"So gelingt digitale Shopfloor-Transparenz"

„Vom Feldbus zum OT-Backbone“ – so lässt sich die digitale Transparenz im Shopfloor erreichen, erklärt René Heidl, Leiter Technik & Support bei der Indu-Sol GmbH im Interview mit messweb Chefredakteur Dirk Schaar. Er beleuchtet die Stolpersteine der Shopfloor-Digitalisierung und zeigt, warum Connectivity, Smart Sensoren und Netzwerkstrukturen entscheidend sind.

Viele Digitalisierungsprojekte in der Industrie bleiben hinter den Erwartungen zurück. Liegt das Ihrer Erfahrung nach eher an technischen Hürden, organisatorischen Strukturen oder am fehlenden Zusammenspiel beider Bereiche?

Wir sprechen hier ausdrücklich von Shopfloor-Digitalisierung im Sinne von Prozessoptimierung, Energiemanagement, Warehousemanagement und verschiedenem Condition Monitoring zur Unterstützung der Instandhaltung – nicht von Topfloor-Digitalisierung. Im Topfloor ist bereits nahezu alles digitalisiert, und dennoch wird dort kontinuierlich weiter digitalisiert. Die Erwartungen an die Shopfloor-Digitalisierung hingegen werden häufig nicht erfüllt. Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass die Digitalisierung auf dem Shopfloor derzeit schlicht keinen Spaß macht – und was keinen Spaß macht, wird selten erfolgreich. Im Topfloor scheint das Digitalisieren hingegen Freude zu bereiten, sonst wäre man dort nicht so erfolgreich.

Spaß? Sind Sie sicher, dass auch Spaß zum Digitalisieren dazugehört?

Ja, da bin ich mir sicher, Spaß gehört dazu.

Ok, dann die Frage, „Warum macht die Digitalisierung im Shopfloor keinen Spaß?“

Erstens, weil bei weitem nicht so viele finanzielle Mittel bereitgestellt werden wie im Topfloor. Die dortigen Digitalisierer sitzen näher am Top-Management und erhalten dadurch deutlich einfacher mehr Ressourcen und mehr Verständnis für ihre Projekte. Und ohne ausreichendes Budget entsteht eben auch keine Begeisterung.

Zweitens: Die Datenlage ist unerquicklich. Die meisten Daten für Shopfloor-Digitalisierungsprojekte stammen aktuell aus SPS-Steuerungen. Allerdings verwendet nahezu jeder Maschinenbauer eine eigene Syntax. Das bedeutet: Selbst wenn ein Digitalisierer Zugriff auf die Datenbausteine der SPS erhält, findet er dort möglicherweise 500 Variablen – aber aus deren Bezeichnungen lässt sich nicht erkennen, ob es sich um eine Temperatur handelt und wenn ja, welche, ob es ein Druckwert ist und von welchem Hydraulikaggregat, oder ob es um Stromverbrauch geht. Wer weder die SPS noch die Maschine im Detail kennt, muss sich daher mühsam durch die Maschinendokumentation arbeiten, um die für die jeweilige Anwendung relevanten Daten zu identifizieren.

Drittens fehlen oft entscheidende Daten vollständig, weil sie für die reine Maschinensteuerung nicht benötigt werden. Ein typisches Beispiel ist der Stromverbrauch von Motoren. Für die Steuerung spielt er keine Rolle, daher erfasst die SPS ihn häufig nicht. Für das Energiemanagement hingegen ist genau dieser Wert von großer Bedeutung, da sich durch präzise Verbrauchsprognosen und die Vermeidung von Spitzenlasten erhebliche Kosten einsparen lassen. Um an diese Daten zu gelangen, müsste entweder das SPS-Programm angepasst werden, damit es beispielsweise den Stromverbrauch vom Frequenzumrichter ausliest, oder es müssten zusätzliche Sensoren in Maschinen und Anlagen integriert werden – beides mit erheblichem Aufwand und entsprechenden Kosten verbunden. Auch das trägt nicht gerade zur Motivation bei.

Hinzu kommt als weiterer Punkt die fehlende Netzwerkstruktur. Maschinen- und Anlagenbauer denken traditionell in Feldbussen, nicht in Netzwerken. Ihr Fokus liegt auf der Funktionalität der Maschine, nicht auf der späteren Digitalisierung durch den Betreiber. Das lässt sich an einer einfachen Frage verdeutlichen: Wenn in einem Schaltschrank 15 Geräte einen Anschluss an einen Switch benötigen – wie viele Ports sollte dieser haben? Die typische Antwort eines Konstrukteurs lautet: 16 Ports, damit ein Anschluss für spätere Erweiterungen frei bleibt. Fragt man hingegen einen IT-Experten, wird dieser sagen: Wenn bereits 15 Geräte eingeplant sind, sollte der Switch mindestens die doppelte Anzahl an Ports haben. Hier zeigt sich ein grundlegender Unterschied im Denken. Ein Digitalisierer im Topfloor muss sich um solche Fragen kaum kümmern; ihn interessiert lediglich, ob ausreichend Rechen- und Speicherressourcen auf den Servern vorhanden sind. Im Shopfloor hingegen erfordert jeder zusätzliche Sensor oder Aktor, der für Digitalisierungszwecke eingebaut wird, häufig eine aufwendige Nachrüstung der Netzwerkinfrastruktur.

