tec News22 HARTING s Technologie Magazine Gastbijdrage: Prof. Dr.-Ing. Jürgen Gausemeier it s OWL Wij zijn het topcluster Dr. Frank Brode Altijd online Smart Network Infrastructure Thomas Wolting Precieze zinvolle interactie Han-Fast Lock Onderzoek voor innovaties!
HARTING is er voor u! HARTING nu ook op Google+ Op Google+ geeft HARTING informatie over het bedrijf. De inhoud van het ondernemingsprofiel gaat verder dan de informatie die u op onze homepage leest en uit persberichten kunt vernemen. Op Google+ leest u bijvoorbeeld iets over het dagelijkse werk bij HARTING, over individuele beroepsanalyses en over de mensen in het bedrijf. HARTING nu ook op Twitter Ook op Twitter nieuws zijn we sinds kort met een ondernemingsprofiel online. Daar leest u nieuws en wetenswaardigheden over onze producten, over beurzen en over andere bijeenkomsten. Klik eens om ons te volgen op Twitter! ZoAls AlTIjd kunt u ons vinden op:
Duurzaamheid is de basis van alle innovaties Globalisering is geen loze kreet, maar schept een dagelijkse verplichting. Wie wil slagen en positieve impulsen aan de verdere ontwikkeling van de maatschappij wil geven moet voortdurend betrokken blijven. Voor HARTING is dit de grondslag van onze visie.» Dr. Frank Brode, Senior Vice President New Technologies De belangrijkste uitdagingen van de 21e eeuw zijn het gevolg van de toenemende globalisering van de markten, groeiende megacities, de steeds groter wordende schaarste van de natuurlijke hulpbronnen, maar ook de toenemende veroudering van de bedrijven in de geïndustrialiseerde landen. Deze mondiale trends eisen nieuwe concepten waarmee onze hulpbronnen duurzamer gebruikt kunnen worden, de mobiliteit van de maatschappij behouden blijft en zelfs nog kan worden uitgebreid en waarmee de communicatie op een nieuw niveau kan worden getild. Een belangrijke bouwsteen om aan deze uitdagingen tegemoet te komen ziet de HARTING Technologiegroep in de ontwikkeling van een slimme (smart) en flexibele infrastructuur. In deze visie van HARTING is het inzicht besloten dat de afzonderlijke machines, apparaten en inrichtingen in een steeds sterkere mate met eigen intelligentie worden uitgerust. Dat geldt zowel voor een smart fabriek als voor onze dagelijkse kantooromgeving en thuis. Kerngebied is hierbij het elektriciteitsnet: De nu al bestaande infrastructuur van stroomproducent, voedingsnet en opslagmedia tot en met de eindverbruiker moet een eigen intelligentie hebben om een economie mogelijk te maken die in staat is onze natuurlijke hulpbronnen zoveel mogelijk te ontzien. OnderzOek met sterke kennispartners Het centrale technologieonderdeel van de HARTING Groep gaat van deze visie uit en werkt aan de ontwikkeling van nieuwe productieprocessen, de gebruikmaking van nieuwe materialen (nanodeeltjes!), de uitbreiding en verdere ontwikkeling van het productgamma en aan de ontwikkeling van nieuwe oplossingen voor een slimme infrastructuur. Deze oplossingen vormen een combinatie van nieuwe producten die met sensoren, elektronica en software zijn uitgerust om een wezenlijk hogere efficiency van de maatschappelijke processen te bereiken. Deze extreem veeleisende taak kan alleen in nauwe samenhang met een aantal onderzoeksinstituten, universiteiten en partners worden opgelost. De HARTING Technologiegroep onderhoudt in dit kader een groot internationaal ontwikkelings en kennisnetwerk waarin onderzoek wordt verricht op gebieden die variëren van kunstmatige De HARTING Technologiegroep onderhoudt een groot internationaal ontwikkelings- en kennisnetwerk waarin onderzoek wordt verricht op gebieden die variëren van kunstmatige intelligentie tot en met nanotechnologie." intelligentie tot en met nanotechnologie. HARTING wil langdurig betrokken blijven, zoals enkele van vele voorbeelden laten zien: de bouw van een technologiecentrum in Espelkamp, de stichting van een gastprofessoraat en vele langdurige samenwerkingen op onderzoeksgebied. Ik wens u veel plezier bij het lezen 3
tec.news 22: Inhoudsopgave Inhoud Afbeelding met vriendelijke instemming van Think Abele GmbH & Co. KG / Stage Kinetik Strategie Hoofdartikel / 03 Duurzaamheid is de basis van alle innovaties Wij zijn het topcluster - it s OWL / 06 Gastbijdrage door Prof. Dr.-Ing. Jürgen Gausemeier Intelligente interfaces tussen mens en techniek / 08 Prof. Jochen Steil en Dr. Sebastina Wrede, Universiteit van Bielefeld over moderne technologieën bij de mensmachine-interactie Altijd online - Smart Network Infrastructure / 10 De HARTING Technology Group heeft met Smart Network Infrastructure de basis gelegd voor gestructureerde verwerking van grote hoeveelheden gegevens in real time. Niet geheel volgens de status quo / 12 HARTING denkt bij industriële automatisering door, in het kader van het bondsprogramma 4.0. Servicegeoriënteerde architecturen in de automatiseringstechniek / 16 Service-georiënteerde architecturen (SOA) vinden nu ook hun toepassing in de industriéle IT en bieden daarbij een groot potentieel. Voorsprong veilig stellen / 19 HARTING Labor krijgt de verantwoordelijkheid voor controle en keuring en is verantwoordelijk voor de strategische ontwikkeling van technologie. Applicaties Snelle FTS-performance voor iedereen / 24 Hilscher ondersteunt Fast Track Switching met de nieuwste generatie van NetX. Gecontroleerde positionering / 32 Han-Yellock toegepast bij SCARA robotsystemen Applicaties bij nationale bedrijven / 40 Internationale toepassingen van HARTING producten 4
