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Schnell und flexibel auf Marktanforderungen reagieren

Mit Dima ist möglich, was sich Betreiber modularer Anlagen seit Jahren wünschen: Das An- und Abkoppeln von Modulen ganz ohne Programmieraufwand im Leitsystem. Die Lösung gewann den ersten Preis des Industrie 4.0 Innovation Award 2016

Mit Dima ist möglich, was sich Betreiber modularer Anlagen seit Jahren wünschen: Das An- und Abkoppeln von Modulen ganz ohne Programmieraufwand im Leitsystem. Die Lösung gewann den ersten Preis des Industrie 4.0 Innovation Award 2016

Die Übergabe des Awards mit Christian Sallach (Chief Marketing Officer bei Wago), Ulrich H. Hempen (Leiter Markt Management Energie- und Prozesstechnik bei Wago), Dr. Thomas Holm (Leiter Innovation & Technology bei Wago), Sven Hohorst (CEO Wago) sowie Ronald Heinze und Richard Sturm (beide VDE VERLAG) (v. l. n. r.)

Die Übergabe des Awards mit Christian Sallach (Chief Marketing Officer bei Wago), Ulrich H. Hempen (Leiter Markt Management Energie- und Prozesstechnik bei Wago), Dr. Thomas Holm (Leiter Innovation & Technology bei Wago), Sven Hohorst (CEO Wago) sowie Ronald Heinze und Richard Sturm (beide VDE VERLAG) (v. l. n. r.)

Um die Ideen von Industrie 4.0 zu verwirklichen, müssen Hersteller ihre Produktionsanlagen konsequent modularisieren. Dima verkürzt die Projektierungszeit modularer Anlagen, um sie an die neuen Anforderungen wie Wandlungsfähigkeit anzupassen. Mit Dima hat Wago den Industrie 4.0 Innovation Award gewonnen. Die Redaktion sprach mit Ulrich Hempen, Leiter Market Management Energie- und Prozesstechnik, sowie mit Dr. Thomas Holm, Head of Innovation & Technology, beide Wago, über die weitere Entwicklung.

„Die Umsetzung von Industrie 4.0 bedeutet für ein Unternehmen neben einer Umgestaltung der eingesetzten Technologien auch einen umfassenden Wandel des gewohn­ten Geschäftsmodells“, betont Dr. T. Holm. „Als deutsches Unternehmen und Anbieter von Automatisierungs­lösungen haben wir zwei Aufgaben: Zum einen müssen wir uns als Unternehmen auf die Veränderungen vorbereiten, das heißt, den Mehrwert aus der Digitalisierung der Wertschöpfung nutzen, und zum anderen als Automatisierer Lösungen zur Umsetzung dieser Digitalisierung entwickeln. Somit stehen wir vor den gleichen ­Herausforderungen wie auch unsere Kunden. Gemeinsam mit ihnen können wir dazu Lösungen entwickeln.“
Zu diesen Lösungen gehört Dima, welches für dezen­trale Intelligenz für modulare Anlagen steht. Es handelt sich um eine Methodik, mit der die Wettbewerbsfähigkeit produzierender Unternehmen verbessert und schnell auf sich rasant ändernde Marktanforderungen reagiert werden kann. Die Methodik unterstützt die modulare Automation. Zusammen mit der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg und der Technischen Universität Dresden hat Wago die Methodik prototypisch umgesetzt und damit den Beweis angetreten, dass Dima praktikabel ist. Dima nutzt bestehende Kommunikationsprotokolle. Mit Dima belegte Wago den ersten Preis des „Industrie 4.0 Innovation Award“ in 2016.

