Vom smarten Shop Floor zum digitalen Geschäftsmodell

Jörg Nagel: Schon zwei Jahre vor der Erfindung des induktiven Näherungsschalters stellte Pepperl+Fuchs einen eigensicheren Trennschaltverstärker vor, mit dem Signale aus Ex-Bereichen galvanisch getrennt und sicher übertragen werden konnten. Seitdem ist die Kommunikation in prozesstechnischen Anlagen eine Kernkompetenz von Pepperl+Fuchs.

W. Nehring: Diese Expertise haben wir über die Jahrzehnte immer weiter ausgebaut. Wir bieten heute Interface-­Module zur Leitsystem­anbindung eines breiten Spektrums an Ein- und Ausgangstypen in Ex-Bereichen. Hinzu kommen Remote-I/O- und HMI-Systeme, Feldbustechnologie sowie eigensichere Tablets und Smartphones. Zudem sind wir auch als Anbieter von IO-Link- und AS-Inter­face-Infrastrukturkomponenten für die diskrete Fertigung bekannt. Wir beleuchten das Thema Kommunikation und Schnittstellen also aus vielfältigen Perspektiven.

Irene Dicke: Besonders deutlich wird das in unseren weltweiten Solution Engineering Centern. Dort entstehen kundenspezifische, zertifizierte Turnkey-Lösungen – von Steuerkästen und Überdruckkapselungssystemen bis zu kompletten Schaltschränken oder Ethernet-APL-Feldverteilern. Bei solchen Projekten betrachten wir nicht nur einzelne Komponenten. Wir müssen verstehen, wie Feldgeräte, I/O-Ebene, Netzwerk, Leitsystem und Engineering zusammenspielen. Dadurch erhalten wir einen sehr konkreten Einblick in die Systemarchitekturen, Datenflüsse und Schnittstellenanforderungen von Prozessanlagen.

Sie haben eben Ethernet-APL erwähnt, an dessen Entwicklung Ihr Unternehmen ja federführend beteiligt war. Wo steht die Technologie und wie unterstützt sie bei der Verknüpfung vom Shop Floor zu digitalen Geschäftsmodellen?

W. Nehring: Ethernet-APL verbreitet sich immer stärker in prozesstechnischen Anlagen. Wir stellen aber auch außerhalb klassischer Prozessanlagen ein wachsendes Interesse fest, etwa in Automotive-Bereichen wie der Batteriefertigung und Fahrzeuglackierung oder auch im Bergbau. Die Technologie ist dann besonders interessant, wenn Anforderungen wie Zweidrahtverkabelung, gemeinsame Übertragung von Energie und Daten, lange Leitungswege und der Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen zusammentreffen.

I. Dicke: Ein weiterer großer Vorteil liegt in der herstellerübergreifenden Interoperabilität. Anlagenbetreiber sind nicht darauf festgelegt, native Ethernet-APL-Feldgeräte einsetzen zu müssen, sondern können bereits bestehende Komponenten einfach in eine APL-basierte Infrastruktur integrieren – und dabei weiterhin auf gewohnte Standards zugreifen. Möglich wird das über die Proxy-Technologie unserer Ethernet-APL Field Switches, die Feldbusse wie Profibus PA oder auch Foundation Fieldbus H1 auf Profinet übersetzt.

J. Nagel: Zusätzlich können über Remote-I/O-Systeme auch 4 ... 20 mA/Hart-Feldgeräte oder binäre Signale mit dem Ethernet-Backbone verbunden werden, wodurch sich die Technologie ideal für Brownfield-Anwendungen eignet. Es ist also mittlerweile möglich, über standardisierte, herstellerunabhängige Kommunikationstechnologien jegliche Art von Feldsignal oder Geräteinformation zu transportieren. Dass aus diesen Daten dann auch ein Mehrwert in Geschäftsprozessen entsteht, ist aber kein Selbstläufer.

Wo genau liegen dabei die Herausforderungen?

J. Nagel: Datentransport und Datenverständnis sind zwei unterschiedliche Aufgaben. Ein digital angebundenes Feldgerät kann viele zusätzliche Informationen liefern. Ein anderes System weiß deshalb aber noch nicht automatisch, wie diese Daten zu interpretieren sind, zu welcher Messstelle sie gehören oder welche Dokumentation, Zertifikate und Wartungshistorie damit verbunden sind. Dafür braucht es eindeutige Identitäten, standardisierte Datenmodelle und eine gemeinsame Semantik. Fehlen diese Voraussetzungen, entstehen für jeden neuen Anwendungsfall individuelle Schnittstellen und Mappings. Dieselbe Information wird dann von System zu System übertragen – jedes Mal mit neuem Integrationsaufwand.

