine offene Plattform erschließt als Kickstarter neue Synergien für die Digitalisierung.

Bei der Softwareentwicklung für die automatisierte Fabrik gilt oftmals das Paradigma »Jeder für sich und immer wieder neu«. Eine genauere Betrachtung der Ursachen dafür verdeutlicht den Unterschied zu anderen Domänen der Softwareentwicklung. Die wenig bis nicht verbreitete Wiederverwendung etablierter Softwareplattformen zur Digitalisierung, wie sie beispielsweise im Bereich der Web-, KI- oder App-Erstellung seit Jahren selbstverständlich ist, wird bislang durch die heterogen gewachsene IT- und OT-Systemlandschaft in den Fabriken verhindert.

 Designideen der Moryx-Plattform: Die Integration von IT und OT sowie das Zentralisieren von Logik
Bild 1: Designideen der Moryx-Plattform: Die Integration von IT und OT sowie das Zentralisieren von Logik
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Sobald mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand Homogenität besteht, liegt folglich nichts näher, als die modulare und recyclingfähige Herangehensweise auf die digitalisierte Fabrik zu übertragen. Phoenix Contact möchte dieser Herausforderung mit der Moryx-Plattform begegnen. Die zentralen Designideen der offenen Plattform sind: Abstrahieren und Integrieren von heterogenen IT- und OT-Systemen, um Logik und Algorithmen von Digitalisierungsapplikationen zentralisieren und erneut nutzen zu können (Bild 1).

Logik aus der SPS-Ebene

Unter Operational Technology (OT) werden in der Fabrik heterogene Fertigungstechnologien vom einfachen Handscanner bis zur komplexen automatisierten Prozesszelle zusammengefasst. Jedes System arbeitet mit unterschiedlichen Kommunikationsprotokollen und Datenmodellen zum Austausch von Informationen mit überlagerten Logiken und Algorithmen. OPC UA wird mit standardisierten Informationsmodellen möglicherweise Vereinheitlichungen nach sich ziehen, jedoch darf die bisher schleppende Verbreitung des Protokolls die Digitalisierung nicht behindern.

Neben den vielfältigen Datenschnittstellen sind stetig neue starr verkettete SPS-Applikationen geschaffen worden, in denen die Logiken für die Verwaltung von Stammdaten, Steuerung von Produktionsprozessen oder Anbindung von IT-Systemen monolithisch miteinander vermischt werden. Der mit Moryx eingeleitete Paradigmenwechsel zielt auf das Aufbrechen dieser Monolithen in kohärente Einzelkomponenten mit loser Kopplung ab. Auf diese Weise soll sich die hohe und zukünftig weiter steigende Komplexität der Digitalisierung beherrschen lassen.

Hochintegriertes Wissen über Prozesse, Produkte und Systeme der Fabrik in der Moryx-Plattform
Bild 2: Hochintegriertes Wissen über Prozesse, Produkte und Systeme der Fabrik in der Moryx-Plattform.
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Im ersten Schritt extrahiert die neue Plattform dazu die Logik zur Synchronisation von IT-Systemen, Verwaltung von Stammdaten sowie zum Steuern der Fertigungsprozesse in der Fabrik aus der SPS-Ebene. So entstehen OT-Systeme mit minimaler Produktionsintelligenz, die weniger leistungsfähige Hardware und einen geringeren Koordinationsaufwand bei der Beauftragung und Abnahme von deren Lieferanten bedingen. Von den SPS-Systemen werden weiterhin Funktionen wie die Ankopplung von Sensoren und Aktoren oder Steuerung von Echtzeit- und Safety-Prozessen ausgeführt. Eine derart auf den Kern ihrer ursprünglichen Leistungsbeschreibung zurückgeführte SPS-Ebene eröffnet neue Freiheiten bei der Auswahl dieser Systeme für Neuanlagen und Anlagenerweiterungen (Bild 2).

Lose Kopplung für modulare Einzelkomponenten

Die OT-Vereinfachung ermöglicht die Umsetzung einer zentralisierten Logik und Algorithmen als funktional klar unterscheid- und somit wiederverwendbare Komponenten. Die Menge der so entstandenen Komponenten bildet den Baukasten, aus dem für jede individuelle Digitalisierungsapplikation neu ausgewählt und orchestriert werden kann. Denn die erneute Nutzung von Softwarekomponenten sollte nicht mit übermäßigen Einschränkungen bei der Realisierung individueller Anforderungen einhergehen. Vielmehr erlaubt sie erst die Implementierung solcher Anforderungen, indem sie den Entwicklungsaufwand für den Boilerplate-Code und allgemeine Funktionen – etwa die Auftrags- oder Benutzerverwaltung – deutlich reduziert.

Die vier Schichten der Moryx-Plattform
Bild 3: Die vier Schichten der Moryx-Plattform
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Die Wiederverwendung der zentralisierten und integrierten Logik und Algorithmen wird über vier Schichten möglich, die jeweils modulare Einzelkomponenten mit starker Kohäsion und loser Kopplung gruppieren (Bild 3). Das Moryx-Framework spannt ein cyber-physisches System auf, welches die Eigenschaften der herzustellenden Produkte, der durchzuführenden Fertigungsprozesse und der mechatronischen Einheiten in der Fabrik als digitaler Zwilling abbildet. Ein Meta-Modell ermöglicht das Modellieren der Zwillingstypen und ihrer Abhängigkeiten mit garantierter Konsistenz durch Typprüfungen zur Kompilierzeit. Dateninkonsistenz als eine der häufigsten Fehlerquellen des Modellierens wird damit eliminiert. Aus den modellierten Typen erzeugt die Plattform-Laufzeitumgebung die Instanzen der Zwillinge, die über den gesamten Lebenszyklus einer Applikation als Repräsentation der digitalen Ist-Zustände der modellierten realen Gegenstände und Prozesse bestehen bleiben. Zur Laufzeit von damit erstellten Applika- tionen fungieren die digitalen Zwillinge des Frameworks als Datenquellen und -senken aller darauf aufbauenden Schichten.


  1. Recycling von Software ohne Harmonisierung
  2. Bündeln von Logik und Algorithmen in Modulen

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