Wenn die strukturellen, technischen und organisatorischen Rahmenbedingungen im Shopfloor derzeit so unzureichend sind – wer kann diesen gordischen Knoten lösen und was müsste konkret passieren?

Wenn diese Einschätzung zutrifft, dann könnte man zu dem Schluss kommen, dass in der Shopfloor-Digitalisierung derzeit strukturell einiges nicht stimmt. Man könnte resignieren und darauf warten, dass Markt, Kostendruck und Wettbewerb die notwendigen Veränderungen erzwingen. Doch wenn wir nicht resignieren wollen, stellt sich die Frage: Wer kann diesen gordischen Knoten durchschlagen? Eine mögliche Antwort liegt bei den Feldbusorganisationen, etwa der PROFIBUS Nutzerorganisation, der ODVA oder der CC-Link Partner Association. Sie müssten den Schritt vom reinen Feldbusdenken hin zu einem ganzheitlichen Netzwerkverständnis vollziehen und sich aktiv den Zukunftsthemen der durchgängigen Digitalisierung widmen.

Wie würden Sie den aktuellen Stand der Shopfloor-Digitalisierung in der Industrie beschreiben? Wo stehen Unternehmen heute bei der Nutzung von Produktionsdaten?

Ernüchterung beschreibt die aktuelle Situation wohl am treffendsten. Es gibt keine klare Idee, wie es weitergehen soll – und das, obwohl die Potenziale der Shopfloor-Digitalisierung klar auf der Hand liegen. Unser extrem teurer Produktionsstandort kann nur durch Shopfloor-Digitalisierung gerettet werden. Aus der Topfloor-Digitalisierung lassen sich zwar noch leichte Effekte herausholen, aber die wirklich großen Effekte – hinsichtlich Kosteneinsparung, Einsparungen im Rohstoffverbrauch, beim Bedarf an Fachkräften sowie bei der Instandhaltungsunterstützung, der Reduzierung von Stillstands Zeiten, oder zusammengefasst, dem OEE der Maschine/Anlage – liegen eindeutig in der Shopfloor-Digitalisierung.

Wo sehen Sie derzeit die größten Herausforderungen beim Zugriff auf Maschinen- und Sensordaten aus der Produktion?

Die größte Herausforderung ist die fehlende Connectivity. Stattdessen wird aufwändig versucht, alles aus den kryptischen SPS-Datenbausteinen herauszuholen – obwohl dort noch nicht einmal alle Daten aus den Geräten im Feld zur Verfügung stehen. Standardisierte Datenformate wie OPC UA, die nicht nur einen Wert liefern, sondern auch Informationen darüber, um welche Art von Wert es sich handelt, kommen einfach nicht voran, weil die SPS-Programmierer mit ihren SPS-spezifischen, kryptischen Bezeichnungen klarkommen und sich fragen: Was braucht eine Maschine mehr als eine SPS zum Steuern? Dass man mit den Daten aus der SPS und den Geräten im Feld mehr machen kann, als nur die Maschine oder Anlage zu steuern, kommt vielen gar nicht in den Sinn.

Die Digitalisierer – meist eher IT-Leute – haben wiederum keine Ahnung von SPS’en und den Geräten im Feld, und die SPS’ler haben keine Ahnung von der Digitalisierung. Wir SPS’ler müssen deshalb unsere Feldbusse zu Netzwerken ausbauen und für die Digitalisierer öffnen, damit diese unter Umgehung der SPS direkt auf Geräte im Feld und deren Daten zugreifen können. Und wenn die Digitalisierer an irgendeiner Stelle Daten benötigen, die es bislang nicht gibt, dann müssen sie dort einfach ein Gerät mit Ethernet-Anschluss platzieren und an das Maschinennetzwerk anschließen können, ohne dass aufwändig nachinstalliert werden muss.

Welche Rolle spielen OT-Netzwerke dabei als Datenquelle und Infrastruktur für Digitalisierungsprojekte?

Ob Sie es glauben oder nicht: Die Netzwerke – oder besser gesagt die Connectivity – sind das alles entscheidende Element. Ohne Connectivity wird es keinen weiteren Fortschritt in der Shopfloor-Digitalisierung geben, und Connectivity lässt sich nur mit echten Netzwerkstrukturen in den Maschinen und Anlagen realisieren – nicht mit separierten Feldbussen.

Sensorik gilt als Schlüssel zur Transparenz im Shopfloor. Welche Bedeutung haben Smart Sensoren heute in modernen Produktionsumgebungen?

