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Freitag, 15. Dezember 2017

Automation

Digitalisierte Produktion erfordert neue Programmierstrategien

Von Roland Hensel | 13. November 2015 | Ausgabe 46

Industrielle Automatisierungstechnik sowie klassische Informations- und Kommunikationstechnologie wachsen zusammen. Das wird sowohl den IT-Gipfel kommende Woche in Berlin als auch die Fachmesse SPS/IPC/Drives eine Woche später in Nürnberg prägen. Folgen hat diese Entwicklung vor allem für die Praktiker in den Fabriken, die sich mit unterschiedlichen Methoden und Programmiersprachen auseinandersetzen müssen.

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Foto: Bosch

Einfach zu konfigurieren: In der Industrie-4.0-Pilothalle in Blaichach wachsen klassische Programmieraufgaben und intuitive Bedienkonzepte bereits zusammen.

Internettechnologien sollen die Abläufe in Produktionsanlagen revolutionieren. Dort stoßen sie auf robuste und im Industriealltag erprobte Steuerungssysteme. Für Praktiker ist es daher unrealistisch, den Schalter einfach umzulegen. „Die SPS-Programmierung hat weiterhin einen hohen Stellenwert und Nutzen“, ist Robert Wilmes von der Business Unit Automation Systems bei Phoenix Contact Electronics in Bad Pyrmont überzeugt. „Was fehlt, sind Engineering-Werkzeuge und Programmierer, die auf Lösungen und Bibliotheken spezialisiert sind, die beide Welten miteinander verbinden.“

Wichtige Fachbegriffe

Für die Strategien zu Industrie 4.0 sind neue Ansätze gefragt. „Hierbei müssen drei so unterschiedliche Gewerke wie Maschinenbauer, Automatisierer und Informatiker schon bei der Entwicklung und Konstruktion von Maschinen und Anlagen eng zusammenarbeiten“, berichtet Heinz Eisenbeiss, Leiter Marketing Factory Automation bei der Siemens-Division Digital Factory in Nürnberg. Für das gemeinsame Verständnis bräuchten Informatiker Kenntnisse über den Maschinen- und Anlagenbau. Umgekehrt müssten in die Studieninhalte von Maschinenbauern, Elektro- und Nachrichtentechnik-Ingenieuren noch mehr IT-Komponenten einfließen.

Eisenbeiss sieht unterschiedliche Ansätze. Automatisierer im Maschinenbau legten ihren Fokus auf Mechatronik und mechatronische Objekte. Automatisierer im Anlagenbau vernetzten dagegen Maschinen und Anlagen zunehmend mit IT-Mitteln, kümmerten sich um die Cybersecurity sowie die Anbindung an Datenbanken. Dazu seien sie auf durchgängige Plattformen mit einheitlichen Programmierstandards und Hardwareschnittstellen angewiesen, um den Integrationsaufwand zu verringern. Eisenbeiss: „Aus diesen Gründen nimmt die Objektorientierung in der Automatisierung zu.“

Qualifiziertes Personal ist hier gefragt. Mittelständler, die Komponenten, Systeme und Bediengeräte herstellen, stehen dabei im Wettbewerb mit IT-Firmen und Konzernen. „Auch hier fehlen Informatiker. Unternehmen müssen oftmals auf Quereinsteiger zurückgreifen“, erklärt Wilmes von Phoenix Contact. „Um uns gegen die großen IT- und Softwarehäuser behaupten zu können, müssen wir agile Entwicklungsmethoden schnell adaptieren“, so Wilmes. Hier sei ein iteratives Vorgehen gefragt. Software-Ingenieuren in der Automatisierungstechnik eröffneten sich so vielfältige Möglichkeiten, was die Attraktivität des Arbeitsbereiches erhöhe.

