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Auf dem Weg in die Fabrik der Zukunft

| Redakteur: Franz Graser

Welche allgemeinen technischen Trends sehen Sie in der Industrie?

Das sind die bereits eingangs erwähnten Trends: Internet der Dinge, Prototyping für 5G, Big Analog Data, TSN und die Tests smarter Geräte.

Das Internet der Dinge (IoT):

Das IoT deckt eine große Bandbreite an Bereichen ab – von Smart Homes über vernetztes Spielzeug bis hin zum IIoT, mit „smarter“ Landwirtschaft, „smarten“ Städten, Fabriken und Energienetzen. Das IIoT besteht aus einer riesigen Anzahl vernetzter Industriesysteme, die miteinander kommunizieren und Datenanalysen und Aktionen koordinieren, damit für verbesserte Leistungsfähigkeit in der Industrie sorgen und einen gesellschaftlichen Nutzen bringen. Cyber-Physical Systems, also Industriesysteme, die mittels Sensoren und Aktoren Schnittstellen zwischen der digitalen und der physischen Welt bereitstellen, so dass sich komplexe Steuer- und Regelprobleme bewerkstelligen lassen, werden mit Big-Analog-Data-Lösungen verquickt. Dies gestattet vertiefte Einblicke durch Daten und Analysen.

Prototyping für 5G:

Eines steht zweifellos fest: 5G wird Wire-less-Netzwerken zu völlig neuen Dimensionen verhelfen. So wird es etwa im Bereich der Connected Cars Einsatz finden. Eine solch moderne drahtlose Kommunikationstechnologie erlaubt ganz neue Anwendungen, wie etwa die Fahrzeugvernetzung. Hier gilt es, die Sicherheit, Internetanbindung und Effizienz beim Transport zu optimieren. Aber die Entwicklung des neuen Standards bringt auch Herausforderungen mit sich. Denn Forscher stehen nun vor der Aufgabe, die Anforderungen nie dagewesener Wireless-Datenraten zu erfüllen und Lösungen bezüglich der Netzwerklatenz und -reaktionszeit zu finden. Nebenbei muss auch noch eine tausendfache Kapazitätssteigerung berücksichtigt werden.

Big Analog Data:

In den letzten zehn Jahren wuchs die Intelligenz von Datenerfassungsgeräten und Sensoren immens. Zudem wurde sie immer dezentraler – Intelligenz und Signalverarbeitung befinden sich mehr und mehr direkt am „Edge“. Doch dies bedeutet, dass auch die Analyse immer näher am Edge stattfinden muss. In Zukunft wird Software für Edge-basierte Systeme die Verwaltung und zügige Konfigurierung tausender vernetzter Messgeräte ermöglichen und dafür sorgen, dass riesige Mengen an Analyse- und Signalverarbeitungsdaten an die Knoten übertragen werden können. Wollen Unternehmen all diese analogen Daten handhaben, sind sie gezwungen, auf intelligentere, softwarebasierte Messknoten umzurüsten.

Auch ist es erforderlich, die Daten zahlreicher Quellen zu verarbeiten. Eine Lösung zur unternehmensweiten Datenverwaltung und -analyse ist unabdingbar. Nur so können die passenden Daten den richtigen Personen zur rechten Zeit zur Verfügung gestellt werden, was wiederum fundierte, da auf Daten basierende, Entscheidungen erlaubt.

Time Sensitive Networks (TSN):

Im industriellen Internet der Dinge wird der Ruf nach einem Standard von Kommunikationsnetzwerken laut. Wie erwähnt, werden in diesen miteinander vernetzten Systemen Unmengen an Daten, so genannte Big Analog Data, erzeugt, die es alle zu analysieren und verarbeiten gilt. Mit den dann gewonnenen Erkenntnissen lassen sich beispielsweise die Sicherheit, Betriebszeit und Effizienz der Betriebsabläufe optimieren.