tec.news 22: Inhoudsopgave Oplossing Precieze zinvolle interactie / 22 Han-Fast Lock PCB-connectoren voldoen aan de eisen voor grote stromen in combinatie met eenvoudige handling en efficiënte bouwgrootte. De netwerkcentrale / 26 HARTING heeft het Ha-VIS Dashboard ontwikkeld als centrale bedienings- en beheersoftware voor Ethernet-netwerken. Klein intelligentiepakket / 28 HARTING presenteert met smart Power Networks een praktisch en op de toekomst voorbereid concept voor het beheer van energiestromen. Imposante remote diagnosticus voor ruige omgevingen / 30 RFID toegepast bij reparatie en onderhoud Op weg naar een standaard / 31 har-flex maakt flexibele ontwerpmogelijkheden voor industriële apparaten beschikbaar. Alleskunner, geschikt voor vrijwel alles / 34 Han-Modular : de individuele connector voor alle voorkomende toepassingen Stroomsensoren voor sterkstroomelektronica / 36 HARTING stroomsensoren met een hoge resolutie en een grote stoorvastheid De toekomst van de mobiliteit / 38 Effectieve oplossing voor elektromobiliteit Kort en bondig Korte berichten / 35 Lezersvragen / 42 Beurspresentie / 43 Impressum / 43 5
tec.news 22: Strategie it s OWL Wij zijn het topcluster Machines kunnen zelfstandig leren, huishoudelijke apparaten denken mee, voertuigen handelen op basis van ervaringskennis proactief. Intelligente technische systemen zullen het leven van alledag drastisch veranderen. Het Cluster Intelligente Technische Systemen OstWestfalenLippe (it s OWL) is het handelsmerk van de technologievestiging OstWestfalenLippe. Op 19 januari 2012 werd it s OWL als topcluster van BMBF erkend. Onze gastbijdrage:» Prof. Dr.-Ing. Jürgen Gausemeier Bedrijven (Technische) universiteiten en onderzoeksinstituten Op bedrijven en het bedrijfsleven gerichte instellingen (o.a. brancheorganisaties, Kamers van Koophandel, bedrijfsstimuleringsfondsen Een unieke concentratie van wereldleiders, hidden champions en toponderzoek op het gebied van intelligente technische systemen De werktuigbouwkundige systemen van morgen zullen gebaseerd zijn op een nauwe samenwerking tussen mechanica, elektronica, regeltechniek, softwaretechnologie en nieuwe materialen. Ze gaan boven de mechatronica uit en laten een inherente intelligentie zien. De informatietechniek en ook niet-technische disciplines, zoals de kenniswetenschap, de neurobiologie of de linguïstiek produceren een grote verscheidenheid aan methoden, technieken en procedés waarmee sensorische, actorische en cognitieve functies in technische systemen kunnen worden geïntegreerd, die men tot op heden alleen van biologische systemen kende. Dergelijke systemen duiden we aan als intelligente technische systemen; ze zijn adaptief, robuust, proactief en gebruikersvriendelijk. Intelligente technische systemen passen zich aan hun omgeving en aan de wensen van hun gebruikers aan. Ze zijn van nut in de huishouding, bij de productie, de handel, op de weg; ze zijn spaarzaam met onze hulpbronnen, zijn intuïtief te bedienen en betrouwbaar. Voorbeelden zijn een droogautomaat die zich in een paar seconden aanpast aan de veranderende stroomprijs en tegelijkertijd toch dankzij zijn zelfoptimalisering een topresultaat levert, een 6
tec.news 22: Strategie (technische) universiteiten en onderzoeksinstituten in OWL de innovatiesprong van de mechatronica tot deze systemen met hun inherente intelligentie Innovatiesprong van mechatronica tot systemen met inherente intelligentie" productiemachine die door de bediener ook bij de moeilijkste taken gemakkelijk te bedienen is en die uit zichzelf weet wanneer het tijd wordt voor een onderhoudsbeurt, een grote wasserijinstallatie, die elk stuk wasgoed automatisch wast, droogt, strijkt, en vouwt, en dat alles met de hoogste kwaliteit en met een minimaal gebruik van water, energie en wasmiddel. In het kader van de cluster it s OWL hebben 173 bedrijven, brancheorganisaties, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Gausemeier is hoogleraar productontstaanswijzen aan het Heinz Nixdorf Instituut van de universiteit van Paderborn. Hij is ook voorzitter van het cluserboard van het onlangs erkende BMBF Topcluster Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe (it s OWL). in het vizier. Op de scheidslijn van bedrijfsleven en wetenschap worden in 47 projecten product- en productinnovaties ontwikkeld. Het spectrum varieert van intelligente sensoren, aandrijvingen en automatiseringscomponenten, machines, huishoudelijke apparatuur, voertuigen tot en met productie-installaties, smart grids en cash management systemen. Ze kunnen samengevat worden onder het begrip Cyber-Physical Systems. De projecten zijn gebaseerd op een gemeenschappelijk technologieplatform als kern van de innovatiesprong van het cluster als geheel. Kleine en middelgrote bedrijven maken met behulp van dit technologieplatform en de daaruit resulterende transferprojecten gebruik van de uitgewerkte toptechnologie. De bedrijven in OWL gaan de uitdaging aan om