Die Beherrschung der Datenflut
Wie kommt die richtige Information zur richtigen Zeit in die richtigen Hände?
Die Wirtschaft steht vor einer neuen Wende. Als Industrie 4.0 erklärt die deutsche Bundesregierung die vierte Industrielle Revolution zu einem der Eckpfeiler ihrer HighTech-Strategie. Das 'Internet der Dinge' verweist in seinem Namen auf die Hauptakteure der zugrunde liegenden Technologie. General Electric erkennt die Bedeutung von Industrial-Internet an und investiert in sehr großem Rahmen in die Entwicklung neuer Technologien und Produkte in diesem Bereich.
Bild: GE Intelligent PlatformsAuch wenn diese Aktivitäten scheinbar plötzlich auf sich aufmerksam machen, so sind sie doch keine Folge einer gänzlich neuen Entwicklung. Sie sind vielmehr das Resultat einer zwangsläufigen Evolution der Automatisierungstechnik die sich nicht mehr nur auf ihre eigenen Begriffe und Terminologien beschränken darf, sondern sich dem Einfluss der Technologien öffnen muss, die auch im täglichen Leben schon Einzug gehalten haben. Aus dem Aufeinandertreffen resultieren nicht nur neue Möglichkeiten, sondern auch eine Reihe an Herausforderungen, denen sich Entwickler jetzt gegenübersehen. Das Finden der optimalen Lösung darf dabei aber nicht dem einzelnen Ingenieur bei der Implementierung eines Projektes überlassen werden, sondern standardisierte Produkte müssen den Großteil der Lösungen schon vorweg bieten. Auch sind die Hersteller von Hard- und Softwareprodukten gefordert, neue Steuerungsphilosophien bereits im Design ihrer Produkte zu unterstützen. Informationen müssen schnell verfügbar sein - an der Stelle, an der sie gebraucht werden. Der Zugriff muss gleichzeitig sicher und auch einfach sein, und der Bediener muss sofort auf Unterlagen zugreifen können, die den nächsten Arbeitsschritt unterstützen.
Steigende Datenflut
Scada-Systeme sind bereits heute sehr flexibel und vielfältig im Einsatz. Sie sammeln Daten einer breiten Palette von Automatisierungsgeräten und stellen diese am Bedienplatz oder in der Leitwarte zur Verfügung. Durch sinkende Preise und höhere Leistung im Bereich der Sensorik sowie die Verbreitung drahtloser Übertragung wächst aber die Menge der Daten, die von lokalen Geräten zur auswertenden Einheiten, Datenarchiven und zu visueller Kontrolle übertragen werden. Dazu kommt eine entsprechend höhere Zahl von Prozessalarmen und -meldungen, sodass für das Personal die Identifikation der entscheidenden Daten zur Suche nach der Nadel im Heuhaufen wird. Konzepte zur leistungsfähigen Speicherung und Analyse der Daten sind als erster Schritt gefragt. Die Archivierung lokaler Daten einer Maschine, der Vergleich der Daten mit allen Anlagen einer Produktionsstätte, die Verbindung aller Firmenniederlassungen zu einem großen Archiv erfordern enorm leistungsfähige Software, die sowohl lokal als auch global in der Cloud eingesetzt werden kann. Dabei sollte die gefundene Lösung einfach skalierbar sein, um nicht wiederholte Produktwechsel erforderlich zu machen wenn die Anforderungen steigen. GE untestützt mit seinem soeben releasten Proficy Historian HD auch die Installation in Hadoop Clustern, eine Technologie die zum Beispiel auch schon von Amazon eingesetzt wird, um schnelle Datengewinnung aus sehr großen Archiven zu ermöglichen. Die Spanne vom kleinen lokalen Historian über firmenweite Datensammlung bis zur extrem datenintensiven Überwachung kritischer Aggregate, wie zum Beispiel Flugzeugturbinen, ist so abgedeckt.
Bild: GE Intelligent PlatformsGezielte Information am Einsatzort
Traditionelle Konzepte sehen vor, dass in der Leitwarte alle Informationen zusammenlaufen und Entscheidungen dort gefällt werden. Die Mitarbeiter erkennen kritische Situationen oder Stillstände und greifen entweder selbst ein oder informieren das Wartungspersonal. Bis der richtige Mitarbeiter vor Ort eintrifft, ist bereits wertvolle Zeit verloren gegangen. Und dann begint erst die eigentliche Arbeit. Wie erhält das Wartungspersonal am besten die richtigen Informationen? Konzepte, um die Daten der Leitwarte in Thin Clients zur Verfügung zu stellen, gibt es viele. Tatsächlich wird aber dabei nur eine Replikation der Daten von einem Monitor auf den anderen durchgeführt. Die Information bleibt die Gleiche. Wie wird jetzt der Wert dieser Information erhöht, wie erreicht man die Realtime Operator Intelligence? Jedes Gerät besteht aus Daten, die aus mehreren Quellen stammen. SPS, Schaltplan, Bedienungsanleitung, Wartungsbuch, Schichtberichte - es gibt unterschiedliche Systeme und Bezeichnungen sowie zusätzlich Leistungskennzahlen, die sich aus einer Kombination von Faktoren zusammensetzen. Hier müssen Transparenz und eine einfache Orientierung geschaffen werden. Zuerst sind alle erforderlichen Datenquellen mit einem zentralen System, dem Appplication Server, zu verbinden. Dann müssen die Geräte nach ihrer logischen Struktur mit allen relevanten Datenpunkten definiert werden. Das Personal vor Ort muss danach nicht mehr die Daten anhand von mehr oder weniger abstrakten Namen suchen, sondern wählt gezielt das Gerät aus - Linie 1 -> Mischer 2 -> Rührwerksmotor. Die Hierarchie nach ISA95 erlaubt optimale Navigation. Gleichzeitig sind die relevanten Kennzahlen unmittelbar verfügbar, sodass anhand deren zeitlichen Verlaufs mit der Analyse der vorliegenden Probleme begonnen werden kann.
