SecurePLUGandWORK

Lösungsbausteine für Schnittstellen in der Automatisierung auf der Basis existierender Industriestandards

  • Wertschöpfungsbereich
    • Design & Engineering
    • Produktion & Lieferkette
  • Entwicklungsstadium
    • F&E-Projekt
  • Region
    • Baden-Württemberg
  • Unternehmensgröße
    • 5000 - 15.000 Mitarbeiter

Welche Herausforderungen galt es zu lösen und welcher konkrete Nutzen ergab sich?

In der Industrie 4.0 sind intelligente Anlagenkomponenten, Maschinen und Anlagen sowie IT-Systeme miteinander vernetzt, sodass jede Komponente der Fabrik über die relevanten „Partner“ mit ihren Fähigkeiten informiert ist. Tatsächlich existieren heute auf jeder Ebene der Fabrik unterschiedliche heterogene Softwaresysteme mit meist herstellergebundenen Schnittstellen, die bei jeder Änderung manuell angepasst oder umprogrammiert werden müssen. Sie sind damit aufwändig und fehleranfällig.

Das IOSB arbeitet seit mehreren Jahren daran, den Aufwand zur Inbetriebnahme von Maschinen um etwa 20 Prozent und die zur Anbindung von Anlagen und Steuerungen an ein übergeordnetes MES-System um etwa 70 Prozent zu reduzieren.

Technologie von heute und morgen
Technologie von heute und morgen
© Fraunhofer ISOB

Wie lässt sich der Industrie 4.0-Lösungsansatz beschreiben?

Schon heute kann man Konfigurationsdaten von Geräten und Anlagen auslesen, in ein standardisiertes Format überführen und daraus alle relevanten Informationen zur automatischen Konfiguration von Leitsystemen und deren Visualisierung ableiten. Das Engineering von Leitsystemen kann bis hin zur Generierung von Prozessführungsbildern mit allen wichtigen Anbindungsinformationen automatisiert werden. Dazu nutzt das Fraunhofer IOSB CAEX (Computer Aided Engineering Exchange) bzw. AutomationML™ und OPC-UA. In einem „Companion Standard“ beider Organisationen (OPC Foundation und AutomationML e.V.) ist beschrieben, wie ein AutomationML-Modell in das Informationsmodell eines OPC-UA-Servers überführt wird.

Das Projekt SecurePLUGandWORK erlaubt das Einklinken in das Produktionssystem ausschließlich autorisierten „Teilnehmern“, wie Komponenten, Maschinen und IT-Systemen. Zusätzlich wird die Kommunikation der Fähigkeiten verschlüsselt, sodass niemand unerlaubt mithören kann. Die Entwicklungsarbeiten bringen Partnerunternehmen aus dem Maschinenbau entscheidende Schritte voran auf dem Weg zu einer adaptiven, wandlungsfähigen Fabrik.

Was konnte erreicht werden?

Mit SecurePLUGandWORK sparen Maschinenbauer und Anlagenhersteller konkret und nachweisbar Zeit sowie Inbetriebnahmekosten: Die auf den Komponenten hinterlegten Eigenschaften werden direkt in die Steuerung eingelesen, statt sie manuell von einem Datenträger zu kopieren oder abzuschreiben.

Betreiberinnen und Betreiber von Anlagen, die SecurePLUGandWORK-Lösungsbausteine nutzen, reduzieren deutlich den Aufwand bei der Erstinbetriebnahme und jeder Änderung ihrer SCADA- und produktionsnahen IT-Systeme. So können die Konfigurationsdaten aus den Steuerungen direkt als OPC UA-Datenpunkte strukturiert und verständlich zur Verfügung gestellt werden.

„SecurePLUGandWORK ist Teil einer langfristigen strategischen Entwicklungslinie, nämlich derjenigen, eine USB-ähnliche Schnittstelle für die industrielle Produktion zu entwickeln. Damit können „Fleißarbeiten“ für Parametrierung und Konfiguration produktionsnaher IT-Systeme bei der Erstinbetriebnahme und bei jeder Änderung in der Fertigung drastisch reduziert werden“, so Olaf Sauer, Stellvertreter des Institutsleiters am Fraunhofer IOSB.

Mit welchen Maßnahmen wurde die Lösung erreicht?

Im Projekt haben die Partner PLUG-and-WORK-Fähigkeiten für die produktionsnahen Softwarekomponenten entwickelt, die durchgängig über die verschiedenen Ebenen der Fertigungshierarchie funktionieren. In mehreren konkreten Demonstratoren werden die Projektergebnisse umgesetzt. Nicht nur die Wandlungsfähigkeit, sondern auch die Sicherheit der komplexen, vernetzten Anlagen musste gewährleistet werden. Der Schutz vor Manipulation von Steuerdaten und Reverse-Engineering von einzelnen Komponenten schafft eine Robustheit gegen mögliche Cyber-Attacken in einer hochvernetzten und daher angreifbareren Automatisierungswelt. Darum entwickeln die Partner im Projekt u. a. eine softwarebasierte und damit automatisierte Authentifizierung von Komponenten des Produktionssystems sowie eine Verschlüsselung der Kommunikation. Die Entwicklungspartner trennen die Entwicklungsarbeiten in zwei Ebenen: So können auf der Ebene der Komponenten aufeinander abgestimmt und parallel Lösungen entwickelt werden, die in die Maschinen integriert werden. Auf der Ebene der Maschine werden diese dann zu Anlagen verkettet und an übergeordnete IT-Systeme angeschlossen.

Was können andere davon lernen?

Standards sind bereits verfügbar und können genutzt werden. Jedes Unternehmen benötigt aber seine eigene Roadmap zur Einführung von Industrie 4.0-Technologien – einen allgemeingültigen Weg gibt es nicht. Außerdem sind Maschinenbauer auf Partner aus der produktionsnahen IT angewiesen, die sich untereinander verständigen können. ITler hingegen brauchen Partner im Maschinenbau, die bereit sind, sich für IT und Kommunikation zu öffnen.

Kontakt
Dr.-Ing. Olaf Sauer Stellvertreter des Institutsleiters +49 (721) 6091 477 Fraunhofer IOSB
Fraunhofer Straße 1,  76131 Karlsruhe
www.iosb.fraunhofer.de