Schaltzentrale Scada-System
Die Brücke von Big Data zu Smart Data
Daten sind ein zentraler Rohstoff für die Fabrik der Zukunft. Mit der Vernetzung von Produktion, Unternehmens-IT und Cloud-Lösungen ergeben sich für Unternehmen neue Möglichkeiten bei der Produktions- und Ressourcenplanung. Gleichzeitig entstehen neue Herausforderungen: Die wachsenden Datenmengen müssen sicher, performant und zuverlässig verarbeitet und sinnvoll miteinander verknüpft werden, damit Big Data zu Smart Data wird. Dieser Brückenschlag kann mit der intelligenten Kombination aus einer leistungsfähigen Scada-Lösung und cloudbasierten Services gelingen.
Bild: Siemens AGDie Digitalisierung von Produktionsprozessen und die entsprechenden datenbasierten Services ermöglichen in vielen Bereichen große Einsparpotenziale. Daneben lassen sich Produktions- und Unternehmensdaten mit weitergehenden Informationen verknüpfen, um zusätzliche Marktchancen oder Effizienzgewinne zu realisieren - etwa durch die Integration von Wetterdaten im Bereich der erneuerbaren Energien, Landwirtschaft oder Lebensmittelindustrie. Viele Szenarien, um Daten entlang von Wertschöpfungsketten und über Unternehmensebenen hinweg zu integrieren, fokussieren sich aktuell sehr stark auf Cloud-Lösungen. Tatsächlich bietet eine Cloud zahlreiche Möglichkeiten, Produktionsdaten auszuwerten und durch die Verknüpfung mit zusätzlichen Informationen aussagekräftigere Rückschlüsse auf die Marktlage zu geben oder Produkte über den eigentlichen Produktionsprozess hinweg zu verfolgen. In einigen Bereichen zeigt sich bereits der Nutzen von cloudbasierten Lösungen - so beeinflussen Wetterdaten zum Beispiel die Steuerung von Windkraftanlagen. Dennoch gibt es gute Gründe, die gegen eine Cloud als alleinige Datendrehscheibe sprechen. Im Gegensatz zur kontrollierten Umgebung in der Produktion ist eine Cloud per Definition eine offene Umgebung mit Schnittstellen zu unterschiedlichen Datenquellen, welche besondere Schutzmaßnahmen in Bezug auf Zugriffsschutz oder Datensicherheit erfordert. Diese passen nicht immer zu den zentralen Anforderungen in der Produktion, wo die hohe Verfügbarkeit von Daten und eine stabile Netzwerkverbindung mit entsprechender Bandbreite eine Grundvoraussetzung sind. Umgekehrt sind von den sehr großen Datenmengen, die im Produktionsumfeld entstehen und benötigt werden, nur eine begrenzte Anzahl für die übergeordnete Analyse und Optimierung von Prozessen aussagekräftig. Dies betrifft häufig auch nicht direkt erfasste, sondern aufbereitete Informationen wie berechnete Anlagenkennzahlen. Hinzu kommt, dass Personal vor Ort im Prozess andere Informationen benötigt, als ein Betriebsleiter oder der Ein- und Verkauf. Der Begriff Smart Data hat also auf verschiedenen Ebenen eines Unternehmens ganz unterschiedliche Bedeutungen.
Bild: Siemens AGScada-Systeme als Schaltzentrale der Produktion
Als produktionsnahem Aggregator von Daten und Informationen kommt dabei Scada-Systemen eine zentrale Rolle zu. Sie erfassen unter anderem lokal Daten wie Maschinenzustände, Verbrauchsdaten, Alarm- und Fehlermeldungen und stellen sie über die Bediengeräte an der Maschine zur Verfügung. Mit dem Scada-System werden darüber hinaus Daten des Produktionsprozesses oder auch aus mehreren Produktionslinien verarbeitet und visualisiert, wobei die Bediener durch vielfältige integrierte Analysefunktionen unterstützt werden. Als zuverlässige Informationsschnittstelle im Unternehmen werden beispielsweise Informationen zu Aufträgen verwaltet oder Daten mit der Unternehmens-IT ausgetauscht. Scada-Systeme sind speziell ausgelegt, die entsprechenden großen Datenvolumina schnell und zuverlässig zu handhaben und im integrierten Datenbanksystem zu archivieren. Aus dieser Datenbasis werden fundierte Analysen oder Ableitungen zur Verbesserung der Produktivität und Effizienz abgeleitet. Simatic WinCC von Siemens stellt dazu eine leistungsfähige und skalierbare Lösung zur Verfügung, mit der sich die System- und Betriebsinformationen der Produktion automatisch erfassen und speichern lassen. Zusätzlich können individuelle Daten zu Qualität oder Stückzahlen mit dem entsprechenden Kontext gespeichert werden. Diese Kennzahlen können als Grundlage für das Überwachen der Produktion und die Analyse der Prozesse auf Basis aktueller und historischer Informationen genutzt werden. Über den Simatic Information Server lassen sich bereits in der Produktion übergreifende Auswertungen erstellen und lokal oder mobil in Dashboards anzeigen. Für den Austausch von Daten mit der IT-Welt und anderen Systemen in der Produktion steht mit der WinCC/IndustrialDataBridge ein Konfigurationswerkzeug zur Verfügung, mit welchem ein bidirektionaler Informationsfluss über Standardschnittstellen wie OPC, OLE-DB, SQL ohne Programmierkenntnisse realisiert werden kann.
