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"Mobile Kommunikation ist ein echter Enabler"

Drahtlose Automatisierung und Instandhaltung

"Mobile Kommunikation ist ein echter Enabler"

Der Einsatz mobiler Geräte in Prozessanlagen verspricht hohen Nutzen für Anwender: Eine mobile Strategie kann sowohl Einsparungen als auch Prozessqualität stützen. Herausforderungen stellen die hohen Anforderungen an Endgeräte sowie die Frage nach der Anwenderakzeptanz dar. Christian Klettner, Automation Manager Technische Fachzentren bei BASF Ludwigshafen und Obmann des Namur-Arbeitskreises 4.15 'Mobile Automation', gibt Einblicke in Anwendungsgebiete und Trends.



Bild: BASF

IT&Production:Herr Klettner, Sie beschäftigen sich seitens der Namur und bei BASF mit drahtlosen Technologien in der Prozessindustrie. Welche Entwicklungen sehen Sie derzeit im Hinblick auf den Einsatz funkbasierter Applikationen?

Christian Klettner: Die Anzahl von vernetzten, drahtlosen Systemen steigt kontinuierlich. Das betrifft sowohl die IT als auch die Automatisierungstechnik. Drahtlose Anwendungen werden dabei in der Regel im Funkband für ‚Industrial, Science, Medical‘ – dem ‚ISM‘-Frequenzbereich – ausgeführt, da diese Bänder ohne zusätzliche Kosten nutzbar sind. Im Gegenzug bedeutet dies, dass sich viele Anwendungen den gleichen Frequenzbereich teilen müssen, entsprechend muss sich der Betreiber einer Funkanwendung auch mit Koexistenz und Verfügbarkeit beschäftigen. Denn die Ressource Funk ist wertvoll und verspricht hohen Nutzen für Anwender. Hierzu stellt die Namur mit der NE 151 ‚Frequenzmanagement‘ eine Empfehlung zur Verfügung. Frequenzmanagement sollte sich dabei am gesamten Lebenszyklus der Funkanwendung orientieren. Die Aufgabe startet also in der Planungsphase, und umfasst neben der wirtschaftlichen Sichtweise auch die räumliche und zeitliche Koordination des Funkbetriebs – genauso wie die Validierung geplanter Maßnahmen, um Konflikte in Frequenzbändern zu vermeiden. Hierbei kann eine Einteilung in Anwendungsklassen, wie sie die NE 124 ‚Anforderungen an Wireless Automation‘ vorsieht, die Priorisierung erleichtern. Die Herausforderung für den Betrieb besteht dabei darin, konsequent an diese Aufgabenstellung heranzugehen und Funkapplikationen in einem kontinuierlichen Prozess zu pflegen. Praktische Anwendungen umfassen etwa mobile Prozessleitsysteme, mobile Instandhaltungslösungen sowie funkbasierte Sensornetzwerke. Um all diese Anforderungen ‚unter einen Hut‘ zu bringen, stehen verschiedene Ansätze zur Verfügung – vom Einsatz verschiedener Frequenzen und Kanäle über Frequenzbandwechsel bis zur Priorisierung. Das umfasst aber auch Rückbau und Freigabe von Ressourcen, wenn Anwendungen nicht mehr genutzt werden.

IT&Production: Welche Ratschläge können Sie Betrieben im Hinblick auf die Herangehensweise an entsprechende Projekte geben?

Klettner: Zu den Voraussetzungen zählt sicherlich, ein Management funkbasierter Anwendungen dauerhaft und verbindlich durchzuführen. Hinzu kommt, klare Prioritätsvorgaben für Anwendungsklassen zu erteilen – sowohl im Hinblick auf die Anlagensicherheit als auch bezüglich wirtschaftlicher Benefits. Nur so kann der Betrieb über den möglichen Einsatz entscheiden. Am Standort Ludwigshafen erfassen wir bei BASF alle Funkanwendungen zentral. So lassen sich Anwendungen und Frequenzauslastung auch grafisch darstellen, was den Überblick zur parallelen Nutzung von Funkanwendungen erleichtert. Das Ziel dahinter lautet, einerseits die Technologie bestmöglich zu nutzen und andererseits mögliche Konflikte schon in der Investitions- und Engineeringphase zu identifizieren. Der Standort hat mit diesem Konzept sehr gute Erfahrungen gemacht: Wir setzen entsprechende Maßnahmen seit mehreren Jahren erfolgreich um und haben seitdem so gut wie keine Probleme durch Frequenzüberlastung bei der Umsetzung funkbasierter Anwendungen. Generell sollten Unternehmen neben den beschriebenen Maßnahmen auch den Blick auf neue Technologien nicht scheuen – im Bereich mobiler Automatisierung kann sich etwa LTE als vielversprechende Alternative zu klassischen WLAN-Strukturen erweisen. Diesen Blickwinkel wollen wir auch in der Namur einnehmen. Gleichzeitig gilt es, Security nicht aus den Augen zu verlieren: Eine mobile Plattform benötigt sichere und zuverlässige Schnittstellen in die Automatisierungslandschaft. Weitere Herausforderungen umfassen die zielgerichtete Bereitstellung von Informationen auf dem Endgerät sowie hardwareseitig die Frage nach Explosionsschutz und dem Einsatz in rauen Umgebungen. Der Arbeitskreis wird hier verstärkt in Diskussion mit anderen Arbeitskreisen gehen, um entsprechende Business Cases zu identifizieren.