Ich mag über das Thema der Nutzung von Smart-Sensor-Daten gar nicht reden wollen, da schon heute viele PROFINET-Geräte neben ihren eigentlichen I/O-Daten über Smart Sensoren im Gerät verfügen. Da es jedoch keine Connectivity gibt, kommt niemand – also kein Digitalisierer – an diese Daten heran und kann sie deshalb auch nicht nutzen. In vielen Fällen wird dann zur Produktionsoptimierung zusätzliche Sensorik oder Aktorik nachträglich in Maschinen und Anlagen verbaut, obwohl in den I/O-Geräten direkt daneben diese Werte bereits verfügbar sind, etwa Vibrationssensoren, Temperatursensoren oder Luftfeuchtigkeitssensoren.

Die Gerätehersteller würden auch noch deutlich mehr Funktionen anbieten, doch niemand – also kein SPS’ler – fragt Smart-Sensor-Funktionen nach, weil man sie zum Steuern der Maschine schlicht nicht braucht. Es ist zum Verzweifeln.

Vielleicht gibt es einen kleinen Lichtblick: In der Logistikbranche werden Maschinenbauer zunehmend auch zu Betreibern, zumindest zu Instandhaltern der Logistikanlagen, weil diese mittlerweile eine Komplexität erreicht haben, die nur noch absolute Spezialisten beherrschen. Hier verschmelzen die Interessen von Maschinen- und Anlagenbauern mit denen der späteren Betreiber. Diese Logistikanlagenbauer verfügen über Abteilungen wie beispielsweise Digital Services, die für Digitalisierungsfragen zuständig sind, und diese sitzen bei der Elektrokonstruktion von Anfang an mit am Tisch.

Fällt Ihnen etwas auf? Wir sprechen im Jahr 2026 über fortschrittliche Automatisierungs- und Digitalisierungsstrukturen – und welcher Industriezweig wird genannt? Logistik. Und welchen hätten Sie erwartet? Automobil. Doch die Automobilindustrie ist es nicht mehr. In den Lastenheften für Neuanlagen werden weiterhin Feldbusstrukturen vorgeschrieben – seit etwa 1995, als PROFIBUS aufkam, existieren diese Feldbusstrukturen, also seit über 30 Jahren. Dass man Connectivity zwischen Maschinen und Anlagen sowie zwischen Maschine oder Anlage und dem darüberliegenden Netzwerk benötigt, hat man zwar erkannt, setzt dies aber nicht über durchgängige Netzwerkstrukturen und virtuelle Trennung um, sondern über PN/PN-Koppler und Edge-Gateways – also über regelrechte Hardwareschlachten.

Welche typischen Fehler beobachten Sie, wenn Unternehmen versuchen, Daten aus Maschinensteuerungen und Sensoren für Digitalisierungsprojekte nutzbar zu machen?

Ich möchte hier nicht von Fehlern sprechen. Die Realität im Brownfield fordert und erdet die Digitalisierer derart, dass sie sich an den ganz großen Wurf für das nächste Greenfield-Projekt gar nicht erst herantrauen beziehungsweise ihn zusätzlich nicht stemmen können. Dadurch entstehen auch die nächsten Greenfield-Projekte wieder nahezu mit denselben Datenstrukturen und Netzwerkstrukturen wie im Bestand – und die nächste Generation von Shopfloor-Digitalisierern wird erneut mit fast denselben Problemen im Bestand kämpfen müssen.

Welche Bedeutung hat eine ganzheitliche Netzwerkplanung, wenn Maschinendaten und Sensordaten langfristig effizient genutzt werden sollen?

Ich denke, die Bedeutung des Netzwerks ist im Interview bereits deutlich geworden. Dennoch möchte ich die Konzentration nicht allein auf das Netzwerk legen, auch wenn das unser Beitrag zur Shopfloor-Digitalisierung wäre. Entscheidend ist vielmehr die Konnektivität – und dazu gehören neben den Netzwerkstrukturen ebenso die Datenstrukturen.

Abschließend gefragt: Was ist aus Ihrer Sicht der wichtigste erste Schritt, um die vorhandenen Daten im Shopfloor wirtschaftlich nutzbar zu machen? Und was bietet Indu-Sol hierfür an?

„Vom Feldbus zum OT-Backbone“ ist ein erster wichtiger Schritt, denn er schafft Connectivity. Industrielle Netzwerke im OT-Bereich sind der Kern unseres Unternehmens, und wer bei dieser Umstellung Unterstützung benötigt, dem können wir helfen. Wer die Umstellung eigenständig angeht, braucht leistungsfähige Netzwerkinfrastruktur, wie beispielsweise Switches und Server, Leitungen, Stecker und Patchfelder sowie entsprechende Netzwerk-Dienstleistungen. Und auch wenn es vielleicht etwas vermessen klingt und die Dimensionen andere sind: Das, was im IT-Bereich Cisco ist, ist im OT-Bereich Indu-Sol – nämlich ein kompletter Netzwerkausrüster.

Indu-Sol stellt auf der Hannover Messe aus:

Halle 27, Stand G19/3 - Solution Center Smarte Sensorik und Messtechnik