Modulare Anlagen schnell betriebsbereit
Anlagen lassen sich schneller aufbauen und umrüsten. Anwender können flexibel jederzeit auf aktuelle Marktanforderungen reagieren. Klassische Anlagen sind hinsichtlich Produktart und Produktmenge für die sich ändernden Marktanforderungen zu unflexibel und damit zu teuer. In immer kürzeren Zeitabständen müssen Hersteller in der Lage sein, auf die Anforderungen des Markts zu reagieren. Dies wirkt sich besonders in der chemischen Industrie, in der Herstellung von Nahrungsmitteln und Kosmetik sowie in der pharmazeutischen Industrie aus. Zunehmend interessant wird die Lösung auch für andere Anwendungsgebiete, zum Beispiel die Fertigungsindustrie, die Gebäudeautomation und Marine­applikationen.
Grundgedanke der modularen Anlagenarchitektur ist es, vollständig qualifizierte Module mit eigener Automation mit minimalem Aufwand in die Gesamtanlage zu integrieren. Der Hersteller liefert das vollständig automatisierte Modul. Das Engineering der Gesamtanlage besteht dann nur noch aus dem Zusammenfügen der Module und deren Anbindung an die Leitebene. „Mit Dima sind Anlagenmodule ohne Programmieraufwand mit deutlich weniger Aufwand in die Anlage integrierbar und betriebsbereit“, versichert U. Hempen.
Basierend auf der Namur-Empfehlung NE 148 hat Wago mit Dima eine Lösung für die modulare Automation modularer Produktionsanlagen in den Markt gebracht. Der wesentliche Anwendernutzen liegt in der offenen Architektur des Systems. Auf diese Weise können intelligente Module im laufenden System im Plug-&-Play-Verfahren auf einer dienstebasierten Schnittstelle integriert oder abgekoppelt werden. Ein weiterer Vorteil ist das kostengünstige Engineering der Gesamtanlage. Dazu erfolgt die Kommunikation zwischen der übergeordneten Leitebene und dem dezentralen Modul über eine herstellerneutrale Semantik. Die Konzeptionsphase und der Anlagenbau verkürzen sich. Die Inbetriebnahme wird schneller.
Mit Dima ändert sich die Automation einer modularen Anlage: Die Prozessanlage besteht aus einzelnen, autarken Prozessmodulen und einer überlagerten Leitebene für die Koordination des gesamten Prozesses. Die Funktionen des Prozessleitsystems von Visualisierung, Prozedursteuerung, Control- und IO-Ebene werden dadurch aufgespalten. Die Prozessmodule beinhalten die komplette Automation mit IO-Ebene und Controller. In der übrigen überlagerten Leitebene befinden sich nur noch die Visualisierung und die Prozedursteuerung des Prozesses.
Dima trennt damit in seinem Konzept die Leitebene von der dezentralen Automation in den Modulen. „Beide Ebenen kommunizieren nicht über einzelne Variablen, sondern entsprechend der Service-Oriented Architecture (SOA) über auszuführende Dienste“, erläutert Dr. T. Holm. Um keine Abhängigkeiten von Anbietern oder Herstellern zu schaffen, ist die Dima-Methodik herstellerunabhängig und nutzt bestehende Standards. Damit der Modulhersteller das Know-how seines Moduls schützen kann und der Anlagenbetreiber sein Wissen um sein Steuerungsrezept oder seine Prozedursteuerung nicht preisgeben muss, gibt es zwischen beiden Ebenen eine neu­trale Schnittstelle.

Das Engineering reduzieren
„Wir bündeln die Dima-Methodik mit unserer offenen skalierbaren Automatisierungslösung“, so Dr. T. Holm. „Die Wertschöpfung der Methodik findet in der Software statt; die Hardware dient als Befähiger.“ Er fährt fort: „Produkte werden immer vergleichbarer. Wir wollen uns daher über den Workflow spezifizieren.“ Ziel müsse laut Dr. T. Holm sein, Geschäftsprozesse zu optimieren. „Ein eminenter Kostenfaktor in der Automation verfahrenstechnischer Anlagen ist nach wie vor das ­Engineering, an dem Dima mit deutlicher Reduzierung ansetzt“, bestätigt U. Hempen. „Dima ist eine herstellerneutrale Methodik, die die Schnittstelle zwischen Prozessführungsebene und dezentralen Produktionsmodulen neutralisiert. Wir bei Wago haben die Methodik in unsere Automatisierungssoftware ‚e!-Cockpit‘ integriert.“ Die Software ist eine Entwicklungsumgebung, die sämtliche Tätigkeiten zur Automatisierung unterstützt: von der Hardware-Konfiguration über Programmierung, Simulation und Visualisierung bis hin zur Inbetriebnahme – alles in einer Software.
„Rund um ‚e!-Cockpit‘ lagen unsere Hauptaktivitäten für Dima im letzten Jahr“, fährt Dr. T. Holm fort. „Die Schnittstellen zwischen Modul und Leitsystem müssen dem Standard entsprechen. Daher haben wir eine Bibliothek entwickelt, die die komplette Funktionalität zur Verfügung stellt. Dabei nutzt der Anwender die gewohnten Bausteine, alle Variablen sind in einer Bibliothek definiert.“ Das Angebot an den Nutzer besteht darin, den Aufwand sehr gering zu halten. Die OPC-UA-Funktionalität ist bereits komplett integriert. „Dem Anwender nehmen wir so den kompletten Zusatzaufwand ab“, schließt er an. „Die Module werden einfach in über­geordnete Automatisierungssysteme integrierbar.“ Der Vorteil bei Wago ist laut U. Hempen, dass mit „e!-Cockpit“ ein Engineering-Werkzeug zur Verfügung steht, „welches die Programmierung des einzelnen Moduls und die Erzeugung des MTP sehr komfortabel löst“.
„Bei Dima handelt es sich um eine herstellerneutrale, einzigartige Softwaremethodik, die in den Controllern eingebettet ist“, schildert U. Hempen als Besonderheit. Der Nutzen für die Anwender entsteht, wenn Modulbauer die Methodik in ihren Modulen nutzen. In diesem Sinne sind die Modulbauer eine entscheidende Zielgruppe für die Dima-Lösung.

