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Die Bedeutung der Konnektivität für die Industrie 4.0 oder das IIoT

Interview mit Branchenexperten um den Hype von Fakten zu trennen
Die Bedeutung der Konnektivität für die Industrie 4.0 oder das IIoT

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Man könnte glauben, dass in den letzten ein oder zwei Jahren einfach zu viel über Konnektivität geschrieben wurde und das Thema zu viele Spalten in der Presse füllt. Es ist jedoch ein wichtiges Thema. In Wirklichkeit zählt es zu den wichtigsten Fragestellungen im Zusammenhang mit der Realisierung von Lösungen für die Smart Factory. Konnektivität ist die Grundlage der digitalen Transformation in der Produktion. Ohne Kommunikation von Maschine zu Maschine, von Maschine zu System und Maschine zu Bediener können keine der Vorteile der Industrie 4.0 oder die Smart Factory umgesetzt werden.

Um den Hype von den Fakten zu trennen, stellten wir vier Fragen an sechs Branchenexperten, die eng in den Einsatz von smarten Fertigungssystemen eingebunden sind. Lesen Sie hier, was sie zu sagen haben.

Wie sehen Sie die Bedeutung der Konnektivität für die Industrie 4.0 oder das IIoT?

James Mok -Strategy, IoT and Big Data at Dassault Systèmes (www.3ds.com): Im Mittelpunkt der Basistechnologie der Industrie 4.0 steht die gespiegelte Abbildung der physikalischen Welt, die manchmal auch digitaler Zwilling genannt wird. Diese digitalen Zwillinge stellen nicht nur die Produkte dar, sondern auch die Prozesse und Abläufe vom Design über die Konstruktion bis zur Produktion und den Services. Bei Dassault Systèmes bieten wir nicht nur Lösungen für diese digitalen Zwillinge an, sondern betrachten es als wesentlichen Faktor unserer Strategie, innerhalb unserer 3D Experience-Plattform eine digitale Kontinuität bereitzustellen, sodass die digitalen Zwillinge reibungslos miteinander arbeiten. Um das Design, die Konstruktions- und Produktionsprozesse zu optimieren, müssen wir die Lücken zwischen den Silos der Wertschöpfungskette und auch zwischen der virtuellen und physikalischen Welt schließen. Die Konnektivität ist für die digitale Kontinuität entscheidend.

Sam Wong TS, Manufacturing Technology Product Management Manager at Keysight Technologies (www.keysight.com): Im Produktionssektor gibt es viele verschiedene Anbieter mit ihrer jeweiligen Spezialisierung auf ihren Fokusbereich. Es wurde weniger an das große Ganze oder andere Ausrüstungen gedacht, zumindest nicht bis heute. Damit die Industrie ihre Prozesse optimieren kann, um eine höhere Leistung zu erreichen und die Vorteile der Industrie 4.0 zu nutzen, muss eine Synergie hinsichtlich des Datenaustauschs zwischen den Anbietern vorhanden sein. Eine gemeinsame Plattform oder Standards sind für die Umsetzung erforderlich.

Peter Bollinger, CEO of iTAC Software (www.itacsoftware.com): Konnektivität ist die Grundlage, um Eigenschaften und Funktionen der Industrie 4.0, IIot oder Smart Factory-Lösungen zu implementieren. Das Ziel besteht darin, dass die Konnektivität einfach und standardisiert ist, aber im heutigen Produktionsumfeld sehen wir alle Arten von unterschiedlichen Maschinenmodellen mit verschiedenen Schnittstellen und Steuerungen, je nachdem, wie alt sie sind. Da Kunden die Produktionsqualität und die Gesamtleistung des ganzen Werkes verbessern möchten, müssen wir in der Lage sein, jede Maschine vernetzen zu können, und das bedeutet auch Altsysteme, die vielleicht vor 5 bis 15 Jahren installiert wurden. Letztendlich müssen Anbieter von Softwarelösungen und Maschinenhersteller enger zusammenarbeiten, um die Vernetzung durch die Standardisierung zu vereinfachen, da Kunden zuverlässige Funktionen benötigen, um ihre Ziele voranzutreiben und in dieser Hinsicht nicht zu viele Bedenken in Bezug auf die technische Lösung haben.

Brain D’Amico, President of Mirtec Corporation (www.mirtecusa.com): Konnektivität ist der erste entscheidende Schritt in Richtung Implementierung der Industrie 4.0 in der Elektronikfertigung. Das ultimative Ziel ist es, höhere Produktivitätsniveaus zu erreichen, indem alle Teile des Produktionsprozesses durch die Maschine-zu-Maschine (M2M)-Integration und das industrielle Internet der Dinge verbunden werden. Dafür ist es erforderlich, Daten auf einer zentralisierten Plattform zu erfassen, die dann analysiert werden können, um den Produktionsprozess zu optimieren, indem ineffiziente Verfahren, Kapazitätsverluste, Verschwendung und Leistungsengpässe beseitigt werden.

