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Bosch Rexroth: Vernetzen für Industrie 4.0 Digital vernetzt effizienter produzieren

Redakteur: Konrad Mücke

Um Industrie 4.0 zu verwirklichen, sind zahlreiche unterschiedliche IT-Komponenten, Sensoren, Aktoren, Steuerungen und Maschinen auf der Produktionsebene sicher und zuverlässig digital zu vernetzen. Dies gelingt mit Software von Bosch Rexroth.

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Integrieren ohne zu programmieren: Über das Web-interface lässt sich die IoT-Gateway-Software in drei logischen Schritten mit Hilfe vorinstallierter Apps konfigurieren und per Fernzugriff verwalten.
Integrieren ohne zu programmieren: Über das Web-interface lässt sich die IoT-Gateway-Software in drei logischen Schritten mit Hilfe vorinstallierter Apps konfigurieren und per Fernzugriff verwalten.
(Bild: Bosch Rexroth AG)

In Zukunft werden alle Geräte einer Fertigung untereinander und mit IT-Systemen verbunden sein. Dies gelingt allerdings nur mit universellen Soft- und Hardwaresystemen, denn auch in der Fabrik der Zukunft arbeiten Maschinen unterschiedlichster Hersteller und Baujahre nebeneinander. Sie sind mit unterschiedlichen Steuerungen ausgerüstet.

Manche davon sind zeitgemäss, andere bereits seit vielen Jahren bewährt und nicht für eine Vernetzung ausgelegt. Daten müssen also in einer heterogenen Umgebung erfasst werden. Einige Anwender bevorzugen eine zentrale Verarbeitung von Daten in einer Cloud. Andere präferieren, ihre Daten in der eigenen IT-Umgebung zu speichern und zu verarbeiten. Proprietäre Systeme können diese Vielfalt nicht bewältigen. Deshalb benötigen Produktionsunternehmen offene Softwarelösungen. Diese sollen eine Vielzahl an Schnittstellen und Standards unterstützen, sich einfach und schnell in Betrieb nehmen und kundenspezifisch individualisieren lassen.

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Ohne Programmieren einfach in Betrieb nehmen

Diesen vielfältigen Forderungen entspricht die Software IoT-Gateway von der Bosch Rexroth AG. Sie vernetzt Maschinen und andere Geräte mit IoT-Anwendungen. Damit verbindet sie sämtliche Komponenten einer Produktion vom Sensor bis zur Cloud. Der Steuerungshersteller stellt die Software zusammen mit der Embedded-Steuerung XM oder mit dem kleinformatigen (pocket-sized) Box-PC PR21 zur Verfügung. Letzterer lässt sich dank einer Vielzahl an marktüblichen Schnittstellen in heterogene Umgebungen einfügen.

Die Software IoT Gateway schafft Transparenz und Effizienz, weil sie über Sensoren und Steuerungsinformationen kontinuierlich Daten zu Betriebszuständen erfassen und auch vorverarbeiten kann. Auf deren Basis können Anwender Prozesse optimieren, Verschleiss frühzeitig erkennen und ihre Overall Equipment Effectiveness (OEE) steigern.

Die Software arbeitet parallel zur Maschinensteuerung, ohne diese zu belasten. Damit kann sie auf sämtlichen Maschinen, unabhängig von Hersteller, Baujahr und Steuerungssystem eingesetzt werden, ohne in diese eingreifen zu müssen. Das minimiert den Zeit- und Kostenaufwand. Die Software lässt sich ohne SPS über einen Web-Browser in Betrieb nehmen. Üblich bewältigen dies sachkundige Betriebselektriker mit IT-Erfahrung innerhalb weniger Stunden.

Sicherheit auf aktuellem Stand der Technik

Beim Vernetzen ist unbedingt für maximale Datensicherheit zu sorgen. Die IoT-Gateway-Software ist strukturell sicher und kann jederzeit vor neuen Bedrohungen geschützt werden. Sie trennt den Anwenderbereich von den Sicherheitssystemen. Diese sind in jeweils eigenen Domänen gekapselt. Im Anwenderbereich können Endanwender oder Maschinenhersteller individuelle Programme und Algorithmen installieren. Sensoren und Steuerungen werden über gängige Schnittstellen der Automation, zum Beispiel IO-Link, Gbit-Ethernet oder Industrial Ethernet, angebunden. Über diese kommuniziert die Gateway-Software Daten und Informationen.