dergelijke systemen voor de markten van morgen te ontwikkelen en te produceren. De onderscheiding topcluster is een groot succes en onderstreept op indrukwekkende wijze de capaciteiten van de regio, die nu goed zichtbaar telt tot de Champions League van internationale hightech regio s. Ook de verdere ontwikkeling van de innovatie- en productievestiging Duitsland als geheel krijgt door deze activiteit belangrijke impulsen. Kort gezegd De HARTING Technologiegroep zorgt samen met de wetenschappers van het CoR-Lab van de universiteit van Bielefeld voor twee van de 34 door de industrie voortgestuwde innovatieprojecten van het topcluster. In totaal 25 kernondernemingen (waaronder de HARTING Technologiegroep) investeren 72,9 miljoen in intelligente technische systemen in de regio OWL. 7
tec.news 22: Strategie Intelligente interfaces tussen mens en techniek Moderne technologieën voor de mens-machine-interactie, zoals bewegingsinterpretatie, taalinteractie, touch, blik- of gebarentaal ontwikkelen zich sterk en worden praktisch toegepast op bijvoorbeeld het gebied van entertainment of smartphones.» Prof. Jochen Steil, Managing Director Research Institute for Cognition and Robotics (CoR-Lab) & Member of the Scientific Board in the Center of Excellence Cognitive Interaction Technology (CITEC), University of Bielefeld Dr. Sebastian Wrede, Head of Cognitive Systems Engineering, CoR-Lab & CITEC, University of Bielefeld De complexiteit van technische systemen neemt ook in de automatisering toe met als oogmerk om flexibel te kunnen reageren op de wensen van klanten. De combinatie van deze trends zal kenmerkend zijn voor de toekomst. Er zullen intelligente interfaces beschikbaar komen die de bedienersondersteuning zelfstandig aanbieden en zich aan de gebruiker aanpassen. De verbetering van productieprocessen is in beslissende mate afhankelijk van de intelligente mens-machine-interactie." "Wat wil die techniek toch van mij?" Mensen staan voortdurend voor het probleem om met technische systemen te interacteren. Hoe moet een functie worden bestuurd, hoe moet een terugmelding worden geïnterpreteerd of waar is er een fout opgetreden? In de mens-machine-interactie worden ondersteunende interfaces beschikbaar gesteld om dit soort problemen door middel van een intuïtieve bediening efficiënt op te lossen. Het speelt dus in de industrie een steeds groter wordende rol. Want ook het plan nen en de gebruikmaking van automatiseringinstallaties wordt steeds complexer en moet tegelijkertijd intuïtief en veilig en zeker zijn. Flexibiliteit door modularisering en leerprocessen De toenemende modularisering van de meet- en regeltechniek en de open interfaces maken een flexibele, software-gedreven kijk op het productieproces mogelijk. Deze flexibilisering belooft niet alleen een efficiëntere aanpassing van productieprocessen, maar ook een uitgebreide real time registratie van procesdata. Het gebruikmaken hiervan is een ander vlak van de mens-machine-interactie (MMI). Het is nauw verbonden met statistisch leren, bijvoorbeeld om fouttoestanden in een lopend proces te kunnen voorspellen. Zo kunnen onderhoudsintervallen dynamisch worden, wanneer een systeem het slijten van een boor door grotere varianties in andere proefmaten moet leren voorspellen. Zo n voorspelling wordt in een simulatiesysteem gevisualiseerd om de bediener een eenvoudige interpreteerbare feedback over de toestand van de automatiseringsoplossing te geven. Zo worden bijv. uitvaltijden geminimaliseerd, hulpbronnen efficiënt gebruikt en de communicatie tussen mens en machine verbeterd. Robotsysteem FlexIRob Intuïtieve programmering en configuratie De verbetering van productieprocessen, vooral door het flexibel inzetten van moderne, krachtgeregelde roboticacomponenten, is eveneens in beslissende mate afhankelijk van de intelligente inzet van de mens/machine-interactie. Aan het instituut voor Kennis en Robotica van de universiteit van Bielefeld is een prototype van een dergelijk systeem ontwikkeld, dat het mogelijk maakt om een op scharnierende gewrichten gebaseerde robot door de geschikte combinatie van krachtregeling en leerprocessen in een paar minuten zo te configureren, dat hij zeer complexe bewegingen kan uitvoeren. De visie van een intuïtieve programmering waarmee het ter plekke mogelijk 8
te c. N ew s 22: S t r at eg i e We begrijpen elkaar." wordt dat ook niet-deskundigen met geringe inspanningen in staat zijn een installatie om te bouwen, is hierdoor 'prototypisch' gerealiseerd. Mens-Machine interactie in het topcluster it s owl De transfer van dergelijk actueel toponderzoek vanuit de expertomgeving van de universiteit Bielefeld speelt ook voor het topcluster it s OWL een belangrijke rol. Samen met de HARTING Technologiegroep wordt de intuïtieve communicatie tussen mens en machine in referentieprojecten omgezet om richtinggevend te laten zien hoe flexibele productiemethoden van de toekomst steeds nauwer met de interactie van mens-machine verbonden zijn. Kort gezegd Moderne technologieën voor de mens-machineinteractie zijn zich enorm aan het ontwikkelen De verbetering van productieprocessen is in beslissende mate afhankelijk van de intelligente inzet van mens-machine-interactie Samen met de HARTING Technologiegroep wordt de intuïtieve communicatie tussen mens en machine in referentieprojecten omgezet 9
