Was die Automatisierungswelt bewegt

Die Wirtschaft erholt sich – endlich – und die Nachfrage in den meisten wichtigen Märkten steigt wieder. Die produzierenden Unternehmen, die es in letzter Zeit alles andere als leicht hatten, müssen nun wieder investieren, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Wo aber setzt man an? Im Bereich der Automatisierungsprodukte sind keine bahnbrechenden technologischen Neuerungen zu erkennen. ARC beobachtet jedoch einige Faktoren in der Verwaltung und Optimierung von Prozessen, die eine Rolle spielen.

PC-gesteuerte Automatisierung gibt es ungefähr seit Mitte der 90er Jahre. Eine Reihe kleiner, innovativer Anbieter begann damals, Steuerungssysteme auf Basis des Betriebssystems Microsoft Windows als erste wirkliche Alternative zu speicherprogrammierbaren Steuerungen auf den Markt zu bringen. Die Technologie wurde zunächst verhalten angenommen – hauptsächlich weil die Anwender kein Vertrauen in die Zuverlässigkeit der Plattform Windows für kritische Fertigungsprozesse hatten. Um solchen Bedenken entgegenzuwirken, passten die Anbieter ihre Produkte und deren Funktionsweise immer mehr den herkömmlichen SPSen an. Dies konnte viele Anwender aufgrund des einen oder anderen funktionellen Defizits dennoch nicht von PC-basierter Automatisierung überzeugen.

PC-gesteuerte Automatisierung ist „fertig"

Heute ist PC-basierte Automatisierung an der Tagesordnung. Die Anbieter haben Defizite ausgeglichen und die aktuellen Produkte verfügen über das gleiche „Look&Feel" wie modulare, erweiterbare Hutschienen-SPSen. Einige Produkte sind sogar für anspruchsvolle Betriebsbedingungen tauglich – sie funktionieren selbst bei einer Temperatur von 70 °C, was sonst nur von herkömmlicher SPS-Hardware geleistet wurde. Einige Anbieter ha- ben jetzt auch ausfallsichere Prozessoren im Repertoire, die gleichzeitig Standard- und Sicherheitsprogramme verarbeiten, andere bieten redundante Systeme an. Maschinenbauern erlaubt PC-basierte Automatisierung, ihre Entwicklungsarbeit gegenüber Märkten, in denen Bestimmungen zum Schutz geistigen Eigentums nicht so genau genommen werden, zu schützen.

Nachdem die PC-basierte Automatisierungstechnik ausgereift und die Grenze zwischen dem PC und der SPS in der Steuerung von Automatisierungsprozessen nicht mehr erkennbar ist, rechnet ARC mit einem überlegenen Anstieg der PC-Steuerung.

Inline-Messung

Hersteller nehmen seit jeher Qualitätsanalysen vor, um Mängeln in der Produktion auf den Grund zu gehen, bevor diese zu einem gro-ßen Kostenproblem werden. In den letzten Jahren wurden die Qualitätsbestimmungen allerdings verschärft, sodass die Hersteller gezwungen waren, noch mehr in ihre Qualitätsprüfungen zu investieren. In einigen Unternehmen wird in regelmäßigen Abständen eine Probe zur Qualitätsanalyse im hauseigenen Labor entnommen. Eine andere Möglichkeit ist die Integration von Mess- oder Analysesystemen im laufenden Fertigungsprozess (auch Prozessanalysesysteme genannt). Spektrome-ter oder Gaschromatographen erledigen dabei eine passive Überwachung von Produktparametern, ohne dass die Prozesse unterbrochen werden müssen. Dies ist besonders wichtig für kontinuierliche Prozesse, die einen langwierigen Neustart erfordern, oder bei der aseptischen Befüllung bzw. Verpackung, wo eine Kontaminierung beim Öffnen der Maschine stundenlange Sterilisierungsmaßnahmen bis zum Neustart nach sich zieht.