Ein zweiter Bereich organisiert den verschlüsselten Datenaustausch über ein Virtual Private Network-Gateway. Eine Firewall schützt vor Angriffen und unbefugten Zugriffen. Administriert und gewartet wird die IoT-Gateway-Software über das Device Portal. Diese Software verwaltet alle angeschlossenen IoT-Gateways eines Anwenders weltweit über den gesamten Lebenszyklus per sicherem Fernzugriff. Anwender können damit zeitgleich beispielsweise Sicherheitsupdates auf sämtliche angeschlossenen Geräte aufspielen.

Mit dezentraler Rechnerleistung Daten unverzüglich nutzen

Um sehr grosse Datenmengen, die bei konsequentem Anwenden von Industrie 4.0 innerhalb kurzer Zeit entstehen, in Echtzeit in eine Cloud zu senden und dort zu verarbeiten, fehlen bisher meist die erforderlichen Bandbreiten im Datennetz. Dennoch ist es unbedingt geboten, die Produktivitätspotenziale durch Vernetzung alsbald zu nutzen. Deshalb verarbeitet man Daten und Informationen zumindest vorübergehend vorteilhaft dezentral. Dazu verfügt die IoT-Gateway-Software über eigene Rechen- und Speicherleistung. Sie erfasst die Daten der angeschlossenen Sensoren und verarbeitet sie dezentral zu Informationen auf Basis von Algorithmen, die der Software- und der Maschinenhersteller sowie die Anwender installieren.

Effizienter durch rasches Optimieren

Die modular aufgebaute Software IoT Gateway basiert auf Linux und Java. In der Laufzeitumgebung Java Virtual Machine (JVM) werden unterschiedliche Apps parallel ausgeführt. Bosch Rexroth hat dazu drei Cluster gebildet: Die Device-Apps binden Sensoren und andere Informationsquellen ein. Die Processing-Apps verarbeiten diese Daten zu Informationen und die Provider-Apps verbinden zu MES-, IT- und Cloud-Systemen.

Bereits vorinstalliert sind zahlreiche Anwendungen zur Datenanalyse und -aufbereitung, beispielsweise das Local Monitoring. Letzteres visualisiert lokal in Echtzeit Produktionsdaten. Spezielle Funktionen zeigen kurzfristig Optimierungspotenziale. Bei minimalem Aufwand lässt sich damit Effizienz von Maschinen steigern. Der Anwender erhält einen direkten Überblick über wichtige Kenngrössen seiner Produktion.

Offen für mehr Informationen

Beim Installieren von IoT-Anwendungen sind zunächst möglichst viele Daten aus unterschiedlichsten Quellen zu erfassen. Dabei unterstützen die aktuellen Multi-Sensor-Einheiten auf MEMS-Basis CISS von Bosch Rexroth den Anwender. Sie erfassen Beschleunigungen und Vibrationen sowie Umweltbedingungen. Die industrietauglichen Einheiten verfügen über konfigurierbare Beschleunigungs-, Drehzahl-, Temperatur-, Feuchtigkeits-, Druck- und Lichtsensoren sowie Mikrofone und Magnetometer. Die Einheiten CISS können als Erstausstattung integriert, aber auch nachgerüstet werden. Techniker binden die Sensoren per Plug-and-play einfach und in kürzester Zeit über die USB-Schnittstelle ein. Die Zeit zur Inbetriebnahme beträgt einen Bruchteil verglichen mit herkömmlichen Sensoren, bei allerdings deutlich grösserer Anzahl zu erfassender Messgrössen. Die Gateway-Software von Bosch Rexroth erfasst auch Daten und Informationen von CNC-Steuerungen. Dafür verfügt sie über Verbindungsschnittstellen beispielsweise zu Geräten von Siemens, Rockwell oder Beckhoff. Ergänzend stehen Standardschnittstellen entsprechend dem Standard OPC UA sowie OPC DA zur Verfügung. Zum Senden von Daten in eine Cloud kann die Software mit Plattformen wie Bosch IoT-Cloud, Microsoft Azure oder der Oracle IoT kommunizieren. SMM

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