tec.news 22: Strategie Altijd online Smart Network Infrastructure Real time communicatie heeft krachtige en betrouwbare componenten en systemen nodig. De HARTING Technologiegroep heeft met Smart Network Infrastructure de basis gelegd voor een gestuctureerde verwerking van grote hoeveelheden gegevens in real time.» Dr. Frank Brode, Senior Vice President New Technologies, Germany, HARTING Technology Group, Frank.Brode@HARTING.com komen ook de zogenoemde sensorennetwerken die een integraal onderdeel van de systemen zijn. Cruciaal onderdeel van deze nieuwe oplossingen is meestal een krachtige software die zorg draagt voor de absoluut noodzakelijke intelligentie van het systeem. De kracht van De HARTING Technologiegroep heeft met Smart Network Infrastructure de basis gelegd voor een gestructureerde verwerking van grote hoeveelheden gegevens in real time." In de industriële omgeving is de gestelde eis om ten allen tijde toegang te hebben tot relevante informatie hard bezig om norm te worden. Bij de energievoorziening, de besturing van machines en van productieprocessen, de coördinatie van projecten en vele andere toepassingen is de mate van gebruik en beschikbaarheid van netwerken dermate hoog, dat een menselijke communicatie alleen niet meer voldoende is. Toekomstzekere concepten en systemen zullen aan deze stijgende vraag moeten kunnen voldoen. Het door de HARTING Technologiegroep ontwikkelde concept van de Smart Network Infrastructure maakt de structuur, de producten en de systemen beschikbaar die niet alleen geschikt zijn om aan de huidige eisen te voldoen, maar die ook geschikt zijn voor de toekomst. De universele beschikbaarheid van informatie Infrastructuren worden steeds belangrijker en bestaan uit veel meer dan alleen maar connectoren, kabels en switches. Daarbij deze software en daarbij de capaciteit voor de real time verwerking van grote hoeveelheden gegevens wordt zo steeds meer de onderscheidende factor. De HARTING Technologiegroep heeft daarom haar focus in sterke mate op dit gebied gericht. De managementtaken De netwerkinfrastructuur wordt van oudsher gezien als een pure verbinding tussen intelligente apparaten. Dit is echter steeds meer aan verandering onderhevig de infrastructuursoftware krijgt een steeds grotere betekenis. De HARTING Technologiegroep heeft een dashboard gerealiseerd om alle noodzakelijke informatie over de infrastructuur te visualiseren. Door de samenvoeging van alle HARTING managed apparaten op één niveau kan de gehele infrastructuur van een industrieel netwerk comfortabel worden beheerd. De software stelt zelfstandig vast hoe de aanwezige topologie is opgebouwd en actualiseert deze op de achtergrond doorlopend, zonder dat toepassingen hoeven te worden onderbroken of het systeem hoeft te worden uitgeschakeld. Op deze manier wordt het werk van de systeembeheerders aanzienlijk verge makkelijkt. Door de open architectuur kan het Ha-VIS Dashboard daarnaast ook apparaten van externe producenten integreren voorzover zij voldoen aan de internationale communicatiestandaards. De nieuwe uitdagingen Real time of bijna real time dataverwerking zijn momenteel al een vereiste geworden 10
tec.news 22: Strategie voor efficiënte procesbesturingen in decentrale netwerken en toepassingen. Gegevens moeten voortdurend uiterst actueel en in totale samenhang worden geanalyseerd om bepaalde trends te kunnen herkennen, vroegtijdig uitzonderlijke situaties vast te kunnen stellen en tijdig geautomatiseerd daarop te kunnen reageren. Hieraan liggen echter wel geautomatiseerde besluitvormingsprocessen ten grondslag, waarin de relevante van de niet-relevante gegevenspaketten moeten worden onderscheiden en geprioriseerd moeten worden. Met de Fast Track Switch-technologie (FTS) heeft de HARTING Technologiegroep een beslissende stap gezet die voor een lange termijn aan deze eisen voldoet. Protocollen en berichten die real time of determinisme vereisen, kunnen hierbij boven het niveau van de automatisering heen geprioriseerd worden. Een Fast Track Switch is daarmee de belangijkste determinisme-gateway voor bedrijfsnetwerken die daarmee nieuwe systeemconcepten kunnen realiseren, welke op de concepten van Complex-Event-Processing (CEP) en Real-Time-Event-Processing (RTEP) zijn gebaseerd. Toekomstvisie Door de integratie van nieuwe technologieën in de systeemoplossingen van HARTING Smart Network Infrastructure wordt het mogelijk voor de lange termijn en op flexibele wijze nieuwe toepassingen te integreren. CEP andere bronnen: 1. Luckham, David: The Power of Events: An Introduction to Complex Event Processing in Distributed Enterprise Systems, Addison-Wesley Professional, 2002. 2. Eckert, Michael / Bry, François: Complex Event Processing (CEP), Institut für Informatik, Ludwig-Maximilians-Universität München, (2009). 3. Gesellschaft für Informatik e.v. (GI) Kort gezegd Smart Network Infrastructure stelt de structuur, de producten en systemen beschikbaar die niet alleen geschikt zijn om de huidige eisen te vervullen, maar die ook geschikt zijn voor de toekomst HARTING heeft een dashboard gerealiseerd, waarmee alle noodzakelijke informatie over de infrastructuur wordt gevisualiseerd Fast Track Switch is de belangrijkste determinisme-gateway voor bedrijfsnetwerken 11