Gerry Padnos, Director of Technology at Juki Automation Systems (www.jukiamericas.com): Ich betrachte die Industrie 4.0 als den USB des Produktionssektors. Jeder möchte einfach alle seine Geräte miteinander verbinden, sodass sie ohne viele Probleme oder Frustrationen „einfach funktionieren“. Eine einfache Schnittstellenkommunikation und Interoperabilität werden sehr wichtig sein, um eine kontinuierliche Effizienz- und Produktvitätsverbesserung und Kosteneinsparungen zu erzielen. Es ist uns ziemlich klar, dass die Kunden diese Funktionalität wünschen, aber sie war bis jetzt noch nicht verfügbar. Wir sehen in letzter Zeit mehr Druck auf den Herstellern, um eine einfachere und bessere Konnektivität bereitzustellen, und ich glaube, dass dieser Druck auch weiterhin bestehen bleibt.

Thomas Marktscheffel, Director Product Management SW-Integration Platform at ASM Assembly Systems (www.asm-smt.com): Eine smarte Ausstattung – wie ASMs SMT-Lösungen – ist und bleibt die Basis für jedes effiziente Elektronikwerk. Konnektivität und Integration sind die neuen Herausforderungen. Nur Elektronikhersteller, die zuverlässige Daten in Echtzeit unabhängig von Zeit, Ort und Gerät liefern, werden ein smartes SMT-Werk agil und wettbewerbsfähig führen können.

Dazu sind strategische Partnerschaften zwischen Elektronikherstellern und kompetenten digitalen Transformationsexperten erforderlich – für ein zielgerichtetes Handeln in Teams, für Workflows anstelle von Produktion und für offene Standards anstelle von geschützten Inseln. Maschinen- und Software-Hersteller müssen „netzwerken“ – nicht nur technisch, sondern mit Kunden, Partnern und Mitbewerbern.

Was sind die zentralen Herausforderungen in Bezug auf Konnektivität in unserer heutigen Industrie?

James Mok: Es gibt zwei Hauptthemen. Erstens, der Standard bei den Kommunikationsprotokollen. Zweitens, die gemeinsame Semantik bei der Interpretation der Mitteilungen. Es wäre keine Herausforderung, wenn alle Maschinen der Welt dasselbe Kommunikationsprotokoll verwenden und dieselbe Semantik haben würden. Es gab viele Versuche, einen solchen Standard festzulegen. In der Realität der Automation ist so ein dominanter Standard fast unmöglich. Und zwar aus mehreren Gründen: Erstens hat jedes Protokoll sein Für und Wider, es gibt immer Kompromisse bei der Wahl eines Protokolls, je nach aktuellem Anwendungsfall. Zweitens gibt es immer Altgeräte und -maschinen, die nicht mit den verbreiteten Standards mithalten können. Drittens gibt es eine kontinuierliche Entwicklung in der eingesetzten Netzwerktechnologie (Ethernet, Wifi, 5G). Schließlich gibt es immer politische Auseinandersetzungen zwischen leistungsstarken Anbietern und manchen Regierungsstellen, um Standards festzulegen. Aus diesem Grund ist es trotz aller Anstrengungen zur Vereinfachung der Landschaft der Konnektivitätsstandards unwahrscheinlich, dass es eine Universallösung gibt.

Sam Wong: Es gibt zu viele Anbieter, von denen jeder unterschiedliche Standards hat. Einige dieser Standards sind geschützt und stellen verschiedene Anforderungen an die Hardware. Dann wiederum haben Kunden Altsysteme. Einige Testabteilungen müssen auch die Vorgaben des Unternehmens einhalten, um der globalen Strategie zu entsprechen. Gesellschaften werden länger brauchen, um die Anforderungen aller Standorte zu erfüllen, von denen jeder unterschiedliche Standards und Anforderungen aufweist.