Mit der praktischen Umsetzung begonnen
„Mittlerweile sind wir in der praktischen Umsetzung angekommen“, betont U. Hempen. „Wir realisieren Piloten bei namhaften Unternehmen in Deutschland und China. Ein Chemieunternehmen hat sich für Dima entschieden und die Lösung gekauft.“ Er fährt fort: „Darüber hinaus gibt es etwa 15 fundierte Anfragen von verschiedenen Herstellern und Energieunternehmen, darunter zum Beispiel ein Ölkonzern sowie ein Spezialgasproduzent.“ Die Akquise im Prozessbereich ist also gestartet. „Der fokussierte Roll-out findet derzeit in Europa statt“, so der Wago-Manager. „Es gibt aber auch schon erste Gespräche mit Anwendern aus dem Fertigungsbereich, denn auch dort hat die Dima-Lösung ihre Berechtigung aufgrund modularer Produktionsanlagen.“ Darüber hinaus wurden die Gebäudeautomation und der Marinebereich als Anwendungsfelder evaluiert. „Mit einer großen Werft gibt es Gespräche zur Anwendung der Dima-Methodik“, berichtet U. Hempen.
Wird eine Anlage aus dezentralen Modulen unterschiedlicher Hersteller aufgebaut, bringen die Module eine jeweils eigene Visualisierung mit. Der Anlagenbetreiber möchte allerdings keine kunterbunte Darstellung in der Leitebene, sondern ein einheitliches „Look-and-feel“ der Module. Dima löst das mittels einer Datenbank, auf die während des Anlagen-Engineerings referenziert wird. „Spezifiziert wurden die Elemente innerhalb eines ZVEI-Arbeitskreises“, erläutert Dr. T. Holm. In Kürze wird der Bedienbildanteil als fertige Spezifikation ausgerollt. Noch in diesem Jahr werden die Services definiert. Sobald alle technischen Beschreibungen fertiggestellt sind, beginnt die Normierung der Methodik. „Mit den entsprechenden Gremien der GMA und der DKE sind wir in Kontakt“, fügt der Experte hinzu.
„Vieles, was für das Dima-Konzept in der Prozess­industrie erarbeitet wurde, lässt sich auch 1 : 1 in die Fertigungsindustrie überführen“, meint Dr. T. Holm. „Bereits definierte Elemente, wie Motoren, werden genauso für die Visualisierung von Fertigungsanlagen benötigt.“ Allerdings fehlen auch noch Elemente insbesondere für sich bewegende Teile, wie Greifer und Roboter. „Einiges lässt sich über Unterelemente zusammenstellen“, fügt der Wago-Manager an.