Mobile Bediener und GEO-Intelligence
Feste Bedienstationen vor Ort sind nach wie vor vorhanden, aber das mobile Personal ist zunehmend mit Tablet PCs, iPADs oder SmartPhones unterwegs. Die mobilen Geräte erlauben es, den Standort des jeweiligen Nutzers festzustellen. Da auch jedes Anlagenteil seine Koordinaten hat, fällt es im Fehlerfalle der Leitwarte leicht, den am nächsten stehenden und geeignetsten Mitarbeiter mit der Reparatur zu beauftragen. Gleichfalls kann der Mitarbeiter auch einen Aktionsradius um seinen momentanen Standort definieren und so alle Anlagen in seiner Nähe und deren aktuellen Status schnell abrufen. Im Idealfall kann das Dispatching sogar als Teil der Alarmstrategie automatisiert werden. Aber nicht nur die Wartung kann profitieren, auch Geschäftsinformationen und Darstellung von KPIs machen die mobilen Lösungen für alle Unternehmensbereiche interessant. APPs wie Proficy Mobile und Oberflächen wie Proficy Vision stellen Daten aus unterschiedlichen Quellen dar und verhelfen zu einem schnellen Überblick, wo vorher die Verwendung mehrerer Programme erforderlich war.
Bild: GE Intelligent PlatformsGezielte Bedienerführung
Jeder Alarm erfordert eine andere Reaktion. Welche, das wissen die Bediener oft aus Erfahrung. Neue Bediener sollen aber nicht aus Fehlern lernen, sondern sofort von dem Wissen ihrer erfahrenen Kollegen profitieren. Standardanweisungen (eSOP) werden im Ereignisfall automatisch aufgerufen und gewährleisten die richtige Reaktion vor Ort. Schrittweise Anleitungen können mit unterschiedlichen Dokumenten ergänzt werden, um katastrophale Folgen eines Fehlers zu verhindern. Das gleiche Werkzeug kann durch Workflows dem Instandhaltungspersonal helfen, die anlagenspezifischen Vorschriften zu befolgen, wenn außerplanmäßige Reparaturen notwendig werden. Das Wissen und die notwendigen Dokumente sind von den mobilen Einsatzgeräten immer abrufbar. Auch Notizen sind wichtig, aber nicht in der Werkzeugtasche des Personals. Auffälligkeiten im Porzessverlauf und Anmerkungen zu Störungen oder Arbeiten müssen direkt vor Ort eingegeben und im zentralen Historian gespeichert werden. Für den nächsten Einsatz steht dann wichtige zusätzliche Information immer zur Verfügung.
Evolution der Analyse
Die vorstehenden Schritte führen sicher zu einer deutlich beschleunigten Reaktion auf Fehler und zur Beseitigung von Stillständen. Noch besser ist es, wenn solche Fehler erst gar nicht auftreten und das Personal oder auch das Automatisierungskonzept pro-aktiv arbeitet. Es stehen immer mehr Daten zu Analysezwecken zur Verfügung. Die richtige Verknüpfung verschiedener Systeme erlaubt es, bereits auf Abweichungen im Prozess zu reagieren, bevor Qualitätsgrenzen verletzt werden. Wenn multivariante Analysen den Prozessverlauf 'verstanden' haben, werden Mitarbeiter bereits dann auf notwendige Korrekturen hingewiesen, wenn die Qualität des Produktes noch gut ist (Advanced Process Control). Teure Fehlproduktion und Ausschuss lassen sich weitgehend reduzieren. Ähnliches gilt für die vorbeugende Wartung: Wenn die Zustandsvektoren zum Beispiel eines rotierenden Systems bekannt sind, dann kann bereits Wochen vor einem Schadensfall auf ein sich anbahnendes Problem hingewiesen werden (Condition Based Maintenance). Servicedienstleistungen durch Fernwartungszentren (RM&D) erhalten eine wesentliche Position im Betrieb von Anlagen, sei es in Form von firmeninternen Einrichtungen oder als Dienstleistung vom Hersteller für die Kunden. Auf Basis der oben genannten Komponenten von GE Intelligent Platforms wird von GE Energy ein RM&D Zentrum in Atlana betrieben, in dem mehr als 1.700 Turbinen weltweit rund um die Uhr von Spezialisten überwacht werden.