Peter Bollinger: Das Hauptproblem mit den Standards ist, dass es zu viele gibt und ältere Ausstattungen eine Herausforderung darstellen, um einen einzigen Standard für alle Werke zu übernehmen. Dazu kommt, dass Unternehmen Anwendungen spezifisch an ihr Unternehmen angepasst haben, die auch vernetzt werden müssen. Unsere Aufgabe ist es, alle Verbindungen zu den oberen und unteren Ebenen herzustellen, um Geschäftsprozesse auszuführen, die zwischen Werken und Standorten variieren, auch wenn sie derselben Gesellschaft angehören. Außerdem müssen wir auch das bestehende Umfeld berücksichtigen. Unternehmen werden nicht ihre Maschinen oder Geschäftsanwendungen austauschen, damit wir eine neue Standardverbindung implementieren können. Jeder neue Standard wird zusätzlich zu einem bestehenden hinzugefügt. Über einen viel längeren Zeitraum ist es vielleicht möglich, einen einzigen Standard zu etablieren, aber das würde bedeuten, dass der Standard von allen Ausstattungslieferanten der Branche akzeptiert werden muss und in technischer Hinsicht sehr lange bestehen muss.

Brain D’Amico: Eine der größten Herausforderungen bei der M2M-Kommunikation ist die Fähigkeit, eine nahtlose Konnektivität zwischen verschiedensten Montageausrüstungen bereitzustellen. Fakt ist, dass die verschiedenen Anbieter unterschiedliche Kommunikationsprotokolle, Datenformate und Standards verwenden.

Gerry Padnos: Die größte Herausforderung besteht darin, jeden dazu zu bewegen, auf dasselbe Ziel hinzuarbeiten. Da ein guter Standard fehlt, haben viele Unternehmen eigene Standards festgelegt. Einige dieser Unternehmen zögern jetzt jedoch mit der Umstellung, weil ihr System funktioniert. Eine weitere große Herausforderung ist die Anzahl der älteren Maschinen, die weltweit eingesetzt werden. In einigen Fällen ist es schwierig, teuer oder einfach unmöglich, sie auf die neue Technologie upzugraden. In der PC-Industrie sahen wir einen verhältnismäßig schnellen Übergang zu neuen Technologien wie USB und HDMI, aber wir sprechen über ein Produkt mit einem weitaus geringeren Preis und einer typischen Nutzungsdauer von drei bis fünf Jahren. Die Maschinen, die in der SMT-Industrie verwendet werden, sind um vieles teurer und werden viel länger eingesetzt, daher wird es viele Jahre dauern, bis die Ausrüstung für die Industrie 4.0 mit entsprechend kompatiblen Maschinen ersetzt wird.

Thomas Marktscheffel:Bis jetzt gibt es den einzigen und alleinigen Standard, „der alles abdeckt“, nicht. Heute sind die meisten Daten immer noch in „Silos“ eingeschlossen – in geschützten Formaten verschiedener Hersteller, in Maschinen, der Produktionsstätte und eigenständigen Lösungen. Außerdem verwenden verschiedene Industriebereiche seit Jahren verschiedene Standards. Ich vermute, dass mittelfristig einige wenige Standards nebeneinander bestehen werden, die in ihren jeweiligen Industrien bestimmte Rollen spielen. Langfristig könnte es zu einer Konvergenz kommen. Vorläufig sind Aufgeschlossenheit und Flexibilität immer noch entscheidend für eine erfolgreiche Kommunikation und Integration. Daher wird ASM weiterhin Industriestandards unterstützen, die unsere Kunden verwenden, und auf Kundenanforderungen und die Industriebedürfnisse reagieren.

Erklären Sie Ihre Strategie, wie Sie sich mit diesen Fragen und Herausforderungen auseinandersetzen.

James Mok: Bei Dassault Systèmes verfolgen wir in Bezug auf die Konnektivität eine offene Strategie. Wir sind kein Hardware-Unternehmen, das im Gegensatz zu vielen anderen Automatisierungsunternehmen auf Hardware-Umsätze angewiesen ist. Das treibt sie an, ihren eigenen Standard zu übernehmen und zu fördern. Wir stellen sicher, dass unsere Software-Systeme agnostisch arbeiten und alle Arten von Maschinen und Geräten erkennen. Außerdem haben wir gängige Standards wie OPC-UA und MQTT aus dem IIoT in unsere eigenen Lösungen übernommen, wir arbeiten mit Partnern, um unsere Konnektivität wie Cogiscan im Bereich der SMT-Integration zu verbessern, die heute zentral für die elektronische Fertigung ist.

Sam Wong: Es gibt keine einzelne Lösung, um dieser Diversität zu entsprechen. Unsere Strategie ist es, uns auf Partner zu verlassen, die uns die Schnittstellen liefern, Partner wie Cogiscan, die sich darauf spezialisiert haben.

