- IT&Production - https://www.it-production.com -

Das Zwitschern im Prozess

Social Manufacturing Network

Das Zwitschern im Prozess

Im Umfeld von Manufacturing Execution-Systemen trifft eine zunehmend an Internet-Technologien orientierte IT auf die Sachzwänge computergestützter Produktionssteuerungen, die herkömmlich zentral orientiert sind. Dabei geht es hier um mehr, als die Bedienung von Anlagen mit einem Browser. Geräte werden 'intelligent' und kommunizieren miteinander in cyber-physischen Systemen, dezentrale Steuerungen mit mehreren überlagerten Regelkreisen entstehen. Stellt sich die Frage, wie eine Kommunikation aussehen sollte, die diese Entwicklung unterstützt und die volle Leistungsfähigkeit dezentraler Intelligenz abrufen kann.

Die zeitgleiche Verarbeitung von Nachrichten eines Senders bei allen angeschlossenen Empfängern bietet neben Transparenz auch Möglichkeiten zur exakten Synchronisierung von Teilprozessen. Das ist eine besonders effiziente Form der Echtzeitkommunikation. Bild: MFP GmbH & Openclipart.org

Industrie 4.0 ist in aller Munde und viele technologische Neuerungen werden zur Zeit dieser Entwicklung zugeordnet. Der Einstieg in das Thema wird von den meisten Experten über Internet-Technologien dargestellt. Allerdings stellt die simple Anwendung eines Browsers zur Bedienung von Geräten mit integriertem Web-Server noch keine Verbesserung hinsichtlich flexiblerer Produktionsprozesse dar. Das Internet hat mehr zu bieten; wir erleben gerade heftige Diskussionen um die Vor- und Nachteile sogenannter sozialer Netze. Über die Medien wurden wir informiert, wie sich sehr viele Menschen kurzfristig zu gemeinsamen Aktivitäten über das Internet verabredeten. Welche Methoden stecken aus kommunikationstheoretischer Sicht dahinter und wie können wir diese in der Produktionsumgebung anwenden, um ähnlich schnell gemeinsame Ziele – wie Anpassung und Optimierung – mit vielen beteiligten ‚intelligenten‘ Geräten zu erreichen?

Echtzeit-Anwendung ‚Twitter‘

Im Umfeld von Manufacturing Execution Systems (MES) wird zunehmend die inhaltliche Bedeutung des ‚Execution System‘ betont. Das MES wird als Leitsystem in den Vordergrund gestellt und die Bedeutung einer flexiblen Feinplanung, ausgerichtet am aktuellen Geschehen, nimmt zu. Ansprüche an Echtzeitkommunikation werden gestellt und das Ziel, Einzelstücke genauso effizient wie große Lose zu fertigen, scheint in greifbarer Nähe. Im Rahmen von Industrie 4.0 erwarten wir nun den Einsatz solch intelligenter Geräte, die miteinander kommunizieren. Der Anspruch an Echtzeitverhalten lenkt bei der Betrachtung von Kommunikationsmethoden im Internet den Blick auf die Echtzeit-Anwendung Twitter.

Bei Twitter werden die Kommunikationspartner in ‚Twitterer‘ und ‚Follower‘ eingeteilt. Vereinfacht dargestellt gibt es ‚Zwitschernde‘ (Twitterer), die ihre aktuellen Informationen in das Netzwerk stellen, und Zuhörer (Follower), die diese Informationen zeitgleich zur Verfügung gestellt bekommen, um sie gegebenenfalls verarbeiten und darauf reagieren zu können. Der Zwitschernde publiziert seine Nachrichten ähnlich wie ein Rundfunksender und alle, die einen Rundfunkempfänger besitzen und den entsprechenden Kanal eingestellt haben, hören diese Nachricht. Gegenüber der herkömmlichen Rundfunktechnik haben wir im Internet die technische Möglichkeit, beliebige Rollen gleichzeitig zu spielen, also sowohl Sender als auch Empfänger zu sein und das bei beliebig vielen Kanälen.



