IT meets Automation

IT – Die Kommunikation innerhalb der Fertigung ist wichtiger denn je. So wichtig, dass sich ein ganzes Hochschulinstitut damit beschäftigt.

17. Dezember 2008

Liefen bisher kilometerlange, armdicke Kabelstränge quer durch die Fabrikhallen, besteht heute der Wunsch nach drahtlosen Systemen bei Automatisierung und Fertigung als eine sinnvolle Ergänzung zu leitungsgeführten Netzwerken.

Einen Antrieb dazu gibt den Unternehmen im europäischen Maschinen- und Anlagenbau der generelle Druck, die Produktivität ständig zu steigern. Kernfaktoren sind Automatisierungstechnik und Informationstechnologie, dabei spielt die industrielle Kommunikation eine wesentliche Rolle. Bereits vor 15 Jahren erkannten Fachleute, dass eine durchgängige Kommunikation über alle Unternehmensebenen Entscheidend dazu beitragen kann, die Produktivität zu erhöhen. Im Idealfall sollte die Kommunikation vom Schreibtisch in der Chefetage bis in die einzelne Produktionsanlage und den einzelnen Sensor funktionieren. Dazu müssen die richtigen Informationen zur richtigen Zeit, am richtigen Ort, in der notwendigen Qualität verfügbar sein.

Durch optimierten Datenfluss ersparen sich die Unternehmen viel Aufwand und Kosten bei Installation und Betrieb, sie erreichen mehr Flexibilität in den Anlagen und können bestehende Lösungen schnell konfigurieren. Allerdings gibt es derzeit für funkbasierte Kommunikation in der industriellen Automatisierungstechnik keine universelle Lösung. Das Problem ist, dass durch die Einführung von Funklösungen zwar die Flexibilität erhöht wird, aber aufgrund der Eigenschaften von Funksystemen Schwächen in der Zuverlässigkeit und der Echtzeitfähigkeit bestehen. Außerdem sollen sich die drahtlosen Komponenten nahtlos in drahtgebundene Lösungen integrieren lassen.

Flexible Architektur

Hier setzen verschiedene Forschungsprojekte des Instituts Industrial IT, kurz InIT, der Hochschule Ostwestfalen-Lippe in Lemgo an. Ein Ziel ist, eine offene, flexible Architektur für die Sensor-Aktor-Kommunikation zu entwickeln. Unter der Leitung von Institutsleiter Prof. Dr. Jürgen Jasperneite geht das Team des InIT der Frage nach, wie sich Kommunikationssysteme in existierende Anwendungssoftware integrieren lassen und drahtlose Systeme wie WLAN den Anforderungen an die Qualität in der Industrie gerecht werden können.

»Nach Schätzungen von Systemintegratoren können durch den Einsatz drahtloser Netze die Kosten für den Betrieb und das Engineering von Maschinen und Anlagen um 20 Prozent reduziert werden«, erklärt Jasperneite. Technische Lösungsansätze für höhere Zuverlässigkeit sind ein separates Frequenzband für Anwendungen in der industriellen Automatisierungstechnik, neue adaptive Kanalbelegungsverfahren oder die Nutzung »intelligenter« Antennen. Entscheidend wird aber sein, dass sich die Industrie auf die Definition und Testverfahren wichtiger Systemeigenschaften als akzeptierte Grundlage für die Bewertung einlässt. Das InIT verfolgt die Vision eines »Internet der Maschinen«, in dem Maschinen im Endeffekt autonom, selbstkoordinierend und kommunikativ miteinander agieren können.

Dazu benötigen die Ingenieure und Informatiker neben anderen Technologien Echtzeitkommunikation, verteilte Echtzeit-Software, Echtzeitbildverarbeitung und Mustererkennung. Das InIT wurde Ende 2006 als sogenannte Kompetenzplattform des Landes Nordrhein-Westfalen gegründet und erhält so eine Anschubfinanzierung vom dortigen Innovationsministerium. Durch die Einbettung in die Hochleistungsregion Ostwestfalen- Lippe mit rund 500 Firmen aus Maschinenbau, Industrieelektronik und Automotive und den beiden Marktführern der Automatisierungstechnik Phoenix Contact und Weidmüller in unmittelbarer Umgebung trifft es auf ideale Bedingungen für die kooperative und transferorientierte Forschung. Dies äußert sich in einer Vielzahl gemeinsamer Projekte. Außerdem forscht das InIT auch in nationalen und internationalen öffentlich geförderten Vorhaben. Eines der jüngsten Projekte ist das EU-Projekt Flexware, in dem es um die flexible drahtlose Automatisierung in Echtzeitumgebungen geht. Automatisierungstechnik ist nicht der einzige Anwendungsbereich, so dreht sich im Bereich der Echtzeitbildverarbeitung und Mustererkennung viel um das Thema Dokumentensicherheit. Sechs Professoren des Fachbereiches Elektrotechnik und Technische Informatik, mehr als 30 drittmittelfinanzierte wissenschaftliche Mitarbeiter und eine Forschungsmanagerin als zentrale Koordination arbeiten an derzeit 13 Forschungsvorhaben. Das Drittmittelvolumen beläuft sich im Jahr 2008 auf 1,7 Millionen Euro.