Peter Bollinger: Wir werden weiterhin ein Konnektivitätsinstrumentarium in unseren Lösungen bewahren, um die erhaltenen Informationen in unser eigenes internes Standardprotokoll zu konvertieren, das alle unsere Softwaremodule für eine nahtlose und zuverlässige Kommunikation versorgt. Natürlich werden wir neue Standards hinzufügen, sobald Sie am Markt auftauchen. Wir kennen einige neue Standards, die derzeit entwickelt werden, und es sind nicht nur diejenigen, die Schlagzeilen machen wie Hermes oder CFX. Es gibt auch Maschinenanbieter, die neue Standards hinzufügen oder bestehende aktualisieren. Cogiscan gehört zu unserem angebotenen Instrumentarium und wir implementieren deren Lösung in eine iTACAPI-Standardschnittstelle. Mit diesem Konzept können wir unser Schnittstellen-Instrumentarium vor allem für alte Ausrüstungen verbessern.

Brain D’Amico: Eine wirklich nahtlose Datenintegration verschiedener Herstellerausrüstungen erfordert eine neue Ebene der Konnektivität, die in der Regel als „Middleware“ bezeichnet wird. Anstatt das „Rad neu zu erfinden“ beschlossen wir bei MIRTEC, strategisch mit Unternehmen wie Cogiscan zusammenzuarbeiten, die sich auf die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation spezialisiert haben. Diese Partnerschaften ermöglichen uns eine problemlose Vernetzung mit praktisch jeder Maschine der Fertigungslinie, ohne wertvolle Engineering-Ressourcen zu binden. Damit überwinden wir auch die Hürde, mit Systemen der Konkurrenz arbeiten zu müssen.

Gerry Padnos: Wir versuchen immer, verschiedene Protokolle und Standards zu unterstützen, aber wir haben auch Versuche in der Vergangenheit gesehen, um die Standards abzulösen. Es ist schwierig zu wissen, was mit den neuen Standards wie CFX und Hermes geschieht. Aus diesem Grund ist es auch schwierig, große Software-Investitionen zu rechtfertigen, die vielleicht nie vollständig übernommen werden. Ich bin sicher, dass den meisten Ausrüstungsherstellern die Daten für CFX zur Verfügung stehen, aber die Vernetzung herzustellen ist derzeit noch nicht umsatzfördernd. Anstatt uns von unserer Hauptaufgabe ablenken zu lassen, die hochwertigsten Maschinen zu bauen, arbeitet Juki schon seit vielen Jahren mit Cogiscan zusammen. Da Cogiscan ein neutraler Dritter ist und bereits Zugang zu den erforderlichen Daten vieler Maschinenhersteller hat, ist es für das Unternehmen nur der nächste Schritt, die Daten in das CFX-Format zu konvertieren. Es ist für jeden einfacher und schneller, und hilft den Kunden hoffentlich, die Vorteile schneller zu nutzen.

Thomas Marktscheffel: ASM bietet bereits ein abgestimmtes Portfolio an Produkten und Services für alle Integrationsniveaus an – von Leiterkarten-Informationen über Standards und einem MES für die Prozessdatenintegration im digitalen Zeitalter bis hin zu einer IIoT-Plattform für Anwendungen. Wir haben die Antworten für ausgewählte Partner für alle Fragen der Daten- und Prozessintegration. Wir sind auch überzeugt, dass Aufgeschlossenheit wichtig ist. Konnektivität und Integration sind mehr als technische Konzepte. Kein Anbieter kann alles anbieten, aber er muss bereit und in der Lage sein, mit anderen Leuten und Unternehmen auf respektvolle und vertrauenswürdige Weise zu kommunizieren und zusammenzuarbeiten. Bei allem, was wir tun, stehen für uns unsere Kunden, ihre Ziele und Kapazitäten im Fokus. ASM entschied sich für Cogiscan als Partner, um Industriestandardprotokolle zusätzlich zu OIB zu unterstützen, weil sich in dieser Zusammenarbeit beide Partner auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren können. In der Zusammenarbeit mit Cogiscan z. B. arbeitet ASM eng mit einem Partner, der seit langer Zeit für seine Expertise in Kommunikationsstandards bekannt ist.

Welche Perspektive vertreten Sie in Bezug auf
neue Industriestandards wie Hermes, CFX, etc.?