tec.news 22: Strategie Niet geheel volgens de status quo Het bondsprogramma Industrie 4.0 en HARTING s Automation IT gaan een coöperatief netwerk stichten voor alle ondernemingsapplicaties.» Andreas Huhmann, Strategy Consultant Connectivity & Networks, Germany, HARTING Technology Group, Andreas.Huhmann@HARTING.com Met automation IT heeft de HARTING Technologiegroep een communicatieplatform voor alle applicaties van een productiebedrijf ontwikkeld. In het kader van het bondsprogramma Industrie 4.0 loopt HARTING echter met de voorontwikkeling van industriële automatisering ver vooruit op wat nu algemeen als status quo wordt gezien. De integratie van intelligente netwerken bij de productie wordt hiermee nog verder vorm gegeven. Met de invoering van Ethernet als communicatiestandaard voor de automatisering worden netwerken veel opener dan daarvoor opgezet. De applicaties die op deze netwerken draaien hebben deze ontwikkeling daarentegen nog niet geheel kunnen bijbenen. Dat is vooral problematisch, omdat nieuwe eisen altijd een sterker samenwerken van verschillende applicaties vereisen. ERP-software (Enterprise Resource Planning), MES- (Manufacturing Execution System) en SCADAsystemen (System Control and Data Acquisition), beheer- en energiemanagement systemen zullen alle geïntegreerd moeten worden. Energiedoelmatigheid bijvoorbeeld kan niet met alleen een druk op een knop bereikt worden. Een duurzame procesautomatisering is ook pas dan mogelijk wanneer de verschillende bedrijfsapplicaties onderling samenwerken. Coöperatieve ondernemingsapplicaties De noodzaak van barrièrevrije samen- 12
tec.news 22: Strategie Info HARTING heeft in het kader van slimme elektriciteitsnetwerken het onderwerp energie-efficiëntie aangepakt. Zwaartepunt is daarbij het gebruik van een convergent Ethernet-netwerk dat wordt ingezet voor het beheer van het stroomvoorzieningsnetwerk. Het netwerkbeheer wordt vereenvoudigd door het gebruik van IT-technologieën, zoals SNMP. De voor de applicatie noodzakelijke eindapparatuur, de smart Power Units, worden voor applicaties beschikbaar gesteld. De integratie in de automatiseringslaag en de besturingslaag, alsmede energiemanagementsystemen wordt op dit moment met grote voortvarendheid uitgevoerd. HARTING zal de smart Power Units en hun integratie op de Hannover Messe in 2012 introduceren. werking tussen de afzonderlijke bedrijfsapplicaties heeft in het verleden nooit prioriteit gekregen. Dat was ook de reden dat de ontwikkeling van de automatisering als geheel een heel andere richting is opgegaan dan die van de industriële automatisering. Een consequentie hiervan is dat de klassieke automatisering een applicatiespecifiek netwerk opbouwt. Communicatie vanuit de instrumentatiebus naar andere bedrijfsapplicaties vond plaats via gateways. Apparaten in het automatiseringsnetwerk waren en zijn daarbij altijd aan een concrete automatiseringsapplicatie toegewezen en door de instrumentatiebus in lijntopologie onder een hoofdbesturing geplaatst, de klassieke PLC-situatie. Met de invoering van Ethernet als communicatiestandaard voor automatisering zijn de netwerken principieel ook opener geworden wat ook voor een gekozen topologie tot meer vrijheid heeft geleid. De hoofdbesturing is weliswaar vaak nog functioneel aanwezig, maar die kan ook flexibel in het netwerk worden geïntegreerd. Gerelateerd aan verdere bedrijfsapplicaties is de besturing vooral het logische overdrachtspunt voor informatie en heeft zo eigenlijk een gatewayfunctie. De fysieke netwerken vormen zo een uniform en daarmee convergent communicatieplatform. De op dit communicatieplatform gebruikte applicaties zijn echter logisch grotendeels onafhankelijk en vanuit het perspectief van Met het samen laten werken van diverse zakelijke applicaties tot op instrumentatieniveau heeft HARTING bij het realiseren Automation IT Vision opnieuw een stap voorwaarts gezet." 13
tec.news 22: Strategie instrumentatieapplicaties was er geen reden om deze onafhankelijkheid op te geven. Klassieke automatisering functioneert namelijk in elk geval ook op zich zelf hetgeen ook uit veiligheidsoogpunt noodzakelijk is. Deze werkwijze die ook wel als automatiseringseiland wordt aangeduid is onkritisch zolang er voor de besturing van het hele proces geen informatie tussen de afzonderlijke bedrijfsapplicaties zelf hoeft te worden uitgewisseld. Nieuwe toepassingen stellen echter precies deze eis. Info Voor de ERP-software waren dit productie, finance en accounting (kostenplaatsberekeningen) en Controlling (indeling van de energiekosten bij een product). Bij MES-systemen / SCADA-systemen moet rekening worden gehouden met het registreren van productie- en productgegevens (energiegegevens worden analoog aan tijd, personeel, product, enz. geregistreerd) en met de aansturing van productie-orders. Energie-efficiëntie is voor de toekomst vereist Energie-efficiëntie verlangt een hoge mate aan samenwerking tussen bedrijfsapplicaties. Welke applicaties hier in detail beschouwd moeten worden, is als onderdeel van de samenwerking