Sicherheit der Daten
Die Verknüpfung der Daten aus allen Systemen ist verlockend und der schnelle und mobile Zugriff sind sicher geeignet, eine Produktion effizienter zu führen. Ohne sichere Übertragungswege und Datenspeicherung wird eine allgemeine Akzeptanz aber nicht zu erreichen sein. Spätestens seit Stuxnet ist die Gefährdung industrieller Anlagen durch Cyberangriffe allgemein bekannt. Wenn schon ein infizierter USB Stick ein Risiko darstellen kann, wie sieht es mit APPs aus, die auf iPADs und SmartPhones geladen werden? Der APP eines Automatisierungsherstellers mag ja noch vertraut werden, aber was machen APPs, die sonst noch auf mobilen Geräten installiert sind? Welche Daten werden ohne das Wissen des Betreibers weitergegeben? Wie abhörsicher sind gerade die drahtlosen Übertragungswege? Secure-by-Design und verschlüsselte Übertragung sind unabdingbar, um Anlagen vor unbefugtem Zugriff zu schützen. Software Agents müssen für die notwendige Datensicherheit sorgen. Auch die Erarbeitung von Sicherheitsstandards und -empfehlungen ist bereits in vollem Gange. Datenspeicherung in der Cloud ist ebenfalls ein Thema mit mehreren Facetten. Eine öffentliche Cloud hat den Vorteil, dass die Wartung entfällt und vorhersehbare monatliche Gebühren anfallen. Der Nachteil ist aber, dass der Anwender hinsichtlich der Datenschutzbestimmung voll und ganz dem Anbieter vertrauen muss. Private Clouds sind dagegen sicherer, bedürfen aber eines höheren Pflegeaufwandes und sind finanziell schwerer abschätzbar. Welcher Weg im Einzelfall eingeschlagen wird, bleibt dem Endkunden vorbehalten. Die Qualität der 'eingebauten' Sicherheit in den Produkten ist ein wesentlicher Faktor für die Entscheidung für oder gegen ein Produkt oder eine Architektur.
Fazit
Das Industrial-Internet kommt nicht - es ist schon da. Die technologischen Möglichkeiten sind im privaten Sektor bereits vielfältig im Einsatz, der Schritt in die Industrie hinein erfolgt derzeit. Wenn auch die Vorteile in Bezug auf Reduzierung von Stillständen, optimierte Wartung und höhere Qualität klar erkannt werden, so muss den Vorbehalten hinsichtlich der Datensicherheit Rechnung getragen werden. IT-Welt und Automatisierung wachsen zusammen. Es liegt in der Hand der Hersteller der Automatisierungsprodukte, den Einstieg zu erleichtern und ihre Produkte heute schon entsprechend zu entwickeln.
Die Wirtschaft steht vor einer neuen Wende. Als Industrie 4.0 erklärt die deutsche Bundesregierung die vierte Industrielle Revolution zu einem der Eckpfeiler ihrer HighTech-Strategie. Das 'Internet der Dinge' verweist in seinem Namen auf die Hauptakteure der zugrunde liegenden Technologie. General Electric erkennt die Bedeutung von Industrial-Internet an und investiert in sehr großem Rahmen in die Entwicklung neuer Technologien und Produkte in diesem Bereich.
Bild: GE Intelligent PlatformsAuch wenn diese Aktivitäten scheinbar plötzlich auf sich aufmerksam machen, so sind sie doch keine Folge einer gänzlich neuen Entwicklung. Sie sind vielmehr das Resultat einer zwangsläufigen Evolution der Automatisierungstechnik die sich nicht mehr nur auf ihre eigenen Begriffe und Terminologien beschränken darf, sondern sich dem Einfluss der Technologien öffnen muss, die auch im täglichen Leben schon Einzug gehalten haben. Aus dem Aufeinandertreffen resultieren nicht nur neue Möglichkeiten, sondern auch eine Reihe an Herausforderungen, denen sich Entwickler jetzt gegenübersehen. Das Finden der optimalen Lösung darf dabei aber nicht dem einzelnen Ingenieur bei der Implementierung eines Projektes überlassen werden, sondern standardisierte Produkte müssen den Großteil der Lösungen schon vorweg bieten. Auch sind die Hersteller von Hard- und Softwareprodukten gefordert, neue Steuerungsphilosophien bereits im Design ihrer Produkte zu unterstützen. Informationen müssen schnell verfügbar sein - an der Stelle, an der sie gebraucht werden. Der Zugriff muss gleichzeitig sicher und auch einfach sein, und der Bediener muss sofort auf Unterlagen zugreifen können, die den nächsten Arbeitsschritt unterstützen.
GE Intelligent Platforms GmbH & Co. KG
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 1+2 2014 - 29.01.14.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