IT&Production: Können Sie Beispiele für erfolgreiche Projekte aus der Praxis nennen?

Klettner: Angesichts eines wachsenden Automatisierungsgrades und zunehmender Restrukturierungsmaßnahmen steigt der Bedarf für neue Kommunikations- und Bedienkonzepte in den Leitwarten. Der Standort Ludwigshafen hat inzwischen mehrere mobile Bedienstationen für Prozessleitsysteme im produktiven Einsatz. Der Nutzen liegt hier in verbesserter Mobilität und Flexibilität des Anwenders. Informationen stehen der Bedienmannschaft im Feld flexibel zur Verfügung und lassen sich auf Basis der Anwendung auch für andere Zwecke nutzen – etwa für ‚Loop Checks‘ bei Inbetriebnahmen und Anlagenänderungen, für welche der Techniker nun die Daten auf seinem Tablet-PC in die Anlage mitnehmen kann. Als zweites Projekt pilotieren wir derzeit eine mobile Instandhaltungslösung am Standort Ludwigshafen. Bei bereits implementierten Lösungen für die technische Gebäudeausrüstung konnten wir bereits bis zu 30.000 Papieraufträge, ebenso viele Arbeitsnachweise sowie bis zu 40.000 manuell erfasste Abrechnungsbelege einsparen. Der Hauptpunkt ist aber, dass mit mobilen Komponenten durchgängige Systeme etabliert werden. Damit gewinnen wir an Datenqualität, indem Informationen zeitnah ins SAP-System geschrieben werden. Zudem vermeiden wir Fehler bei der manuellen Übertragung von Notizen. Auf Basis durchgängiger Schnittstellen können wir somit Wartungs- und Inspektionsarbeiten deutlich effektiver abwickeln. Gleichzeitig wird die Arbeitsplanung verbessert, weil der aktuelle Arbeitsstatus sichtbar ist. Da Daten im Feld systematisiert erfasst werden, haben wir eine solide Grundlage für die Gestaltung der Instandhaltungsprozesse.

IT&Production: Was waren die Herausforderungen bei diesen beiden Projekten?

Klettner: Grundsätzlich ist IT-Security die Basis für den Einsatz von Wireless-Anwendungen. Hier sind klare Strukturen und Integrationskonzepte gefragt, die den hohen Anforderungen der Automation Security Rechnung tragen. Einfach einen Access Point an das Leitsystem anzuschließen, ist keine akzeptable Lösung – es muss stets ein Gesamtkonzept für die Nutzung von WLAN und anderen Funkanwendungen im industriellen Umfeld entworfen werden, um ‚offenen Flanken‘ und Wechselwirkungen zwischen Anwendungen zu vermeiden. Bei beiden Szenarien zeigte sich aber im Hinblick auf Bedienbarkeit Handlungsbedarf: Für den Einsatz in der Leittechnik geht es etwa um die Auflösung – vielfach werden auf dem Tablet einfach die gleichen Prozessbilder wie in der Leitwarte angezeigt, obwohl der Bildschirm deutlich kleiner ist. Entsprechend sind angepasste Masken gefragt, um dem User die Informationen zur Verfügung zu stellen, die er für seine mobile Anwendung benötigt. Letztlich braucht man hier die vernünftige Adaption von IT-Technologie an Automatisierungsanforderungen.

IT&Production: Konnten Sie in der Instandhaltung ähnliche Anforderungen beobachten?

Klettner: Akzeptanz ist immer auch eine Frage der Bedienbarkeit. Neben der Frage nach der passenden Hardware war daher auch hier das Anbieten angepasster Benutzeroberfläche ein wesentlicher Schlüssel zur Akzeptanz bei den Anwendern. Für das Projektteam bedeutete dies, intensiv mit den Nutzern zu kommunizieren, um die Informationen aus dem ERP System sinnvoll auf dem Mobilgerät darstellen zu können. Erst diese Anpassung der Arbeitsoberflächen gestattet, die Wertschöpfung durch mobile Geräte umfassend zu nutzen. Daneben war auch die Entwicklung von Schnittstellen in den Geräten hin zu SAP wichtig.

IT&Production: Sie sprachen mehrfach das Thema Hardware an – können Sie im Markt für industrietaugliche Geräte Ihre Bedürfnisse gut abdecken?