met het Duitse HARTING Research Center for Artificial Intelligence (DFKI) verder onderzocht: ( Info). Rekening houdend met de vele verschillende functionele gebieden van de diverse bedrijfstoepassingen, waarbij in het kader van energiedoelmatigheid rekening moet worden gehouden, kan energie-efficiëntie niet een afzonderlijke applicatie ergens bij indelen. Natuurlijk kan met behulp van een energiemanagementsysteem en door middel van handmatige interventie in het productieproces de inzet van energie worden geoptimaliseerd en het verbruik worden gereduceerd. Dit proces kan echter alleen rekening houden met effecten op lange termijn. Het kan bovendien niet geautomatiseerd worden en zich flexibel aan de zich permanent veranderende randvoorwaarden, zoals een sterk variërende energieprijs aanpassen. Een duurzame procesoptimalisatie is dan ook alleen mogelijk wanneer de verschillende bedrijfsapplicaties in het kader van een procesoptimalisatie kunnen samenwerken. Sommige scenario's, zoals een pauzebeheer onderstrepen dit nog extra. Een productiefaciliteit in de standbystatus te plaatsen is een taak van de besturing. Deze heeft hiervoor echter essentiële informatie nodig over het tijdstip en de lengte van de pauze. Het is echter ook voorstelbaar om de pauze-tijden te flexibiliseren en met de beschikbaarheid van energie te correleren. Samenwerking met automatisering Een belangrijke reden voor het gebrek aan samenwerking bij applicaties ingezet bij productie komt voort uit het con Bij bedienings- en besturingssystemen staan besturing en de regeling van processen voorop (starten, stoppen, stand-by-management, pauzeren (op basis van externe voorkeuzen, bijvoorbeeld door middel van een energiemanagementsysteem)). Energiemanagementsystemen daarentegen hebben hoofdzakelijk gegevensverwerking en -analyse nodig, beheer van de belasting, bijvoorbeeld als pauzebeheer en de ondersteuning van de eisen volgens DIN 16 001. 14
tec.news 22: Strategie cept van communicatie bij industriële automatisering. Deze vindt gewoonlijk cyclisch plaats. Een centrale besturing communiceert daarbij met decentrale deelnemers in een vaste cyclus gebruikmakend van kennis over de topologische eigenschappen van het netwerk. Alleen zo kan informatie op tijd en op een gegarandeerd tijdstip bij de ontvanger beschikbaar komen. Deze vorm van koppeling tussen applicatie en netwerk met een bepaald gedefinieerd tijdgedrag over een bepaalde periode is in de kantoorautomatisering niet bekend. Hier worden services gevormd die in het kader van een soort orkestratie tot complexe diensten met elkaar worden gecombineerd. Het netwerk moet voor afzonderlijke applicaties een bepaalde capaciteit beschikbaar maken. Een manier om applicaties te laten samenwerken in industriële omgevingen is de structurering van de automatiseringsprocessen als Service Oriented Architecture (SOA). In een SOA worden eenvoudige processen tot een complex proces gecombineerd. Voor het gebruik van dit complexe proces, is het voldoende als de interfaces bekend zijn zonder dat informatie over de eenvoudige processen beschikbaar is. SOA-architecturen bieden voor de integratie van bedrijfsapplicaties, belangrijke voordelen, zoals de eerste demonstraties van het DFKI in Kaiserslautern tonen: een aan kantoorautomatisering equivalent gebruik van IT-technologie leidt dan ook tot innovatieve, dat wil zeggen, vooral krachtige automatiseringsoplossingen. De oplossing van HARTing Ha-VIS Dashboard Er zijn meerdere mogelijkheden om applicaties in bedrijfs-it en instrumentatie op elkaar af te stemmen. HARTING Ha-VIS Dashboard werkt onder de bedrijfsapplicaties en boven de pure communicatie-infrastructuur. Dit maakt het beheer van de totale netwerkinfrastructuur mogelijk, maar kan nog veel meer. De Dashboard Service biedt bijvoorbeeld naadloze integratie van RFID (Radio Frequency Identification) en intelligente smart Power-Units binnen de bedrijfsapplicaties. Voor de smart Power-eenheden bestaat de mogelijkheid van integratie door middel van een PROFINET I/Ostack in de besturingstechniek, en door service-interfaces in bedijfsapplicaties als ERP en MES. Echter ook deze integratie vormt slechts een noodzakelijke start. HARTING is met de ontwikkelingen begonnen om bedrijfsapplicaties makkelijk met elkaar te verbinden. Het doel is het creëren van logische verbindingen tussen de verschillende applicaties ten behoeve van de realisatie van energieefficiëntie bij de productie. Doordat verschillende bedrijfsapplicaties tot op instrumentatieniveau samenwerken komt HARTING bij het realiseren van de Automation IT Vision een onderscheidende stap verder. Het convergente Ethernetcommunicatieplatform vormt de basis van de communicatie tussen de applicaties, maar pas een koppeling van de applicaties is echt in staat om het productieproces duurzaam te optimaliseren. Kort gezegd Met de introductie van Ethernet als communicatie-standaard voor automatisering zijn netwerken principieel meer open geworden Een manier voor het samen laten werken van applicaties in een industriële omgeving is SOA (Service Oriented Architecture) HARTING Ha-VIS Dashboard maakt het beheer van de totale netwerkinfrastructuur mogelijk 15
