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Vom Shopfloor bis ins ERP mit einer Sprache sprechen

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Eine Maschine schickt nun ihre Daten an Basys 4.0, das den dazugehörigen digitalen Zwilling lädt. Die Middleware normiert die unstrukturierten Daten, indem sie die Sensoren anweist, in welcher Reihenfolge die Daten einlaufen sollen. Was dieser Schritt bedeutet, ordnet Dr. Thomas Kuhn, Haupt­abteilungsleiter Embedded Systems am Fraunhofer-IESE und Projektleiter von Basys 4.0, ein: „Eine protokollübergreifende Ende-zu-Ende-Kommunikation ist möglich. In dem Moment, in dem die Daten in der Verwaltungsschale abgelegt werden, erhalten sie eine Bedeutung, eine Semantik. Egal aus welcher Quelle sie kommen, man kann mit ihnen weiterarbeiten.“

Das Ziel ist, die Daten für die dienstbasierte Fertigung zu nutzen, was zum Fertigen von Kleinserien bis zur Losgröße 1 befähigt. Dazu wird das Prinzip der dienstbasierten Programmierung aus der IT auf die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) übertragen. Zunächst werden die Automatisierungsprozesse in der SPS in Dienste gekapselt. Speicherprogrammierbare Steuerungen stellen danach lediglich die Dienste bereit, die wiederum Dienstnutzer aufrufen. Sie legen jetzt die Fertigungsabläufe fest und verändern diese. Die Konsequenz: Nicht die SPS, sondern die Dienstnutzer müssen um- beziehungsweise neu programmiert werden, was viel effizienter erfolgt.

Abgestimmter IT-Stack und die Verbindung in die SAP-Welt

Eine IT-Infrastruktur des Betriebssystems, für die das Fraunhofer-IESE mit dem Datenmanagementspezialisten Netapp und dem Digitalexperten Objective Partner unabhängig vom Forschungsprojekt Basys 4.0 kooperiert, ist bereits einsatzbereit – und an die SAP-Welt anschließbar. Net­app Hybrid Cloud Infrastructure bildet die Basis, bei der die Komponenten Server, Speicher und Netzwerktechnik nach dem Prinzip der Hyperkonvergenz virtualisiert werden. Dieser IT-Stack ist auf den Net­app Kubernetes Service abgestimmt, der eine Multi­cloud-Kontrollebene für das Verschieben von Containern zwischen unterschiedlichen Umgebungen bietet. Basys 4.0 läuft in Containern, wobei die Container in einem kybernetischen Cluster betrieben werden. Zusätzlich kommt der Storage-Provisioner Trident von Netapp zum Einsatz: Dieser sorgt dafür, dass beim Hochfahren des Containers sowohl der Speicher als auch der letzte Datenstand bereitgestellt werden. Ansonsten würden Container nach einem Neustart leer hochfahren und so ihre Daten verlieren. Net­app Trident und Snapshots stellen sicher, dass Basys 4.0 im Container hochverfügbar ist.

Der Containeransatz spielte auch für das Verbinden von Shopfloor und ERP eine wichtige Rolle. Er stand Pate, als Objective Partner die Referenzarchitektur für Basys 4.0 und SAP Data Hub verkettete. SAP Data Hub, die Schnittstelle in die SAP-Welt, läuft wie Basys 4.0 in einem kybernetischen Cluster. Das Integrieren der einzelnen Module wie MM, FI, CO oder CRM funktioniert aber auch über Smart Data Access (SDA). Möglich ist auch das Nutzen von Open-Source-Produkten von Hyperscalern sowie der Werkzeuge aus der SAP-Leonardo-Suite. Realisiert haben die Projektpartner den architektonischen Ansatz von Netapp für die durchgehende Kommunikation zuerst im Kleinen – zu sehen in einer IIoT-Demo, die auch auf der Hannover Messe gezeigt wurde.

Bereit für Losgröße 1

Hersteller setzen auf eigene Protokolle und Kommunikationsstandards für ihre Maschinen. Diese Praxis blockiert eine branchenübergreifende Industrie-4.0-Umsetzung. Hinzu kommt, dass viele Sensoren eigene Software verwenden, was ebenso zu Kommunikationsproblemen führt. Mit Basys 4.0 entsteht unter der Leitung des Fraunhofer-IESE ein Betriebssystem, das übergreifend kommunizieren kann. Für die Praxis bedeutet das einen Riesenschritt beim Umsetzen von Industrie 4.0. Auf diesem Weg berät das Forschungsinstitut interessierte Unternehmen, Objective Partner implementiert die virtuelle Middleware für die Industrie-4.0-Umgebung beim Anwender und bietet den First-Level-Support an. Die Expertise des Fraunhofer-IESE bleibt im Second-Level-Support erhalten. Datenmanagementspezialist Netapp steuert die Referenzarchitektur bei und setzt das Datenmanagement für die vernetzte Produktion auf. Die Digitalisierungsexperten von Objective Partner verknüpfen die Daten aus Basys 4.0 mit SAP. Die Verwaltungsschale übernimmt dann im Betrieb den Auftrag aus dem SAP-System und steuert selbstständig die Produktionsprozesse. Auf dem Dashboard sieht ein Produktionsverantwortlicher, welchen Schritt ein Werkstück gerade durchläuft. Er kann jederzeit eingreifen – in die dienstbasierte Fertigung, die Kundenindividualität und Massenfertigung zusammenbringt.

* Jürgen Hamm ist Solutions Architect bei der Netapp Deutschland GmbH in 85551 Kirchheim

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