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Energie-Management und Industrie 4.0 gehören zusammen

Schneider Electric: ‚Next Steps‘ in der Fabrik- und Prozess-Automation
Energie-Management und Industrie 4.0 gehören zusammen

Industrie 4.0 werde dann zum Erfolg, wenn sie gleichermaßen die Fabrik- wie die Prozessautomation abdecke und zwingend eine Kopplung zum Infrastrukturmanagement – hier insbesondere dem Energiemanagement – herstelle, meint Siegfried Schwering, Segment Manager bei Schneider Electric. Dann ließen sich hohe Kostensenkungspotenziale erschließen.

Michael Corban, Chefredakteur elektro AUTOMATION

„Industrie 4.0 wird uns mehr Bewusstsein für das Ganze bringen“, sagt Siegfried Schwering, bei der Schneider Electric GmbH in Ratingen zuständig für das Segment Management MMM (Mining, Metals & Minerals). „Informations- und Kommunikations- sowie Automatisierungs-Technologie müssen Hand in Hand gehen und diskrete Fertigung und Prozessindustrie stärker miteinander verknüpft werden.“ Durch die Diskussion um die Industrie 4.0 gehe man solche Themen nun strukturierter und grundsätzlicher an, trotz aller Unschärfen. „Entscheidend ist zudem, dass dies nicht allein die Industrie betrifft, sondern letztlich bis zur vieldiskutierten Energiewende reicht – neben eine ‚Smart Factory‘ treten ja auch ein ‚Smart Building‘ und die smarte Energieerzeugung.“
Von Vorteil ist, dass sich nach der Formulierung der Ideen zur Industrie 4.0 2013 die drei Verbände Bitkom, VDMA und ZVEI zusammengeschlossen und die ‚Plattform Industrie 4.0‘ gegründet haben. Das sei vor allem deswegen interessant, weil ein Schwerpunkt ja auf der industriellen Kommunikation liege, bis hin zur bidirektionalen Kommunikation zwischen ERP- und Feld-Ebene, fährt Schwering fort. „Als wir begannen, seitens der Automatisierungstechnik auf das Standard-Ethernet zu setzen, trafen hier noch verschiedene Welten aufeinander.“ Sprachen beispielsweise die Automatisierungs-Experten von Echtzeit, meinten sie damit Zeitspannen von 10 oder maximal 100 ms, während ihre IKT-Kollegen auch mit einigen Minuten zufrieden waren. „Bereits vor zehn Jahren hätte ich mir deswegen solch eine Diskussion um das Thema ERP-Anbindung gewünscht; heute kommt uns dafür die langjährige Erfahrung mit der Standard-Ethernet-Kommunikation zugute, da unsere ‚intelligenten‘ oder besser smarten Produkte alle über einen integrierten Webserver verfügen, über den sich ohne Spezial-Software Einstellungen vornehmen lassen.“ Und letztlich spiele es bei der Kommunikation ja keine Rolle, ob es sich um die Weiterentwicklung mechatronischer Einheiten handele, die per Internet der Dinge kommunizieren, oder um Themen wie M2M-Kommunikation oder Cyber-Physical Systems (CPS).
Erfahrungen mit CPS liegen vor – zu lösen ist die Kostenfrage
Interessanterweise waren die Schneider-Electric-Experten bereits Ende der 90er Jahre an einem Forschungsprojekt im Automobilbau beteiligt, bei dem es im Prinzip um ein sehr flexibles Fertigungssystem ging. „Ziel war es, mit redundanten Fertigungsstationen und einem flexiblen Materialfluss auch bei Störungen an einzelnen Punkten die Produktion aufrecht zu erhalten“, erinnert sich Thomas Hammermeister, Marcom Manager bei Schneider Electric. „Schon damals brachte dazu das Werkstück die Information mit, welche Fertigungsschritte erforderlich waren.“ Mit dieser Information ließ sich über ein Agentensystem der bestmögliche Weg durch die Produktion ermitteln und ansteuern. „Das Problem dabei: Das System funktionierte gut, war aber aufgrund der Redundanzen und erforderlichen Rechenleistung schlicht zu teuer“, so Hammermeister weiter. Im Grunde habe es sich aber schon um ein Cyber-Physical System gehandelt.
„Gelernt haben wir daraus, dass man solch eine Lösung breiter aufstellen muss, um auch die Kosten in den Griff zu bekommen“, ergänzt Siegfried Schwering. „Dachten wir damals sehr industrienah, gehen wir heute einen Schritt weiter und beziehen in einem ganzheitlichen Ansatz die Infrastruktur mit ein.“ EcoStruxure nennt Schneider Electric diese ‚aktive‘ Energiemanagement-Architektur, die von der Energie-Erzeugung bis zum -Verbraucher reicht, mit Einsatzmöglichkeiten bis hin zu den immer größer werdenden Mega-Cities. „Eine intelligente Produktion hilft ja bei einem Energie-Engpass nicht weiter“, betont Schwering. „Für die produzierende Industrie ergibt sich damit der Vorteil, dass wir heute bei der Steuerung der Produktion die Energiekosten berücksichtigen können.“ Will heißen: Falls es der Ablauf zulässt, wird beispielsweise im Tagesverlauf die Fertigung dann angestoßen, wenn der kWh-Preis minimal ist. „In den Industrie-4.0-Konzepten wird dieser Punkt zwar nur am Rande erwähnt, doch spielt er letztlich immer dann eine wichtige Rolle, wenn die Fertigung stark kostengetrieben ist.“ Schneider Electric entwickelt dazu Web-Services, die wiederum per Standard-Ethernet kommunizieren und damit Anforderungen der Produktion mit denen der Energieerzeugung aufeinander abstimmen können.
