Auch in modernen Fabriken findet heutzutage im Hochlohnland Deutschland mehr Handarbeit statt als rational zu erklären wäre: Betriebsdaten werden punktuell per Handeingabe - zum Beispiel über BDE-Terminals - und Papierausdruck übergeben. In kleineren, mittelständischen Fertigungsbetrieben mit geringem Volumen mag dies noch Sinn machen. Bei großen Stückzahlen, hohen Anforderungen in Bezug auf Qualitätssicherung (Stichwort: Chargennachverfolgung) und Just-in-Time-Lieferketten ist dieses Vorgehen jedoch nicht mehr nachzuvollziehen. Wer glaubt, die Automatisierungsmöglichkeiten seien hier weitgehend ausgereizt, übersieht großzügig die noch flächendeckend praktizierte Datenweitergabe per Zuruf.
Versäumnisse der Hersteller
Hoch automatisierte Produktionsprozesse liefern nicht weniger, sondern wesentlich mehr Daten als im betriebswirtschaftlichen Bereich anfallen. Aufgrund von Schnittstellen-Problemen war der automatisierte Zugriff auf diese Daten aus der Unternehmenssoftware bisher fast unmöglich. Laut Ralph Langner von der Hamburger Firma Langner Communications AG gibt es dafür meherere Gründe. Zum einen haben Hersteller von Automatisierungstechnik die Datenübergabe bislang eher als notwendiges Übel gesehen und demzufolge nicht in technisch weitsichtige Lösungen investiert. Können Daten einer SPS (SPS = speicherprogrammierbare Steuerung) in einer Excel-Tabelle angezeigt werden, gilt dies als Nachweis ausreichender Kommunikationsfähigkeit.
Außerdem haben Softwarehersteller von Visualisierungs- und Leitsystemen traditionell die Fertigungszelle im Blick, selten jedoch größere Einheiten. Die so entstandenen Inselarchitekturen bieten wenig Ansatzpunkte für eine übergreifende Vernetzung. Schließlich ist die Systemlandschaft in einem typischen Fertigungsbetrieb geprägt durch die Koexistenz mehrerer Technologiegenerationen. Zwanzig Jahre alte Steuerungen und Leitsysteme auf Basis von Nicht-Microsoft-Betriebssystemen sind auch in modernen Fabriken keine Ausnahme. Das Nebeneinander von Punkt-zu-Punkt-Schnittstellen, Feldbussen und Ethernet trennt mehr als es verbindet.
Diese technischen Barrieren geht Langner mit der Softwarefamilie I-Plant und der Nutzung von XML als universelles Datenformat an. Kern des Systems ist ein virtuelles Netzwerk, in dem alle Daten in einem einheitlichen Format ausgetauscht werden. Der Anbieter hat dafür den XML-Dialekt "Factory XML" (www.factoryxml.com) kreiert. Er besteht aus einem XML-Namespace speziell für die Industrieautomation sowie aus einem Schicht-7-Protokoll, das oberhalb von TCP und UDP eingesetzt werden kann. Ein solches Protokoll ist laut Langner erforderlich, weil sich Alternativen wie Soap aufgrund fehlender Performance und fehlender Features wie ereignisgesteuerte Benachrichtigungen nicht zur Online-Übertragung von Live-Automatisierungsdaten eignen.
Eine Besonderheit von I-Plant besteht darin, dass sämtliche Daten während der Übertragung noch an der Quelle, also an der Automatisierungsperipherie, über die dort installierten Gateways in Factory XML umgewandelt werden und somit ohne weitere Zwischenschritte für alle Clients in einem einheitlichen Format vorliegen. In traditionellen MES-Architekturen (MES = Manufacturing Execution System) wird diese Aufgabe der Datennormalisierung durch eine zentrale Datenbank vorgenommen, mit entsprechenden negativen Auswirkungen auf Performance und Ausfallsicherheit.
Die Anbindung an die vorhandene Systemperipherie mit ihren traditionellen Schnittstellen erfolgt bei I-Plant durch unterschiedliche Konnektoren unter anderem für marktgängige Industriesteuerungen wie Siemens S7, OPC-Server (OPC = OLE for Process Control), Datenbankzugriff per ODBC und Modbus. Zur Seite der Unternehmenssoftware hin offeriert I-Plant einen Web-Service-Connector sowie eine Schnittstelle zu SAP R/3. Damit gibt es einen direkten Zugriff auf sämtliche Produktionsdaten, wobei Betriebssystemgrenzen aufgrund des XML- und Java-Einsatzes keine Rolle spielen. Die Bandbreite der unterstützten Plattformen reicht vom Unix-Server bis zum PDA.
Ein weiteres Plus der Lösung ist laut Langner, dass I-Plant komplett fehlertolerant ausgelegt werden kann, während die zunehmend Verbreitung findenden OPC-Server keinerlei Verfahren für Ausfallsicherheit vorsehen. Für jede Datenquelle können mehrere, redundant (Hot-Standby) arbeitende Konnektoren gestartet werden. Das Monitoring der Konnektoren erfolgt durch einen Directory Service anhand der Signale (Heartbeats). Bei ausbleibenden Heartbeats schaltet der Directory Service automatisch auf einen Standby-Connector um und informiert den Systemadministrator per E-Mail. Da die I-Plant-Clients über den Directory Service auf die Automatisierungsperipherie zugreifen, bleibt dieses Umschalten und auch das Reaktivieren gestörter Systemkomponenten völlig transparent. Der Directory Service selbst ist ebenfalls redundant ausgelegt (Hot-Backup).
Integration erfordert Fehlertoleranz
Eine fehlertolerante Architektur ist im Zuge einer vertikalen Integration unverzichtbar, da hier - anders als bei einer traditionellen Fertigungsinsel - nicht lediglich ein einzelner Client (zum Beispiel eine Visualisierungskomponente) betroffen ist, wenn ein Datenlieferant ausfällt, sondern eine Vielzahl von Clients bis hin zum ERP-System.
Schließlich eignet sich die auf XML basierende Architektur auch zur datentechnischen Online-Anbindung von ausgelagerten Betriebsstätten, da Betriebsdaten in einem einheitlichen Format übertragen werden und somit zentral zusammengeführt werden können. Da Factory XML außerdem ereignisgesteuerte Transaktionen unterstützt, ist die zu übertragende Datenmenge stark reduziert, so dass auch schmalbandige Internet-Verbindungen (VPNs) genutzt werden können. (ue)