Module Type Package als Herzstück
Mit Dima werden die Leit- und die Modulebene aufgetrennt. „Der entscheidende Vorteil ist die Festlegung einer standardisierten Schnittstelle zwischen beiden Ebenen“, erklärt U. Hempen. Herzstück von Dima ist das Module Type Package: eine digitale Beschreibungsform von Anlagenmodulen, die alle Informationen enthält, die zur Integration eines Moduls in die Prozessführungsebene notwendig sind. „MTP ist ein spannendes Thema“, unterstreicht U. Hempen. „Das MTP kapselt die Komplexität und Funktionalität eines Produktionsmodulesoduls und erspart dem Anlagenbauer und -betreiber, sich mit diesen Themen auseinandersetzen zu müssen.“ Im MTP liegen zum Beispiel Informationen vor wie:
∙ Kommunikationsparameter, damit das Modul einfach angebunden werden kann,
∙ die Dienste, also die Beschreibung dessen, was das Modul in der Produktion leisten kann,
∙ die Informationen zum Bedienen und Beobachten, das heißt grafische Informationen,
∙ und darüber hinaus Statusinformationen, Diagnoseinformationen, Historieninformationen und Archivierungsinformationen.
Für die Gesamtplanung der Anlage wird das MTP als digitaler Repräsentant in das Engineering-System des Leitrechners geladen. Dort werden die Dienste ausgewählt, die das Modul zur Verfügung stellt und die in die Schrittketten des Produktionsprozesses eingebaut werden sollen. Anschließend folgt die Anbindung des Moduls, sodass Prozedursteuerung, HMI und Modul mitein­ander kommunizieren können. „Ziel ist, dass die Anlagenbauer für alle Module MTPs zur Verfügung stellen“, fügt Dr. T. Holm an. „Mittelfristig wäre eine einfach ­zugängliche MTP-Plattform von Nutzen.“ Auch passive Elemente ohne eigene Automatisierung müssen laut U. Hempen im Dima-MTP-Konzept berücksichtigt werden.
Mit dem MTP befindet sich die Beschreibung aller Moduleigenschaften in einem definierten und offenen Format. Die Festlegung der Moduleigenschaften und der Dienste liegt in der Verantwortung des Modulherstellers. Dabei ist es nicht erforderlich, Modulherstellern einen standardisierten Dienstekatalog vorzugeben, weil das Modul dem überlagerten Produktionsleitrechner spezifische Dienste anbietet. So unterschiedlich die Module und die Anforderungen an die Module sind, so sehr dürfen die Module der Hersteller über verschiedene Dienste verfügen.
„Vorbild für die modulare, dezentrale Automatisierung der Anlagen mittels Dima ist die IT-Welt“, erläutert U. Hempen. Komponenten können relativ einfach in ein bestehendes System integriert werden. Ein Drucker kann beispielsweise angeschlossen und genutzt werden, ohne dass sein Bediensystem programmiert werden muss. Ebenso einfach lassen sich Anlagenmodule mittels Dima in die Anlagenarchitektur integrieren und in Betrieb nehmen. Hersteller können so flexibel auf sich ändernde Marktanforderungen reagieren. Die Anforderungen an das Engineering bleiben dabei überschaubar.

www.wago.com

Industrie 4.0 Innovation Award 2017

Einreichungen ab der Hannover Messe möglich
Zum zweiten Mal wird in diesem Jahr der Industrie 4.0 ­Innovation Award vom VDE VERLAG in Zusammenarbeit mit dem ZVEI und der Hannover Messe ausgeschrieben.
Die Ausschreibung richtet sich an alle Unternehmen und Institutionen aus dem In- und Ausland. Zur Teilnahme zugelassen sind Produkte und Innovationen, die einen gewinnbringenden bzw. unterstützenden Beitrag im Zusammenhang mit Industrie 4.0 leisten.

Zweistufiges Abstimmungsverfahren
Der Einreichungszeitraum beginnt mit dem Start der ­Hannover Messe am 27. April und endet am 26. Juni 2017. Aus allen Einreichungen wählt eine unabhängige Jury die aus ihrer Sicht zehn besten Industrie-4.0-Produkte und -Innovationen aus. Der VDE VERLAG stellt die „Top 10“ in seinen Fachmedien etz elektrotechnik & automation und openautomation (Printmedium, Online-Portal) vor.
Ab dem 14. Juli 2017 wird das Online-Abstimmungsver­fahren eingeleitet, über das die öffentliche Bewertung möglich ist. Die Online-Abstimmung endet am 3. November 2017.
Der VDE VERLAG ermittelt im Anschluss die drei meist gewählten Industrie-4.0-Innovationen. Die Preisverleihung findet Ende November 2017 statt.
Zugelassen sind nur Einreichungen, die schriftlich mit dem beim VDE VERLAG erhältlichen Formular erfolgen.
Weitere Details sowie das Anmeldeformular sind erhältlich unter: www.openautomation.de/i40-award.