Beim Energiemanagement wird auch klar, warum die Fabrik- und Prozessautomation stärker verzahnt werden müssen. „Dies sind bislang zwei verschiedene Welten, die aber zusammen gehören“, erläutert Schwering. In der Tat steht beispielsweise vor vielen Verpackungsaufgaben eine Prozessfertigung, und auch beim Spritzgießen handelt es sich letztlich um eine Kombination beider Aspekte. Das sei einer der Gründe, warum sich auch die Namur als Interessengemeinschaft der Automatisierungstechnik der Prozessindustrie mit dem Thema Industrie 4.0 beschäftige.
MES als Leitstand der Industrie 4.0
Eine Frage – auch diese wurde schon früher diskutiert – taucht bei all diesen Diskussionen immer wieder auf: Führen zentrale oder dezentrale Steuerungsarchitekturen zum Ziel? „Ohne ein gewisses Maß an zentraler Lenkung wird es nicht gehen“, sagt Thomas Hammermeister. „Wie die Kompetenzen zu verteilen sind, wie viel also lokal gesteuert werden kann, hängt dabei letztlich immer davon ab, auf welchem Weg sich ein Höchstmaß an Flexibilität erreichen lässt.“ Manufacturing Execution Systems würden an dieser Stelle besonders wichtig, führt Siegfried Schwering aus. „Zumal in ihnen nicht nur Informationen zeitnah verarbeitet werden, sondern sich diese anschließend auch analysieren und vergleichen lassen.“ Auf diese Weise können die Produktionsverantwortlichen beispielsweise erkennen, wo sich die Prozessführung verbessern lässt – weil etwa bei gleichem Ausstoß eine Schicht mehr Energie braucht als eine andere. „Daraus lassen sich auch Strategien für das Herunterfahren von Anlagenteilen ableiten, wenn diese nicht benötigt werden – in der Vergangenheit folgte man hier häufig der Devise, dass man nicht hochfahren muss was zuvor nicht abgeschaltet wurde, sprich: Steuerungen und ganze Anlagenteile liefen einfach permanent.“ Im Rahmen eines ganzheitlichen Energiemanagements, das auf Informationen aus der Fertigungssteuerung zurückgreifen kann, lassen sich hier erhebliche Potenziale zur Senkung des Energieverbrauchs erschließen. Letzteres gilt insbesondere auch für bestehende Anlagen, die üblicherweise außen vor bleiben, weil die Diskussion um Industrie 4.0 vor allem neue Anlagen fokussiert. „Die werden in der Praxis aber eher selten gebaut, so dass die Zielrichtung ergänzt werden sollte“, fordert Schwering.
Übrigens: Aufgrund der Erfahrungen mit der Standard-Ethernet-Kommunikation geht Schneider Electric davon aus, dass sich auch die Frage der Manipulationssicherheit (Security) in vernetzten Konzepten wie denen der Industrie 4.0 beherrschen lässt. „Zum einen zeigen Untersuchungen, dass vorrangig das Verhalten der Mitarbeiter dazu beiträgt, ein System sicher zu machen – insbesondere USB-Sticks sollten nicht bedenkenlos eingesetzt werden! –, zum anderen spielt die Zugriffskontrolle eine wichtige Rolle“, so Schwering abschließend. So werde etwa über die Tofino-Firewalls nicht nur der Zugang zu einem Netzwerk- oder Steuerungssystem geregelt, sondern im Detail auch hinab bis zu ganz bestimmten Informationen – etwa einem Teil des Steuerungsprogramms. „Auf diese Weise lässt sich eine sehr hohe Sicherheit erreichen.“
Hannover Messe: 11-C50
„Mit den Ideen zur Industrie 4.0 können wir vor allem dann erfolgreich sein, wenn wir sie im Rahmen der internationalen Zusammenarbeit zu praxistauglichen Konzepten weiterentwickeln.“
„Bereits Ende der 90er gab es schon einen Entwurf für ein funktionierendes Cyber-Physical System, das damals noch nicht so hieß, aber gut funktionierte – es war nur aufgrund der Redundanzen und erforderlichen Rechenleistung schlicht zu teuer.“

PRAXIS PLUS
Mit der EcoStruxure-Architektur verfolgt Schneider Electric einen ganzheitlichen Ansatz rund um das Energie-Management – von der Energie-Erzeugung bis zum -Verbraucher. Gefördert wird damit eine Zusammenarbeit zwischen Gebäude- und IT-Managern sowie Fabrikleitern und Ingenieuren – und damit das Management von Energieversorgung, Rechnerflächen, Prozessautomation, Maschinensteuerung, Gebäudeautomation, Sicherheitsüberwachung und Zutrittskontrolle. Ziel ist es, eine übergreifende Zusammenarbeit aller Einzelsysteme sicherzustellen. EcoStruxure erleichtert dazu auf Basis einer offenen Software-Plattform das Vernetzen und Erstellen intelligenter Energiemanagement-Systeme. Anwender erhalten auf diese Weise die Werkzeuge, um Engineering-Zeit, Investitions- und Betriebskosten zu senken.
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