Bild: Siemens AGRückverfolgung in der Produktion
Wenn Daten über sehr lange Zeiträume, linien- oder standortübergreifend verglichen und analysiert werden müssen, wird zusätzlich eine zentrale Lösung für die Archivierung der langzeitrelevanten Daten nötig. Innerhalb des Simatic-Produktspektrums übernimmt diese Aufgabe der Simatic Process Historian, der beliebig viele langzeitrelevante Produktions- oder Qualitätsdaten in einer zentralen, leistungsstarken Datenbank archiviert und unter anderem als OPC UA-Server für überlagerte Systeme bereitstellt. Als Datenquelle kommen WinCC Runtime Professional (im TIA Portal) oder WinCC V7-Systeme in verschiedenen Versionen zum Einsatz, wodurch der Process Historian als übergreifende On-Premise-Datenbank für die gesamte Produktion fungiert. Er ist die zentrale Datenbasis für eine umfassende Gesamtanalyse der verbundenen Anlagen mit dem Simatic Information Server. Mit einer derartigen Lösung sind Unternehmen in der Lage, ihre gesamten Prozesse gemäß branchenspezifischer Richtlinien zu dokumentieren. Durch leistungsfähige Scada-Systeme in der Produktion - auch in Kombination mit einem zentralen Historian - lassen sich selbst ohne Cloud beträchtliche Effizienzgewinne erzielen. Ein besonderer Vorteil ist dabei, dass relevante Anlageninformationen, je nach Bedarf, durchgängig sowohl für die Vor-Ort-Bedienung als auch übergreifende Managementaufgaben verfügbar sind. Web-basierte Lösungen für die Beobachtung und Analyse der Prozesse unterstützen auch den mobilen Zugriff, ohne die Risiken für Datensicherheit und -verfügbarkeit aus dem Blick zu verlieren. Zusätzlich reduziert die lokale Aufbereitung der Daten das Datenvolumen für den Austausch mit IT-Systemen oder Cloud-Lösungen und unterstützt die Verknüpfung verschiedener Systeme, zum Beispiel um leistungsabhängige Wartungspläne im ERP-System zu integrieren.
Cloud-Lösungen mit Mehrwert integrieren
Der Vorteil einer Cloud als Ergänzung zur produktionsnahen Datenaufbereitung liegt zunächst darin, dass zusätzliche Informationen in die Analysen einfließen können. Mit einer Cloud lassen sich weiterhin Analysen sowohl zeit- als auch räumlich von der Produktion entkoppeln. Unabhängig von den Anforderungen der Produktion können betriebswirtschaftliche Daten, Informationen zu Markttrends oder Geschäftsszenarien verknüpft und Modelle sowie Prognosen für die Optimierung von Abläufen entwickelt werden. Außerdem bietet eine Cloud-Infrastruktur auch eine Lösung, um mit anderen Organisationen, Lieferanten und Partnern zusammenzuarbeiten. Während jeder Standort seine Produktion lokal verwaltet, lassen sich cloudbasiert auch unterschiedliche Infrastrukturen und Rahmenbedingungen zu gemeinsamen Services verknüpfen - zum Beispiel einer globalen Performanceanalyse oder optimierten unternehmensweiten Instandhaltung. Scada-Systeme sind auch in diesem Kontext unverzichtbar: Sie unterstützen übergreifenden Auswertungen, indem sie sinnvoll aggregierte Daten bereitstellen, und sie stellen umgekehrt sicher, dass Erkenntnisse aus diesen Analysen in die lokalen Prozesse einfließen können. So agieren sie als Brücke zwischen den unterschiedlichen Funktionsbereichen sowie Systemen und schaffen die Voraussetzung dafür, dass die Anforderungen der Produktion sinnvoll durch datenbasierte Services ergänzt werden können. Im nächsten Schritt können diese Daten an Applikationen in einer Unternehmens-Cloud übergeben werden, wo sie für weitergehende Analysen genutzt werden können. So profitieren Unternehmen von einer weitreichenden Transparenz von Produktionsdaten. Auf Basis der