tec.news 22: Strategie Servicegeoriënteerde architecturen in de automatiseringstechniek Servicegerichte architecturen (Serviceorientierte Architekturen-SOA), toegepast bij Business IT verhogen de flexibiliteit en interoperabiliteit door gebruikmaking van open toegankelijke en herbruikbare services. Het concept vindt nu ook toepassing bij de automatisering in de industrie (SOA-AT) en biedt grote mogelijkheden.» Dipl.-Ing. Lisa Ollinger, Technical University Kaiserslautern Dr.-Ing. Jochen Schlick, Deputy Head Innovative Factory Systems IFS, German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI) GmbH Dipl.-Ing. Stefan Hodek, German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI) GmbH Het concept van de servicegeoriënteerde architecturen (SOA) is in de automatiseringstechniek al een geruim aantal jaren gevestigd en wordt vooral in bedrijfsprocessen gebruikt." 16
tec.news 22: Strategie Het concept van de servicegeoriënteerde architecturen (SOA) is in de informatietechnologie al een geruim aantal jaren gevestigd en wordt vooral in bedrijfsprocessen gebruikt. Het gaat hierbij allereerst om een abstract concept voor softwarearchitecturen dat verschillende methoden of applicaties als herbruikbare en open toegankelijke diensten vertegenwoordigt en daardoor een platformonafhankelijk (her)gebruik mogelijk maakt. uitgevoerd wordt en de actuele toestand van het technische systeem een grote rol. Een bekende SOA-richtlijn beveelt aan om de services bij voorkeur toestandloos te implementeren om de toepassing, onafhankelijk van interne toestanden mogelijk te maken. Een mechatronisch component kan echter een fysische toestand bezitten, zoals bijv. de actuele positie van een cilinder die het productieproces in belangrijke mate kan beïnvloeden. Om een dergelijke service precies te definiëren is daarom behalve de beschrijving van de functieomvang van de software ook een beschrijving van de hardware en de precieze gegevens van de plaats nodig. Een lijst met de belangrijkste verschillen tussen SOA-IT en SOA-AT wordt in tabel 1 weergegeven. Deze verschillen leiden ertoe dat het gebruik van SOA voor automatiseringstechnische taken principieel verschilt van de Om dit idee op de industriële automatiseringstechniek toe te passen, moeten alle besturingstechnische functies binnen een fabrieksbesturingssysteem als services ingekapseld worden. Op hogere niveaus van de automatiseringspiramide zijn dit niet anders dan - in een SOA-IT- pure softwarecomponenten. Op lagere niveaus zijn services echter geen pure softwarefuncties, maar vertegenwoordigen ze mechatronische functionaliteiten voor het uitvoeren van reële technische processen. Deze services kunnen de fysieke toestand van mechatronische componenten beïnvloeden teneinde een directe invloed op het technische proces te kunnen uitoefenen. In tegenstelling tot pure softwareservices spelen daarbij de plaats waar de service MES / ERP-niveau Besturingsniveau Instrumentatieniveau Service-oproep Afbeelding 1: Voorbeeld van een SOA-AT-besturingsarchitectuur Service functie a ventiel Service opdracht Service proces 1 Service functie a pomp 17
tec.news 22: Strategie klassieke SOA-toepassingen. Met name gelden er totaal andere randvoorwaarden en vereisten voor bedrijfsprocessen dan bij de klassieke SOA-toepassingen, zodat procedés, methoden en technologieën nodig zijn die het gebruik van SOA in de automatisering systematisch ondersteunen en optimaal helpen te realiseren. Definitie en voordelen van SOA-AT Met de specifieke aanvang met SOA in de automatisering die we hier als SOA-AT aanduiden, moet het conceptueel kader voor de toepassing van SOA voor automatiseringstechnische taken in de industriële fabrieksomgeving worden gedefinieerd. Het fundamentele idee daarbij is de ontwikkeling van een universele besturingsarchitectuur die is gebaseerd op de paradigma s van servicegeoriënteerde architecturen. Een dergelijke servicegerichte besturingsarchitectuur wordt gekenmerkt door de volgende eigenschappen: het gebruik van gestandaardiseerde communicatie-interfaces en -protocollen alsmede de functionele inkapseling van mechatronische en besturingstechnische functies bij services. Daarbij worden de elementaire functies van instrumentatieapparatuur, die als interface bij het technische proces fungeren, als basisservices aangeduid. Deze kunnen dan in besturingsprogramma's tot meer hoogwaardige services worden gegroepeerd en via de gestandaardiseerde service-interfaces worden opgeroepen. In afbeelding 1 is zo n service gerichte besturingsarchitectuur als voorbeeld afgebeeld. De communicatie tussen alle componenten vindt daarbij door middel van serviceoproepen plaats. aanzienlijk gereduceerd worden. Bovendien verandert de programmering van de besturing op essentiële wijze, omdat de implementatie van een besturingslogica niet meer via de verwerkingsmethode van de I/O-signalen plaatsvindt, maar - door het gebruik van services - naar een meer abstract niveau kan worden gebracht. Dit geeft tevens de mogelijkheid de besturingsprojectie grotendeels hardwareonafhankelijk uit te voeren. Dit zal de flexibiliteit van plannings- en reconfiguratieprocessen van de productie-installaties aanzienlijk doen stijgen en de programmeerkosten