Bei der Inline-Messung werden über Netzwerke die Qualitätsdaten von Prozessen in Echtzeit erhoben. So können statistische Auswertungen in laufenden Prozessen vorge-nommen, Abweichungen erkannt und korri-gierende Maßnahmen ergriffen werden, ohne die Prozesse zu stören. Allerdings werden Inline-Messungen in vielen Industriebereichen wegen der hohen Kosten, die damit verbunden sind, selten angewandt. Diese Lösungen werden eher in der Öl- und Gas-, der chemischen Industrie oder in Bereichen mit hohen gesetzlichen Auflagen, z.B. in der Pharmabranche, eingesetzt. Vor mehr als zehn Jahren wurde die „New Sampling/Sensor Initiative" (NeSSI) ins Leben gerufen, um die Zuverlässigkeit von Analysesystemen zu verbessern. In diesem Zusammenhang wurden die Abmessungen von mikroanalytischen Sensoren reduziert und Industrienormen für Prozessanalysesysteme etabliert.

Sinkende Preise für Inline-Messungen und Analysegeräte ebnen Geräteherstellern den Weg in neue Märkte. ARC rechnet daher mit einem rapiden Wachstum in neuen Industriebereichen, z.B. im Bereich Nahrungs- und Genussmittel.

Lösungen sind zunehmend vertikal ausgerichtet

Über die letzten zehn Jahre ist der Bedarf an Informationen aus Produktionsprozessen gestiegen, sodass die Maschinenbauer mehr Software in ihre Automatisierungslösungen für alle Industriebereiche integriert haben. Die Endanwender möchten idealerweise eine „perfekte" vertikale Integration von Enter-prise- und Fertigungssystemen erreichen. Das bedeutet, Produktionsaufträge, die auf Enterprise-Ebene im ERP-System erstellt werden, können nahtlos in Einstellparameter für Produktions- oder Verpackungsmaschinen umgewandelt werden. Selbst bei modernen Fertigungssystemen kann es allerdings zu „ Medienbrüchen" kommen – Unterbrechungen der Übertragungskette wegen inkompatibler Systeme oder fehlender Schnittstellen.

Dieses Problem taucht oft auf, wenn Produktionssysteme in Einzelteilen erworben und vor Ort integriert werden oder wenn bei vorhandenen Systemen eine Erweiterung stattfindet. Alle Beteiligten konzentrieren sich auf die korrekte Einbindung der jeweiligen Maschine oder Fertigungslinie, aber niemand ist für die Gesamtintegration des Produktionsbereichs verantwortlich. Viele Maschinenbauer geben an, eine vertikale Integration bis zur ERP-Ebene zu leisten, aber die Kunden nehmen diesen Service häufig nicht in Anspruch. Stattdessen erledigen diese Aufgabe unter Umständen in der Nähe ansässige Systemintegratoren, welche die speziellen Anforderungen des Unternehmens kennen. Dies führt dazu, dass sich Maschinenbauer weiterhin auf Konstruktion und Leistung von Maschinen konzentrieren und die Chance verpassen, ihre Erfahrungen bei der Softwareintegration auszubauen.

Die Situation ändert sich langsam. Maschinenbauer und Systemintegratoren erweitern ihr Angebot an Integrationsdienstleistungen. Dieser Trend begann vor Jahren in der Automobilindustrie und setzt sich in weiteren Branchen fort. Zum Beispiel anstelle von separaten Verarbeitungs-, Füll- und Verpackungslinien unterschiedlicher Anbieter, die dann vor Ort von einem Systemintegrator verbunden werden, kann man heute eine komplette Anlage zur Produktion von Erfrischungsgetränken ordern. Einige Anbieter treten sogar als Generalunternehmer für die Errichtung von Neuanlagen in Aktion – so etwas war vor zehn Jahren noch unmöglich. Derartige vertikale Lösungen sind nicht nur bei der Installation kostengünstiger, auch die Gesamtbetriebskosten sind langfristig eher niedriger, da es weniger Ausfälle gibt und die Instandhaltung effizienter ist. Der Weg zu absolut vollständig und perfekt integrierten Lösungen ist allerdings lang, und viele befinden sich noch im Entwicklungsstadium.

