Erichs Klartext-Kolumne »Industrie 4.0 – Die Technologien sind da!«

ERICH BROCKHARD 
Director Application bei EBV Elektronik und "Missionar" des deutschen Mittelstands beim Thema Industrie 4.0
ERICH BROCKHARD Director Application bei EBV Elektronik und "Missionar" des deutschen Mittelstands beim Thema Industrie 4.0

Nicht nur in Deutschland hat man erkannt, welche gesellschaftliche und strategische Bedeutung die smarte Fabrik, im deutschsprachigen Raum unter »Industrie 4.0« bekannt, haben wird.

 Alleine der Wandel von tausenden Arbeitsplätzen hat Politik, Gewerkschaften und Verbände auf den Plan gerufen, wie das auf der Hannover-Messe 2015 neu aufgestellte Konsortium unter Leitung von gleich zwei Bundesministerien zeigt.

Ob dieser »Top-Down-Ansatz« unter der offensichtlichen Prämisse, »Richtlinien, Standards und Referenzarchitekturmodelle schaffen« wirklich zielführend ist, darf bezweifelt werden. Alles muss von A bis Z komplett zu Ende definiert und fertig sein, das ist in Deutschland das Problem. Auch die 116-seitige Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 (April 2013) der Plattform Industrie 4.0 oder die Deutsche-Normungs-Roadmap Industrie 4.0 (ein mittlerweile 2-jähriges Werk mit 79 Seiten) enthalten wenig Konkretes und geben nur viele Empfehlungen. Dadurch signalisiert man vielen Unternehmen des Mittelstandes, Industrie 4.0 müsse erst zu Ende definiert werden, bevor man an die Umsetzung geht. Jüngste Umfragen belegen, gut 85 % der KMUs warten erst mal ab!Das amerikanische Industrial Internet Consortium (IIC) setzt neben der »Industrial Internet Reference Architecture« (101 Seiten) auch konkrete Testfelder auf, schaut was herauskommt, um ggf. konkrete Erfahrungen in die Standardisierungsgruppe OMG einzukippen (Object Management Group). Die OMG ist ein 1989 gegründetes Konsortium, das sich mit der Entwicklung von Standards für die herstellerunabhängige systemübergreifende objektorientierte Programmierung beschäftigt. Beide Organisationen werden praktischerweise »zufällig« von derselben Person geleitet, das garantiert kurze Wege. Dies dürfte, neben dem Augenmerk auf internationale Aktivitäten, auch der Grund für viele deutsche Unternehmen gewesen sein, IIC-Member zu werden. Ob die jüngst publizierte Zusammenarbeit von der »Plattform Industrie 4.0« und dem »Industrial Internet Consortium« nun Bewegung in die Sache bringt bleibt abzuwarten.

Selbst wenn es kaum den Anschein hat, auch in Deutschland wird – nur leider meistens im Hintergrund und weitestgehend unbemerkt von der öffentlichen Wahrnehmung – an konkreten Lösungen gearbeitet. Neben dem innovativen Technologie-Netzwerk Ostwestfalen-Lippe (www.its-owl.de) wird z. B. auch am DFKI (Deutsches Forschungsinstitut für Künstliche Intelligenz) oder an der Technischen Universität in München-Garching an Industrie-4.0-Testaufbauten geforscht. Die Ergebnisse werden vielfach erstmal in einschlägigen wissenschaftlichen Journalen oder auf internen Webseiten veröffentlicht, die ein Mittelständler sicher nicht zu seiner Pflichtlektüre zählt. Hätte man nur ansatzweise eine etwas offensivere Marketingstrategie wie die Kollegen in den USA oder auch China (»tue Gutes und rede darüber«), wäre das für die deutsche Industrie sicherlich sehr hilfreich.

Antworten wünscht sich die Industrie weniger in puncto Standards, als bezüglich Technologien und was sich dort im Kontext von Industrie 4.0 verändern wird. Auf der Feldebene beispielsweise wird sich vorerst nicht viel ändern, auf der Steuerungsebene wird Echtzeit unabdingbar! Echtzeit gibt es zwar schon heute bei den Feldbussen, diese sind aber mit ihrer hardware-nahen Bit- und Byte-Kommunikation den Anforderungen serviceorientierter Kommunikation von SPS-Steuerung zu SPS-Steuerung (Peer-to-Peer) oder SPS zu übergeordneten Systemen (MES/SCADA) nicht gewachsen.

Auf einem guten Weg hierfür sehe ich die Erweiterung von OPC-UA (Pub/Sub-Model) in Verbindung mit TSN (Time-Sensitive Networking). Letzteres wurde ursprünglich für die Automobilindustrie als Nachfolger von AVB entwickelt und stellt Mechanismen zur deterministischen Übertragung von Daten über Ethernet-Netzwerke bereit. Immerhin finden sich in der OPC-UA-Arbeitsgruppe hierzu Unternehmen wie Kuka, Beckhoff, B&R, Festo, Harting, Trumpf und Bosch Rexroth.