Gewohnte Umgebungen zum Programmieren nutzen

Norbert Sasse, Leiter Produktmanagement Electric Controls & Engineering bei Bosch Rexroth, sieht das ähnlich: „Je einfacher Anwender automatisierungstechnische Funktionen mit den ihnen gewohnten Entwicklungsumgebungen umsetzen können, desto schneller wird auch ein Nutzen in Bezug auf die Effizienz und die Kosten erzielt.“ Deshalb unterstütze der Softwarebaukasten Open-Core-Engineering von Bosch Rexroth neben der Programmierung in den IEC-61131-Sprachen für Industriesteuerungen eine Vielfalt von in der IT-Welt verwendeten Hochsprachen. Hierzu zählt neben Java auch die Skriptsprache Lua zur direkten Programmierung von Steuerungen.

Die laut Sasse in der Automatisierungswelt eher unbekannte Sprache ist z. B. in Grafik- und Spieleprogrammen weit verbreitet. Lua ist plattformunabhängig, die Syntax schnell erlernbar. Dadurch entstünden zusätzliche Optionen für die Programmierung intelligenter Maschinensteuerungen.

Ein großes Potenzial sieht Sasse aufgrund der sequenziellen Verarbeitung von Lua-Skripten z. B. bei Robotikanwendungen. Selbst für die Erstellung komplexer Bahnbewegungen benötige die Skriptsprache nur wenige Zeilen Code und diese würden in der Steuerung unabhängig vom bzw. parallel zum SPS-Programm verarbeitet. „Der Nutzen besteht in der Anwendungsvielfalt, der hohen Performance und Erweiterbarkeit. Genau das, was in der Automatisierung gefragt ist“, erklärt Sasse.

Damit folgt Bosch Rexroth einem Trend, den Claus Oetter, stellvertretender Geschäftsführer des VDMA-Arbeitskreises Software, als Gamification bezeichnet: „Spielehersteller haben ihre Animationen perfektioniert. Deshalb greifen Industrieunternehmen bei Simulationen gern darauf zurück. Inzwischen gibt es Softwareunternehmen, die gezielt Spieleentwickler für technisch anspruchsvolle Arbeiten rekrutieren und mehr als die Hälfte ihres Umsatzes in der Industrie machen.“ Auf der Messe SPS/IPC/Drives in Nürnberg zeige z. B. das Unternehmen Centigrade eine Bedienschnittstelle mit Gamification-Elementen, die für Trumpf Werkzeugmaschinen und SEW-Eurodrive entwickelt wurde.

Technisch lassen sich damit in Zukunft auf der Fertigungsebene immer mehr Informationen als Dienstaufrufe zwischen den Maschinen und zur betriebswirtschaftlichen IT austauschen, wobei jedes Gerät und jeder Dienst eigenständig eine Kommunikation zu anderen Diensten initiieren kann. „Dies führt zu völlig neuen Entscheidungskonzepten und zum Ablösen der heute vorherrschenden deterministischen Planung hin zu einer proaktiven, echtzeitbasierten Steuerung der Produktion“, resümiert Arnold Herp, Geschäftsführer von Heitec Innovations in Erlangen. Dazu sei ein starker Ausbau der Maschine-Maschine-Kommunikation mit Gateways (Netzübergängen) erforderlich, um aus Daten objektorientierte Informationen und aus den gespeicherten und aktuellen Informationen Wissen generieren zu können.

Software macht den Unterschied

„Dies ist ein Wettbewerbsvorteil, denn Unternehmen unterscheiden sich zunehmend über Software – auch Maschinenbauer“, sagt Herp. Die Herausforderung der Zukunft liege in der durchgängigen Digitalisierung der gesamten Wertschöpfungskette, vom Produktdesign über die Fertigung bis hin zum Vertrieb und Service.

Schnittstellen bleiben dabei wichtig, wenn bestehende Steuerungen und das Fachwissen der vorhandenen Mitarbeiter einbezogen werden sollen. „Wir müssen Brücken schaffen, auch wenn in 20 Jahren die Automatisierung ausschließlich objektorientiert projektiert wird“, führt Herp aus. Viele Hersteller wie Siemens, Beckhoff, B&R und Bosch Rexroth hätten dafür zwar schon objektorientierte Werkzeuge. Es fehlten allerdings noch die Ressourcen und Programmierer, um sie auch richtig nutzen können.  

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