Energieeffizienz

Der Trend zur Steigerung der Energieeffizienz wird die produzierende Industrie noch viele Jahre begleiten. Es gibt in diesem Bereich jedoch noch viel zu tun – sowohl seitens der Betreiber (Implementierung von wirksamen Strategien zum Energiemanagement) als auch der Automatisierungsanbieter (Integration von Energiemanagementsystemen in vorhandene Automatisierungsarchitekturen). Die Automa-tisierer beginnen jetzt, sich mit dem Energiesparpotenzial zu befassen, welches durch eine Integration von elektrischer Steuerung und Prozessleitsystem genutzt werden kann. Die Anbieter von Enterprise-Lösungen hingegen erforschen seit Kurzem Möglichkeiten, ihre Produktionsmanagement- und Asset-Management-Lösungen dahingehend zu erweitern, dass die Anwender ihren Energieverbrauch messen und verwalten können.

Energiemanagementsysteme können zwar helfen, den Energieverbrauch in Produktionsprozessen zu optimieren, aber diese Produkte erbringen nur eine wirkliche Wertschöpfung, wenn sie als Teil eines unternehmensweiten Energiesparprogramms, einschließlich Mitarbeiterschulung und Unterstützung durch die Unternehmensführung, eingebunden werden. ARC kennt Chemieanlagen, in denen eine einfache Energieüberwachung, bei der dem Bedienpersonal die richtigen Kennzahlen an die Hand gegeben werden, den Verbrauch um 15 % gesenkt hat. Noch mehr kann gespart werden, wenn die Prozesse von vornherein energieeffizient geplant werden – bei vorhandenen Prozessen gibt es diesen Luxus allerdings nicht.

Die Welt wird virtualisiert

Wie bei den meisten Technologien, die dem IT-Bereich entlehnt sind, dauerte es auch bei der Virtualisierung lange, bis sie die Automatisierungswelt erreichte. Immerhin sind virtuelle Umgebungen nun ein aufkeimender Markt für innovative, spezialisierte Nischenanbieter. Virtualisierung ist ein Prozess, bei dem eine Computerarchitektur in einer Software-Emulation nachgeahmt wird – eine sogenannte „virtuelle Maschine", die sich verhält und arbeitet wie das Originalsystem. In der Fertigung kommen auf die Virtualisierung andere Einsatzgebiete als auf Enterprise-Ebene zu. Ein Anwendungsbereich befasst sich mit der Vergangenheit, der andere mit der Zukunft:

· ARC schätzt, dass heute ältere Steuerungssysteme im Wert von rd. 50 Mio. Euro im Einsatz sind, die sich dem Ende ihres produktiven Lebenszyklus (gewöhnlich 15 bis 25 Jahre) nähern. Hierbei handelt es sich um Altsysteme, für die keine Ersatzteile mehr erhältlich sind oder Produktionssysteme, die in eine mo- derne, technologisch überlegene Steuerungsarchitektur überführt werden können. Solch eine Migration ist jedoch kostspielig und kann unter Umständen nicht die richtige Lösung für ältere Systeme sein. Veraltete Steuerungen können stattdessen nun in Software emuliert werden, sodass sie als virtuelle Maschinen auf einer modernen Computerplattform laufen. Normalerweise bleibt der Rest des Systems bestehen und die Komponenten, von den MMS bis zu den E/As kommunizieren über Schnittstellen mit der virtuellen Steuerung.

· Virtualisierung kann in der Zukunft der Automatisierungssysteme auch eine immer größere Rolle spielen. So ist PC-basierte Automatisierung nichts anderes als die Virtualisierung einer Steuerung, die auf einem Industrie-PC läuft. Die meisten Automatisierungsanbieter haben derzeit sowohl herkömmliche Steuerungen als auch PC-basierte Controller im Portfolio. Beide sind äußerlich und funktionell gleich angelegt, sodass sich die Anwender nicht mit unterschiedlicher Hardware befassen müssen und Programme zwischen beiden Plattformen ausgetauscht werden können. Da Automatisierungshardware jedoch immer schneller und billiger wird, entwickelt sie sich immer mehr zu gewöhnlicher Handelsware und die Automatisierer sind gezwungen, ihre Geschäftsmodelle neu auszurichten. Nicht der Vertrieb von Hardware wird die zukünftige Haupteinnahmequelle sein, sondern Produkte mit modernen, intuitiven Software-Engineering-Tools, die sich von den Mitbewerbern abheben.

David W. Humphrey, Research Director der ARC Advisory Group, Standort München ( www.arcweb.com )