Kommunikation der Zukunft
Wofür brauchen wir eigentlich eine I4.0-Referenzarchitektur?
Kein Thema war jemals in der Automatisierungstechnik so omnipräsent wie Industrie 4.0 (I4.0). Eigentlich ist das kein Wunder, denn I4.0 hat viele Facetten. Gemeinsam ist ihnen die konsequente Nutzung von Netzwerktechnologien, wie wir sie aus dem Internet kennen. Deshalb spricht man auch vom ´Internet der Dinge´ (IoT=Internet of Things). Alle Komponenten einer Fabrik verfügen zukünftig über ein IoT-Interface und können so direkt miteinander kommunizieren. Klassische Architekturen wie z.B. die Automatisierungs-Pyramide entfallen dadurch und es entsteht ein Netzwerk (Bild 1), welches zunächst einmal keine erkennbare Struktur mehr hat.
Hier setzt die Notwendigkeit der Vorgabe eines Referenzmodells an. Die direkte Ankopplung der Komponenten einer Fabrik an die Cloud beschreibt lediglich die hardwareseitigen Vorgaben für die Kommunikation. Darüber hinaus braucht es ein Ordnungsschema, wie die Kommunikation in diesem riesigen IoT-Netzwerk organisiert wird. Diesem Thema hat sich die Arbeitsgruppe 1 aus der Plattform I4.0 in den letzten Monaten gewidmet und dabei das RAMI-Referenzmodell und die Definition der I4.0-Komponente erarbeitet. Nachfolgend werden die Überlegungen, die dazu geführt haben, schrittweise vorgestellt.
Wer kommuniziert?
Um diese Frage zu beantworten muss man sich vor Augen halten, dass es nicht um den Ersatz eines Feldbusses geht, der im Wesentlichen der Übermittlung von aktuellen Mess- und Steuerdaten dient. Unter I4.0 versteht man die abstrakte Vernetzung von Anlagen, Anlagenteilen, ganzen Fabriken, Werkstücken, aber auch CAD-Systemen für das Design von Produkten und Anlagen. Nachfolgend wird hierfür als Sammelbegriff für die Netzwerkteilnehmer der Begriff Assets verwendet. Aus der Auflistung wird klar, dass der gegenseitige Zugriff auch schon vor Fertigstellung der Produktionsanlage möglich ist, in dem z.B. das CAD System, mit dem die Anlage geplant wird, auf bestimmte Spezifikationsdaten der später eingesetzten Komponenten zugreift. Nur wenn man dieses einfache Beispiel vollständig verstanden hat, wird einem der Unterschied zwischen Feldbus und I4.0 richtig klar.
Was wird kommuniziert?
Das Netzwerk dient der Bereitstellung von Daten jedes der Assets aus einer beliebigen Phase seines Lebenszyklus. Man kann also genauso auf die Datenblattangaben wie auf den aktuellen Messwert eines Sensors zugreifen. Dabei muss man unterscheiden in Typ-Daten, die für alle Assets eines Typs gleich sind (z.B. Datenblattangaben) und Instanz-Daten, die einem individuellen Einzelstück zugeordnet werden (z.B. Kalibrierdaten). Bild 2 zeigt dies am Beispiel eines Sensors. Selbstverständlich stehen nicht alle Daten zu jedem Zeitpunkt zur Verfügung. So kann man mit dem CAD-System bei der Planung der Anlage lediglich auf die Typ-Daten des vorgesehenen Sensors zugreifen. Ein Zugriff auf die Instanz-Daten ist erst nach dem Einbau des Sensors in die Anlage möglich. Damit der Datenaustausch effektiv erfolgt, ist es notwendig, die Kommunikation zwischen den Assets zu organisieren. Dazu wurde der Ansatz der Service Oriented Architecture (SOA) gewählt. Jeder Teilnehmer veröffentlicht dazu in einem Verzeichnis seine angebotenen Services. Ein Servicenutzer sucht sich aus dem Verzeichnis den passenden Service aus und baut eine direkte Verbindung auf.