James Mok: Die neuen Standards haben die Fähigkeit, die Vernetzung zu vereinfachen. Hermes stellt die Platinen-Informationen auf effiziente Weise bereit, sodass die horizontale Integration über die ganze Linie hinweg nahtlos erfolgt. CFX und OML vereinfachen die vertikale Integration für Enterprise-Systeme und MES. Die Anwendung solcher Standards hängt jedoch von der Art der jeweiligen Ausrüstung ab. Aus denselben Gründen wie oben glauben wir nicht, dass eine einzige Standardlösung den Anforderungen der smarten Fertigung gerecht werden kann. Daher arbeiten wir mit einem Partner wie Cogiscan. Mit einer solchen Lösung brauchen wir uns keine Sorgen über so viele Protokolle und Standards zu machen oder haben keinen Aufwand damit, Lücken zwischen alten Ausrüstungen und neuen Maschinen zu schließen. Die Konnektivitätsplattformlösung, die von Cogiscan angeboten wird, kann mit allen Protokollen und Standards im SMT-Sektor kommunizieren. Und sollte sich jemals ein Standard durchsetzen, können wir uns sicher sein, dass er auch unterstützt wird.

Sam Wong: Das ist wirklich ein guter Schritt nach vorne und Keysight beteiligt sich an den CFX- und Hermes-Initiativen. Meiner Ansicht nach ist das erst der Anfang und der Großteil unserer Kunden im Test- und Inspektionsbereich stellt sich darauf ein, vor allem in Bezug auf deren Anforderungen. Es gibt nicht viele Kunden, die so eine Konnektivität genutzt haben, und normalerweise kommen Sie zu Keysight zurück, um sich beraten zu lassen. Wir arbeiteten auch mit geschützten SMT-Standards, die auf spezifischen Kundenanforderungen basierten.

Peter Bollinger: Es wird Jahre dauern, bis ein Standard wie der CFS weitestgehend angenommen wird. Wie ich schon sagte, müssen wir unabhängig von den Standards oder Protokollen eine Vernetzung herstellen können. Während die neuen Standards scheinbar viele Kriterien erfüllen, sind sie halt noch sehr neu. Es gibt zahlreiche Industriestandards, die über Jahrzehnte etabliert und in spezifischen Märkten einen hohen Verbreitungsgrad aufweisen. Auch Standards veralten aufgrund von technologischen Anforderungen, was bedeutet, dass sie letzten Endes zumindest die Nutzungsdauer der eingesetzten Maschine überstehen müssen, damit wir einen Standard erhalten, den wir für alle eingesetzten Maschinen verwenden könnten. Meine Hoffnung ist, dass sich zumindest die Ausrüstungslieferanten auf einen Standard einigen können, der für einige Jahre standhält, damit nicht jede Maschine mit einer anderen Schnittstelle verbunden werden muss. Sollte dies der Fall sein, würde zumindest der Implementierungsaufwand für alle reduziert werden.

Brain D’Amico: Während es sicherlich einen Trend in Richtung Standardisierung gibt, müssen wir die Tatsache berücksichtigen, dass in unserer Industrie sehr viele Kommunikationsprotokolle verwendet werden. Die vorgeschlagenen Standards wie CFX und Hermes gewinnen an Bedeutung und werden die M2M-Kommunikationsinitiativen zweifellos unterstützen. Meiner Einschätzung nach wird es immer noch Bedarf an Middleware geben, um die Kommunikationslücke zwischen den Standards zu überbrücken.

Gerry Padnos: Ich halte den Ansatz der einfachen Interoperabilität für ein großartiges Konzept und hoffe, dass die neuen Standards Erfolg haben und wirklich zu „Standards“ werden. Einen Standard festzulegen und zu genehmigen ist eine Sache, aber alle dazu zu bewegen, ihn zu verwenden, ist eine andere. Für die neuesten Standards scheint es mehr Begeisterung zu geben als in der Vergangenheit. Das sollte positiv sein, weil wenn mehr Anwender und Hersteller an Bord kommen, wird die Übernahme besser und schneller vorangehen. Die Investitionen einiger Unternehmen in andere Technologien könnten ein unüberwindliches Hindernis sein, aber wenn genügend Unternehmen sich beteiligen, ist es nur eine Frage der Zeit, bis alle denselben Standard übernehmen.

Thomas Marktscheffel: Um neue Standards wie CFX und HERMES am Markt zu etablieren, ist etwas Anstrengung und eine breite Unterstützung im Markt erforderlich. Ich bin der Meinung, dass mittelfristig weiterhin einige wenige Standards nebeneinander bestehen werden, die für ihre Branchen eine wichtige Rolle spielen. Langfristig wird es zu einer Konvergenz kommen. Für eine erfolgreiche Kommunikation und Integration sind und werden Aufgeschlossenheit, der Austausch zwischen Partnern und ein sehr hohes Maß an Flexibilität immer entscheidend sein. Daher setzt ASM weiterhin auf allen Integrationsebenen auf eine enge Zusammenarbeit mit Partnern und die Unterstützung der Industriestandards, die von Elektronikherstellern und Industrieanforderungen verlangt werden.



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