Klettner: Ein gutes Beispiel für universell einsetzbare Hardware stellt das iPhone dar – die Leute arbeiten gerne damit, was zum einen am geringen Gewicht, zum anderen an Faktoren wie Bedienung und Marke liegt. In der Prozessindustrie stehen wir aber vor der Herausforderung, Explosionsschutz und rauen Umgebungen bei der Hardwareauswahl Rechnung zu tragen. Das bedeutet einerseits langsamere Innovationszyklen bei den Geräten als im Consumerbereich, und im Gegenzug auch niedrigere Akzeptanz bei den Mitarbeitern: Ein Handwerker, der den ganzen Tag lang einen 800-Gramm-PDA durch die Anlage trägt, ist abends wenig begeistert – und greift an der Bushaltstelle dennoch zum iPhone. Der Innovationsgap zwischen Prozessindustrie und IT ist noch groß, ein sinnvoller Einsatz mobiler Endgeräte ist aber nur bei hoher Nutzerakzeptanz möglich. Auch mit dem überzeugendsten Business Cases werden Sie keinen Erfolg haben, wenn die Anwender nicht gerne mit den Geräten arbeiten.

IT&Production: Erwarten Sie, dass sich diese ‚Innovationslücke‘ zeitnah schließt – auch im Hinblick auf die Betriebssysteme?

Klettner: In der Tat zeigt die Marktentwicklung einen klaren Trend vom klobigen und teuren Endgerät hin zu Hardware, die sich stärker an marktgängigen Smartphones orientiert. Aktuelle Geräteklassen sind eigentlich relativ gut ausgestattet, erste Endgeräte erfüllen auch die hohen Anforderungen der Prozessautomatisierung. Und die Anbieter erkennen: Letztendlich führt die Akzeptanz beim Endanwender auch für Lösungsanbieter im industriellen Umfeld zum Erfolg. Wir sehen im AK 4.15 für das Jahr 2014 die Herausforderung, dass mobile Hardware noch viele ‚offene Baustellen‘ hat. Neben der Nutzerakzeptanz zählt dazu sicherlich auch die Frage nach dem Betriebssystem: Viele Anwendungen kommen aus der Windows-Welt, doch inzwischen kommen alternative Systeme mehr und mehr in den Markt. Betriebssysteme wie Android scheinen für den Einsatz im Prozessumfeld momentan noch weit weg, doch diese Entwicklung kommt rasant auf uns zu. Diesem Trend muss man Rechnung tragen, um die Automation sinnvoll mobil nutzen zu können. Der Explosionsschutz stellt dabei nach wie vor die größte Herausforderung bei mobilen Endgeräten dar, vor allem aufgrund der langwierigen Ex-Zertifizierungen. Ein Ansatz, den der Namur-AK derzeit prüft – und den wir momentan in Ludwigshafen pilotieren – sieht die Nutzung von Zone-2-Geräten für klar definierte und zeitlich begrenzte Tätigkeiten auch in Zone 1 im Rahmen einer Gefährdungsbeurteilung und Risikobetrachtung vor. Das öffnet die Tür, moderne Hardware einzusetzen. Diese Vorgehensweise erfordert jedoch ein hohes Maß an Fachkompetenz und die Implementierung entsprechender Kompensationsmaßnahmen. Als zweiter Punkt stehen Security-Anforderungen im Mittelpunkt. Hier gilt es, Lösungen so zu designen, dass bekannte Schwachstellen und IT Security-Risiken stark reduziert werden beziehungsweise die Auswirkungen im Ereignisfall beherrschbar bleiben. Dabei führt beispielsweise die Nutzung von mobilen Betriebssystemen wie Android zu anderen, neuen Ansätzen zur Einhaltung von Automation Security Anforderungen als der Umgang mit bislang etablierten, industriellen Standards.

IT&Production: Wireless-Technologie bleibt also eine Herausforderung – gerade in der Ex-Zone. Kann sich hier der Blick auf etablierte IT-Technologien abseits der Anlage lohnen?

Klettner: Als Namur-Arbeitskreis wollen wir noch im Jahr 2014 Konzepte als Grundlage für den Einsatz mobiler Endgeräte in der Prozessindustrie zur Verfügung stellen. Dazu zählen etwa ein Framework und Mindestanforderungen, um entsprechende Geräte in der Industrie zu nutzen. Generell lässt sich sagen, dass die Prozessindustrie im Bereich Mobile/Wireless viel von der IT lernen kann. IT-seitig steht eine Systemlandschaft mit nachgelagerten Datenbanken etwa für Betriebsdaten vielfach bereits zur Verfügung. Entsprechend gilt es, eine funktionierende, vielschichtige Kommunikationsinfrastruktur zu gestalten, die verschiedene Anforderungen adressiert und hohe Nutzerakzeptanz schafft. Das schafft auch die Basis für wertschöpfende, mobile Anwendungen in der Prozessautomatisierung. Für die BASF ist drahtlose mobile Kommunikationstechnologie ein zentraler Enabler für innovative Automatisierungslösungen.