Auf Basis von WLAN

Mit dem BMBF-Projekt RAVE (Realtime Automation Networks in moving Industrial Environments) will das InIT mobile kabellose Dienste mit Blick auf Echtzeitfähigkeit, IT-Sicherheit und Serviceorientierung auf Basis von WLAN realisieren. Ein Demonstrator zeigt, wie der Zellwechsel von mobilen Teilnehmern in einer zellularen Industrial WLAN- Umgebung in der Zukunft ablaufen soll. Mit Standardtechnik kann es beim Überleiten von einer Zelle in eine andere zu Verbindungsabbrüchen kommen. Dieser Effekt tritt zum Beispiel beim Handy bei Überlandfahrten mit dem Auto auf. Für Echtzeitanwendungen in ausgedehnten Anlagen ist das nicht akzeptabel und würde die Verfügbarkeit einer Anlage einschränken.

Das InIT arbeitet darum mit einem »Switched WLAN«, das eine zentrale Engineering-Sicht auf eine dezentrale WLAN-Infrastruktur ermöglicht. Hierdurch lassen sich die dynamischen Abläufe in einer WLAN-Installation besser voraussagen und optimieren als mit jetziger Technik. Aufschluss über die Leistungsfähigkeit drahtloser Übertragung geben vor allem Tests. Das InIT hat beobachtet, dass Automatisierungsprodukte durch den Einsatz von IT-Protokollen immer komplexer werden und aufgrund verschiedener Forschungsprojekte hochspezialisierte Netzwerk-Messtechnik im eigenen Haus vorhanden ist. Darum plant es, der Industrie dieses Know-how durch Aufbau eines neutralen Testcenters für Protokoll- und Robustheitstests von drahtlosen und drahtgebundenen Automatisierungskomponenten zugänglich zu machen. So sparen die Hersteller nicht nur Zeit und Geld, sie schaffen auch mehr Vertrauen in neue Technologien bei ihren Kunden. Feldbussysteme werden in den nächsten Jahren deutliche Wachstumsraten aufweisen. Die nächsten Schritte der industriellen Kommunikation sind aber geprägt durch die intensive Nutzung von Informationstechnologien. Dazu bedarf weiterhin es intensiver Forschung.

Weiter ausbauen

Die rechtzeitige Gestaltung des Gebietes Industrial IT und die Nutzung und Aufbereitung von Informationstechnologien für die Automatisierungstechnik werden dazu beitragen, dass der deutsche Maschinen- und Anlagenbau seine führende Position weiter ausbauen kann. Das gilt nicht nur für die anstehenden Forschungs- und Entwicklungsaufgaben, sondern vor allem auch für die Ausbildung. Um die zunehmende Komplexität zu beherrschen, benötigt die Industrie Ingenieure, die neben dem Prozess-Know-how auch über fundierte Kenntnisse aus dem IT-Bereich verfügen. Darum fließen Erkenntnisse aus der Forschung direkt in die Lehre ein. Spätestens 2010 zieht das Institut aus den provisorischen Containern in das geplante Innovationszentrum »Industrial IT« auf dem Campus der Hochschule OWL in Lemgo um. Dieses ist eines der sieben Leitprojekte der Initiative »Ostwestfalen-Lippe: Leadership durch Intelligente Systeme«. Mit dem InIT als technologischer Keimzelle wollen mehrere Unternehmen künftig gemeinsam die Gestaltungskraft für den Einsatz von IT in der Automatisierung entwickeln.

In das rund 5.500 Quadratmeter große Gebäude werden neben dem InIT die Unternehmen Phoenix Contact, Weidmüller, KW-Software, Owita und ISI Automation einziehen und mit neuen Kooperationsmodellen die Zusammenarbeit intensivieren.

Institutsleiter Jasperneite: »Die Promotion zum Leitprojekt der Initiative ›OWL: Leadership durch Intelligente Systeme‹ ist zum einen eine großartige Anerkennung der bisherigen Arbeiten in unserer Hochschule und zeigt uns, wie gut das Projekt die Initiative ergänzt.

Gleichzeitig ist damit aber auch der Anspruch verbunden, das Projekt konsequent zum Erfolg zu führen und damit einen wichtigen Beitrag zur Stärkung unserer Region zu leisten.«

Nadine Dreyer, InIT/mk

Erschienen in Ausgabe: Wer macht was?/2009