Im Bild: Autor Dr.-Ing Robert Patzke, Geschäftsführer der MFP GmbH.

Auch Maschinen zwitschern

Übertragen wir diese Methoden auf die ‚intelligenten‘ Geräte in der Produktion, so wird zunächst jedes Gerät, das am Produktionsprozess beteiligt ist, zu einem Zwitschernden (Twitterer), der den Zustand des Gerätes selbst und den des vom Gerät gesteuerten Teilprozesses ins Netzwerk stellt. Alle anderen Geräte sind Zuhörer (Follower) und bekommen diese Informationen zur gleichen Zeit. Sie können nun angemessen auf diese Information reagieren. Da jedes Gerät bei Bedarf die Zustände aller anderen Geräte auswerten kann, entsteht ein Maximum an Möglichkeiten zur Optimierung des eigenen Teilprozesses unter Berücksichtigung des Gesamtprozesses.

Nachteile vom Original vermeiden

Obwohl der Eindruck entstehen kann, dass bei Twitter die Follower sofort mit den Nachrichten des Twitterers versorgt werden, ist tatsächlich ein zentraler Server im Einsatz, bei dem sich die Teilnehmer anmelden müssen, um kommunizieren zu können. Der Datenaustausch erfolgt nicht direkt zwischen den Teilnehmern. Fällt der Server aus, geht gar nichts mehr. Für die Produktionsumgebung bietet sich an, die Kommunikation ohne extra Server nach dem Rundrufprinzip (Broadcast) ablaufen zu lassen. Die üblichen Netzwerke (Ethernet, WLAN) bieten dafür das UDP-Protokoll und damit entspricht auch der physikalische Datenaustausch dem gewünschten ‚Twitter-Szenario‘. So ergeben sich ein großer Wirkungsgrad und eine hohe Geschwindigkeit. Diese Methoden sind in der Feldbustechnik unter dem Begriff Producer/Consumer-Modell lange bekannt und haben über den CAN-Bus eine weite Verbreitung in Kraftfahrzeugen gefunden. Ein weiteres Problem ergibt sich im Twitter-Umfeld aus der Nutzung des öffentlichen Internet als solches. Wenn es auch unwahrscheinlich ist, dass Mitbewerber durch Belauschen der Kommunikation einer Produktion Vorteile gewinnen, so ist doch die Möglichkeit eines aktiven Angriffs auf die Geräte mit Blockierung der Kommunikation nicht auszuschließen.

Die heute in den Firmen weitgehend verwendeten Intranet-Strukturen können hier einen guten Schutz bieten. Der Weg nach draußen erfolgt über einen Router, und der sollte nur bei Bedarf eine Verbindung zum Internet herstellen, die darüber ablaufende Kommunikation überwachen und Schädliches unterdrücken. Die vorgestellte Kommunikation auf Basis von Rundrufen wurde mit hervorragenden Ergebnissen in den Forschungsprojekten Celeritas und Agilita bei der Entwicklung eines agentenbasierten MES eingesetzt. Die Ansprüche dezentraler Regelkreise an die Kommunikation sind damit auf einfache Weise zu erfüllen. Neue Methoden aus Industrie 4.0 können ihre volle Leistungsfähigkeit ausspielen. Besonders zu betonen ist die nahezu beliebige Skalierbarkeit des Systems bei sehr geringer Netzwerklast. Wünschenswert wäre eine Standardisierung der Inhalte von Rundrufmeldungen. Da die Kommunikation selbst sehr einfach ist und die benötigten Ressourcen von den bekannten Netzwerken zur Verfügung gestellt werden, reicht zunächst die Dokumentation der Meldungen. Hierfür kann das gerade als Entwurf veröffentlichte VDMA-Einheitsblatt 66412-10 ‚MES – Daten für Fertigungskennzahlen‘ herangezogen werden.