I. Dicke: Im Feld zeigt sich das Problem häufig beim Gerätetausch. Das neue Gerät besitzt eine andere Seriennummer und möglicherweise einen anderen Softwarestand. Die Messstellenanforderungen stehen im Engineering-System, die Betriebsanleitung liegt im Dokumentenmanagement und die Wartungshistorie im Instandhaltungssystem. Diese Zuordnungen können heute durchaus abgebildet werden, sind aber häufig nicht durchgängig standardisiert oder automatisch synchronisiert. Gerade in großen Prozessanlagen mit vielen Tausend Messstellen kostet solch manuelle Pflege Zeit und erhöht das Fehlerrisiko.

Welchen Lösungsansatz empfiehlt Pepperl+Fuchs?

J. Nagel: Mit NE 100, Prolist und den daraus entstandenen Merkmalsmodellen in IEC 61987 und EClass hat die Prozessindustrie selbst wichtige Vorarbeiten für maschinenlesbare Semantik geleistet. Diese Semantik lässt sich heute in Form der auch außerhalb der Prozessindustrie bekannten Asset Administration Shell oder kurz AAS nutzen. Deren standardisierte Struktur ermöglicht einen einheitlichen Zugriff auf Asset-Informationen. So können Informationen für verschiedene Aufgaben verfügbar gemacht werden, ohne dass dabei jedes Mal neue Aufbereitungsaufwände entstehen.

Wie sieht das Vorgehen bei einer Implementierung der AAS aus?

J. Nagel: Wir unterstützen mit unserer Tochtergesellschaft Neoception seit mehreren Jahren Kunden beim system- und unternehmensübergreifenden Austausch von Asset-Daten. Dabei erzeugen wir von Produkten und Produktionsmitteln ein vielschichtiges Abbild, das alle für die jeweiligen Anwendungsfälle relevanten Informationen enthält. Wir bezeichnen das als „Digital Information Twin“. Zunächst binden wir unterschiedliche Quellsysteme an. Anschließend ermöglichen wir es dem Anwender, durch speziell für diesen Zweck von der Neoception entwickelte Tools, seine Daten kosteneffizient zu harmonisieren und über die AAS in einer einheitlichen Struktur bereitzustellen. Die führenden Daten verbleiben dabei in ihrer jeweiligen Quelle.

Weshalb lohnt sich dieser Aufwand?

I. Dicke: Regulatorische Anforderungen wie der Digital Product Passport oder der CRA, der Cyber Resilience Act, erhöhen den Bedarf an strukturierten, konsistenten und maschinenlesbaren Produkt- und Asset-Daten. Die AAS reduziert manuelle Übertragungen und macht Informationen mehrfach nutzbar. Auch für KI-Anwendungen ist eine solche Datenbasis entscheidend. Ohne verlässliche Semantik liefert selbst ein leistungsfähiges KI-Modell nur vage Ergebnisse. Ethernet-APL ergänzt diese Datenbasis dort, wo aktuelle Geräte- und Zustandsinformationen direkt aus der Feldebene benötigt werden.

W. Nehring: Der weitergehende strategische Nutzen entsteht dort, wo Unternehmen ihre Wertschöpfung flexibler gestalten können. Eine AAS-Integration erlaubt es Anlagenbetreibern, standardisiert und ohne manuelle Recherche auf aktuelle Herstellerinformationen ihrer Assets zuzugreifen. Das beschleunigt Entscheidungen, reduziert Verwaltungsaufwände und erhöht Anlagenverfügbarkeit und Betriebssicherheit. Aber auch in der Lohnfertigung gibt es spannende Möglichkeiten: Hier können standardisiert beschriebene Module, Fähigkeiten und Schnittstellen es vereinfachen, externen Auftraggebern freie oder flexibel konfigurierbare Produktionskapazitäten verfügbar zu machen. Eine durchgängige und standardisierte Verbindung von der Messstelle bis zum Geschäftsprozess bietet also die große Chance, bloße Daten in ein wirtschaftlich nutzbares Asset zu transformieren.