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Industrie 4.0

Recycling von Software ohne Harmonisierung


Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Bündeln von Logik und Algorithmen in Modulen

Eine dieser Schichten bündelt die Logik und Algorithmen zum Ausführen und Steuern der Prozesse in der Fabrik. Einzelne Module in dieser Schicht sind zum Beispiel die Ablaufsteuerung von Arbeitsplänen, die Transportsteuerung von Werkstückträgern und AGVs (Automated Guided Vehicle) sowie die Bearbeitung und Überwachung von Produktionsaufträgen. Sämtliche Module stellen ihre Dienste über funktionsspezifisch separierte Schnittstellen zur Verfügung, über die sie zur Laufzeit in eine Applikation geladen und miteinander gekoppelt werden.

So lassen sich Module mit geringem Aufwand isoliert testen und separat aktualisieren, was ein Leerfahren von Fertigungslinien verhindert und in Stillständen von unter einer Minute resultiert. Unabhängig von den zum jeweiligen Zeitpunkt geladenen Modulen bleiben die von ihnen genutzten digitalen Zwillinge des Frameworks konsistent verfügbar und sind durch eine Persistenzebene langfristig abgesichert.

Einbinden der IT-Systeme

Digitale Zwillinge sowie die mit ihnen interagierende Logik, Algorithmen und grafischen Benutzerschnittstellen im Moryx-Framework und den Modulen können Kosten senken und die Qualität und Effizienz durch Wiederverwendung erhöhen. Um die Komplexität von Digitalisierungs- vorhaben beherrschbar zu machen, kommt eine Adapterschicht zur Einbindung der IT und eine Treiberschicht für die OT-Integration zum Einsatz. Die beiden Schichten sorgen für den automatisch synchronisierten Datenaustausch mit der umgebenden Systemlandschaft. Eine aufwendige und fehleranfällige Datenweitergabe durch den Menschen entfällt, die Schichten erlauben dazu die Umsetzung von erneut einsetzbaren Protokollen und Modellen zur Kommunikation mit der Fertigungstechnologie.

Treiber integrieren OT-Systeme

Für jede einzelne dieser Technologien mit ihren unter Umständen individuellen Kommunikationsmodellen und Datenprotokollen ist in der Plattformarchitektur eine Treiberkomponente vorgesehen. Durch die Kapselung in einem dedizierten Treiber kann die Applikationsentwicklung genau jene Treiber orchestrieren, die für das jeweilige Szenario notwendig sind. Entwicklungskosten und Wartungsaufwand sinken. Aufgrund der losen Kopplung und damit einem Binding der Treiber mit der Gesamtapplikation erst zur Laufzeit kann überdies das Update neuer Treiber ohne ein Neukompilieren sowie ohne eine neue Gesamtinbetriebnahme durchgeführt werden, weil die restlichen Komponenten unangetastet bleiben.

Die beschriebenen Designentscheidungen und Vorteile gelten sowohl für die Adapter- als auch Treiberschicht. Einziger Unterschied ist, dass die modularen Adapter für die Einbindung der IT-Systemlandschaft entworfen werden. Sie bündeln hierzu das erforderliche Wissen über die aufzubauenden Kommunikationsprotokolle sowie die auszutauschenden Datenmodelle für jedes zu integrierende IT-System.

Betrieb am Edge

Das dargelegte Paradigma der Wiederverwendung wird durch die klare Trennung der Zuständigkeiten der lose miteinander gekoppelten Softwarekomponenten in der Moryx-Plattform mit dem zweiten Paradigma der Offenheit vervollständigt. Bestehende heterogene IT- und OT-Systemlandschaften – insbesondere in Brownfield-Vorhaben, weiterhin unverändert einbinden zu können, stellt die augenfälligste Ausprägung der Offenheit dar. Separate SaaS-Szenarien (Software as a Service) profitieren ebenfalls davon, indem sie als Cloud- oder On-Premise-Services die Plattform als einheitliche Datenschnittstelle zur Fabrik nutzen können. Auf diese Weise lässt sich erneuter Aufwand für die individuelle Anbindung von Linien, Maschinen oder Geräten einsparen.

Die offene Plattform dient den Services nicht nur als Datenquelle, sondern auch als Schnittstelle zum Steuern der Prozesse und Entitäten in der Fabrik. Die Basis dafür bilden Erkenntnisse und Analysen, bei denen eine hohe Latenz zwischen Anfrage und Ergebnis keine Auswirkungen auf die Produktivität und Effizienz der Fabrik hat – etwa von KI-Algorithmen oder Analytics-Services. Um die Latenz in der zeitkritischen Prozesssteuerung im Bereich von Hundertstelsekunden zu halten, kann die Moryx-Plattform auf Edge-Devices am Shop Floor oder auf lokalen Servern ausgeführt werden.

Von der Abarbeitung auf Edge-Devices zieht die Produktivität der Fertigungsanlage einen zusätzlichen Vorteil, da alle für einen Produktionsauftrag relevanten Daten offline zur Verfügung stehen – selbst bei stark schwankender Erreichbarkeit und Latenz der sie umgebenden IT-Landschaft.

.NET-basierte Entwicklung

Die lose Kopplung und die Entwicklung der Plattformkomponenten auf .Net-Grundlage ermöglichen die Offenheit für den Einsatz etablierter Werkzeuge und Maßnahmen zur Sicherung der Softwarequalität. So kann mit bewährten .NET-basierten Entwicklungs- und Testumgebungen gearbeitet werden, welche die in anderen Softwaredomänen seit Jahrzehnten anerkannten Werkzeuge zur Codeanalyse sowie automatisierten und regressionsfähigen Testausführung integrieren. Die parallele und verteilte Entwicklung und Inbetriebnahme der Applikationen durch sämtliche an einem Vorhaben beteiligte Partner wird damit technisch und wirtschaftlich darstellbar.

Open Source auf GitHub

Die Offenheit beschränkt sich außerdem nicht nur auf die Plattform selbst, auch weitere Partner können am Ökosystem teilhaben. Das Moryx-Framework ist seit 2020 als Open Source auf GitHub zur Verwendung und Weiterentwicklung durch die Entwickler-Community veröffentlicht, die unter kommerzieller Lizenz stehenden Moryx-Komponenten der Adapter-, Modul- und Treiberschicht sind ebenfalls auf den gemeinsamen Betrieb mit Moryx-Komponenten anderer Softwarehersteller ausgelegt.

Die frei zugänglichen Schnittstellen dieser Komponenten bieten die Chance, bei Digitalisierungsvorhaben in der Fabrik auf den nachhaltigen Ansatz der Kombination verschiedener Softwarelieferanten mit jeweils hoher Fachspezialisierung zu setzen. Durch diese Vorgehensweise lassen sich auch Steuerungen unterschiedlicher Hersteller deutlich einfacher in Gesamtanlagen einbinden.

 

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