Auch wenn die meisten der unverarbeiteten Big Analog Data nicht zeitkritisch sind, gibt es durchaus einige Informationen, die in Bezug auf Latenz und Zuverlässigkeit nicht nur zeit-, sondern auch ablaufkritisch sind und daher streng innerhalb vorgegebener Grenzen übertragen und ausgetauscht werden müssen. Der Großteil heutiger Netzwerkinfrastrukturen kann mit solch zeitkritischen Daten jedoch gar nicht umgehen. Der Standard der nächsten Generation TSN adressiert exakt solche und ähnliche Schwachstellen vorhandener Netzwerke. Gegenüber bisheriger Ethernet-Protokolle wird TSN zahlreiche Vorteile bieten, so etwa bezüglich der Bandbreite, Sicherheit, Interoperabilität, Latenz und Synchronisation.

Testen smarter Geräte:

Schätzungen von Gartner zufolge werden im Jahr 2020 etwa 50 Milliarden Dinge miteinander vernetzt sein. Doch – etwas vereinfacht formuliert – werden wir wohl kaum 50 Milliarden verschiedene Teststrategien aufsetzen. Wesentlich sinnvoller ist es, smarte Testsysteme zu schaffen, die jederzeit an alle smarten Geräte angepasst werden und diese auch alle testen können.

Der klassische Ansatz, dass der Hersteller die Funktionalität des Testsystems von vorneherein festlegt, ist für diese neuen Anforderungen kaum brauchbar. Denn die Komplettlösung mit fest vorgegebener, auf spezielle Anwendungsfälle zugeschnittener Funktionalität kann mit der neuen Generation von smarten Geräten nicht Schritt halten. Stattdessen ist ein Ansatz sinnvoller, bei dem der Kunde jede Lösung auf Basis einer Plattform mit modularer Hardware und flexibler Software sowohl automatisieren als auch benutzerspezifisch anpassen kann. Der Knackpunkt ist aber das sich ständig erweiternde Ökosystem, das die Plattform ergänzt. Beispiele solch offener, dynamischer Ökosysteme sind Apple, Android, Coursera oder Yelp. Aber auch NI setzt auf eine solche Plattform inklusive Ökosystem – und zwar schon seit jeher.

Welche besonderen technischen Herausforderungen gibt es in Ihrem Bereich?

Damit unsere Kunden ihre Systeme immer auf den neuesten Stand der Technik halten können, ist es für uns wichtig, dass wir die allerneuesten Technologien und Standards auf dem Markt in unsere Produkte integrieren – selbst dann, wenn sie noch nicht vollständig definiert sind. Als Beispiel wäre „TSN“ zu nennen:

Hier arbeiten wir intensiv in den entsprechenden Gremien mit, zum Beispiel beim Industrial Internet Consortium (IIC). Das im Rahmen des IIC entstehende erste Ethernet-TSN-Testbed wird von uns in Austin gehostet. Ebenso sind wir in der IEEE 802.1 Working Group sehr aktiv, die den Schwerpunkt auf TSN gelegt hat, und auch in der OPC Foundation. Dort forcieren wir das Thema in der TSN-Prototyping-Untergruppe. Und last but not least: Die Arbeitsgruppe Industrie der Avnu Alliance spielt ebenfalls eine wichtige Rolle in der Weiterentwicklung des Standards TSN.

So werden wir in nicht allzu ferner Zukunft einen TSN-Controller auf den Markt bringen, was wohl das erste kommerziell erhältliche Produkt in diesem Bereich sein dürfte – und das, obwohl die Spezifikation für Ethernet-TSN noch gar nicht abgeschlossen ist. Doch fehlen hierzu nur noch letzte Details. Und wenn man ehrlich ist, so wird die Standardisierung im Grunde nie richtig fertig, das wird insbesondere am Beispiel der Ethernet-Standardisierung deutlich, die auch seit Jahrzehnten weiterentwickelt wird. Dennoch ist es wichtig, beständig daran zu arbeiten, kompatible Produkte zu entwickeln, die sich – bei Erfüllung des Quasi-Standards – auch an neuen Anforderungen anpassen lassen. Nach und nach entsteht somit ein Standard, an dem sich alle Beteiligten orientieren können.

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