Heute bietet TSN bereits Latenzen von 1 ms bis 2 ms, im Endausbau muss TSN jedoch auch Jitter-Anforderungen im dreistelligen µs-Bereich erfüllen.

Was ich wirklich wenig förderlich finde, ist das Durcheinanderwerfen von Begriffen und der Vergleich von Äpfel mit Birnen im Bereich der Kommunikationsstandards. Als erstes wären da OPC-UA zu nennen und die vom IIC favorisierte, aus der IT kommende, Networking Middleware DDS.

Der Fokus bei DDS lag darauf, ein Protokoll für harte Echtzeit zu liefern – insofern würde ein Vergleich mit Profinet, Ethercat oder Sercos besser passen als mit OPC-UA, wo es ja oberhalb des eigentlichen Protokolls wie HTTPS oder TCP darum geht, Zugriffsrechte auf Daten und Dienste zu modellieren, um die Interoperabilität zwischen Systemen unterschiedlicher Hersteller zu ermöglichen.

Ein anderer »Äpfel-mit-Birnen-Vergleich«, ebenfalls in der Branche zu hören, ist der zwischen OPC-UA und MTConnect. Der MTConnect-Standard wurde wie DDS in den USA entwickelt und bietet ein detalliertes, allerdings starres Datenmodell für Werkzeugmaschinen, das nur über eine Änderung oder Erweiterung des Standards an sich verändert werden kann. OPC-UA hingegen ermöglicht die objektorientierte Modellierung von eigenen, komplexen Datentypen und Strukturen. Noch wichtiger dürfte jedoch das Thema IT-Sicherheit sein. Bei OPC-UA hat man sich auch überlegt, wie Industrieanlagen geschützt werden können, die z. B. Hacker-Angriffen ausgesetzt sind. Auf verschiedenen Ebenen sind Security-Funktionen vorgeschrieben, welche alle IT-Sicherheitsaspekte wie Authentizität, Autorisierung, Integrität und Vertraulichkeit adressieren.

Zusammengefasst: Ein Protokoll für eine bestimmte Gruppe von Maschinentypen oder für spezielle Anwendungen mit einer Architektur zum Daten- und Informationsaustausch zu vergleichen, das macht schlichtweg wenig Sinn.

Wenn man über Digitalisierung der Industrie redet, muss man auch über Infrastruktur und Datensicherheit sprechen. Hier hat Deutschland als »Hochtechnologiestandort« sicherlich noch Nachholbedarf. Mit der Digitalisierung werden die Datenmengen rapide steigen. Um diese zu bewältigen, wäre es dringend nötig, die Glasfasertechnologie konsequent auszubauen und Lücken beim 4G-Netz (LTE) zu schließen. In der Rangliste der Länder mit den schnellsten Internetverbindungen kommt Deutschland nicht mal unter die Top 20. Die Hochschule Hof hat jüngst in einer auf Youtube veröffentlichten Vorlesung mit dem Thema »Industrie 4.0 in Deutschland: Werden wir zum digitalen Entwicklungsland?« eindrücklich auf diese Defizite hingewiesen. Zum Thema Datensicherheit herrscht bei vielen Unternehmen zum einen verständlicherweise große Unsicherheit, zum anderen herrscht aber auch vielfach die Meinung, man könne durch Nicht-Vernetzung möglichen Hackerangriffen entgehen. Die Vernetzung findet gewollt oder ungewollt bereits statt. Über nicht ausreichend gesicherte Firmennetze, WLAN-Router, Anwendungen, in denen mögliche Security-Attacken nicht oder nur ungenügend Rechnung getragen wurde oder über Mitarbeiter, die unabsichtlich über einen USB-Stick einen Virus einschleusen. Der Deutsche Bundestag lässt grüßen. Ebenso unabdingbar sind sichere Cloud-Services. Bereits heute schon gibt es große (auch deutsche) Anbieter von Secure-Cloud-Services, welche auch kleine und mittlere Unternehmen ohne eigenes Rechenzentrum, beispielsweise für die Big-Data-Analyse nutzen können. Der langjährigen Erfahrung dieser Cloud-Provider und dem Aufwand, den diese in Security betreiben, können kleinere Unternehmen kaum nahe kommen.

Wenn man sich von dem deutschen Ansatz »Es muss alles fertig sein und zu Papier gebracht werden, bevor man loslegt« löst, kann man auch heute schon seine Fabrik »smarter« machen. Wir versuchen, über Vorträge z. B. bei der Mittelstandsvereinigung, einen Teil dazu beizutragen. Für EBV ist Industrie 4.0 ein wichtiges Thema. Als Distributor ist es eine unserer Aufgaben, unseren Kunden und Partnern mit unserer Expertise und unserem Portfolio zur Seite zu stehen. Wir bieten mit Referenzdesigns bestehend aus Hardware plus Software-IP, und umfassender Beratung auch zum Thema Security eine Basis an, mit der unsere Kunden schon heute konkret in Industrie 4.0 einsteigen können.

Über den Autor:

Erich Brockard ist Director Application bei EBV Elektronik und »Missionar« des deutschen Mittelstandes beim Thema Industrie 4.0.