minimaliseren. Bovendien zorgt het voor een hogere herbruikbaarheid van besturingsprogrammatuur. Voorwaarde hiervoor is een algemene servicespecificatie die onafhankelijk is van individuele producenten en uitsluitend is gebaseerd is op de functionaliteit van de componenten, alsmede een geschikte planningsmethode die de voordelen van serviceoriëntatie in volle omvang ondersteunt. Demonstrator De in afbeelding 2 getoonde demonstrator dient voor het evalueren van de concepten bij de ontwikkeling van SOA-AT. Het als voorbeeld dienende productieproces bestaat uit het overhevelen van stukgoed met een aansluitende kwaliteitscontrole. De precieze opdrachtgegevens bevinden zich daarbij niet in een centrale databank, maar zijn met behulp van een RFID-tag (Radio Frequency Identification-Tag) direct aan het product zelf opgeslagen. De oorspronkelijk ontworpen hard- en softwareopbouw werd daarbij zodanig verder ontwikkeld dat alle Door de gestandaardiseerde interfacebeschrijving van de services en door het gebruik van gestandaardiseerde communicatieprotocollen kunnen de services niveauoverstijgend opgeroepen worden. Dit verhoogt de verticale integratie van automatiseringscomponenten met hogere niveaus aanzienlijk. Daarnaast kunnen de integratie-inspanningen bij de vervanging of toevoeging van componenten daardoor Afbeelding 2: Demonstratiesysteem met servicegeoriënteerde besturingsarchitectuur 18
tec.news 22: Strategie SOA-IT SOA-AT Toepassingsdomeinen Bedrijfsprocessen Technische processen Servicedefinitie Inkapseling van software Inkapseling van mechatronische functionaliteit Servicespecificatie Locatieafhankelijkheid Functionaliteit van de software Onafhankelijkheid van de exacte locatie van de serviceaanbieders Mechatronische functionaliteit + hardwarebeschrijving + plaats Afhankelijkheid van de exacte locatie van de serviceaanbieders Toestandsloosheid Toestandsloze software + protocollen Proces afhankelijk van de toestand van de hardware Losse koppeling Modulaire programmering met hoge cohesie Modulaire programmering + mechanische opbouw Doel Verdeelde toepassingen Uitvoering van technische processen Tabel 1: Vergelijk van SOA-IT en SOA-AT apparaten over service-gateways beschikken waarop de services geïmplementeerd zijn. Voor service-uitbreiding van de instrumentatieapparatuur zijn verder microcontrollers gebruikt en is de centrale PLC (geheugenprogrammeerbare besturing) vervangen door een industriële PC. De microcontrollers zijn d.m.v. Ethernet met de PC verbonden en dragen zorg voor de integratie met de instrumentatieapparatuur zoals frequentieomvormers, RFIDlees- en schrijfapparaten, inductie- en ultrasone sensoren, een camera e.a. Daarbij is de aansluiting van instrumentatieapparaat en microcontroller individueel en afhankelijk van de betreffende interface van het instrumentatieapparaat (Profibus, I/O-signalen, RS232 enz.) ontwikkeld en gerealiseerd. Beoordeling en vooruitzichten Het concept van de SOA-AT vormt de basis voor de systematische planning en realisering van servicegeoriënteerde automatiseringssystemen in industriële fabrieksomgevingen. Daarop gebaseerd moeten nu methoden en richtlijnen worden ontwikkeld om het gebruik van SOA-AT te faciliteren zodat het zich een vaste plek kan veroveren. Centraal staat de optimale definitie van de services, afhankelijk van aspecten zoals toestandloosheid, losse koppeling, herbruikbaarheid, eenduidigheid enz. Daarbij is het ook belangrijk om rekening te houden met een stapsgewijze invoering van SOA-AT, zodat oude en nieuwe technologieën met elkaar verenigbaar zijn, e.e.a. ten behoeve de acceptatie van deze benadering. Omdat de implementatie van de servicegerichte technologieën tegenwoordig vaak kostbaar is, zijn er gestandaardiseerde procesbeschrijvingstalen nodig voor een ad hoc orkestratie van productieprocessen, producentoverkoepelende semantische apparaat- en installatiemodellen ten behoeve van een computerondersteunde planning, inbedrijfstelling en exploitatie van productie-installaties evenals tools voor een efficiënte opbouw en omgang met servicegeoriënteerde architecturen in de productie. Kort gezegd Servicegeoriënteerde architecturen bij industriële automatisering verhogen de flexibiliteit en onderlinge uitwisselbaarheid door de gebruikmaking van open toegankelijke en herbruikbare services Het concept van de SOA-AT is de basis voor de systematische planning en realisering van servicegeoriënteerde automatiseringssystemen in industriële fabrieksomgevingen 19
tec.news 22: Strategie Voorsprong veilig stellen HARTING Corporate Technology Services (CTS) neemt voor de gehele HARTING Technologiegroep de test- en controletaken over en is nu binnen de groep verantwoordelijk voor de strategische technologieontwikkeling.» Dr. Stephan Middelkamp, Consultant Strategic Technology Development, Germany, HARTING Technology Group, Stephan.Middelkamp@HARTING.com Het testgamma van het laboratorium wordt voortdurend uitgebreid en aan nieuwe technologieën, markten en producten aangepast." Lichtboog die in de vacuüm plasmacoating wordt geproduceerd Doorsnede met de Focused Ion Beam door een printerplaat van een 3D-MID module Opname met de computertomograaf van de HARTING PushPull Power 48 V 20