Informationen aus dem Scada-System lassen sich Kennzahlen ableiten, anhand derer Anlagen oder Produktionslinien innerhalb eines Unternehmens oder - je nach Art der Applikation - über Unternehmensgrenzen hinweg analysiert werden können. So können Maschinen- oder Anlagenbauer unmittelbar die Leistung ihrer Anlagen unter verschiedenen Einsatzbedingungen bei verschiedenen Anwendern vergleichen und diese Informationen für eine Optimierung des Designs nutzen. Bei verteilten Anlagen können Cloud-Lösungen helfen, die Kosten für die Integration der Anlagen in ein gemeinsames Netzwerk zu reduzieren. Und schließlich können cloudbasierte Services Unternehmen auch dabei unterstützen, Benchmarks für Anlagen an unterschiedlichen Standorten und in verschiedenen Ländern und Regionen zu entwickeln, um daraus das jeweilige Optimierungspotenzial abzuleiten, die entsprechenden Maßnahmen anzustoßen und die Umsetzung zu überwachen. Je nahtloser eine Cloud-Lösung dabei mit den lokalen Informations- und Scada-Systemen zusammenarbeitet, desto effizienter lassen sich solche Smart Data-Konzepte umsetzen.
Brücke zwischen Produktion und Cloud
Die vertikale Datenintegration bietet aber nicht nur Chancen - sie schafft auch neue Herausforderungen im Bereich der Datensicherheit und Datenintegrität. Zugriffsmöglichkeiten müssen zu jedem Zeitpunkt nachverfolgbar und legitim, Daten und Informationen vor Manipulationen geschützt sein. Auch hier kommt Scada-Systemen eine wichtige Rolle zu: Sie können bei der Integration von Systemen auch die Rolle eines Informationswächters übernehmen, indem sie dafür sorgen, dass produktionsrelevante Informationen vor Ort zuverlässig zur Verfügung stehen und Daten im richtigen Kontext erfasst und gespeichert werden. Unternehmen erhalten so eine fundierte Datenbasis, um Prozesse transparent zu machen und dabei sensible Daten zu schützen. Gleichzeitig schaffen Scada-Systeme die Brücke zur Integration mit einer Cloud-Lösung als Plattform für innovative datenbasierte Services und Analysen. Damit können Unternehmen ihre Produktion zuverlässiger, flexibler und effizienter machen und so schneller von den Chancen der Digitalisierung profitieren. n Geschäftsbereich Digital Factory & Factory Automation bei der Siemens AG.
Daten sind ein zentraler Rohstoff für die Fabrik der Zukunft. Mit der Vernetzung von Produktion, Unternehmens-IT und Cloud-Lösungen ergeben sich für Unternehmen neue Möglichkeiten bei der Produktions- und Ressourcenplanung. Gleichzeitig entstehen neue Herausforderungen: Die wachsenden Datenmengen müssen sicher, performant und zuverlässig verarbeitet und sinnvoll miteinander verknüpft werden, damit Big Data zu Smart Data wird. Dieser Brückenschlag kann mit der intelligenten Kombination aus einer leistungsfähigen Scada-Lösung und cloudbasierten Services gelingen.
Bild: Siemens AGDie Digitalisierung von Produktionsprozessen und die entsprechenden datenbasierten Services ermöglichen in vielen Bereichen große Einsparpotenziale. Daneben lassen sich Produktions- und Unternehmensdaten mit weitergehenden Informationen verknüpfen, um zusätzliche Marktchancen oder Effizienzgewinne zu realisieren - etwa durch die Integration von Wetterdaten im Bereich der erneuerbaren Energien, Landwirtschaft oder Lebensmittelindustrie. Viele Szenarien, um Daten entlang von Wertschöpfungsketten und über Unternehmensebenen hinweg zu integrieren, fokussieren sich aktuell sehr stark auf Cloud-Lösungen. Tatsächlich bietet eine Cloud zahlreiche Möglichkeiten, Produktionsdaten auszuwerten und durch die Verknüpfung mit zusätzlichen Informationen aussagekräftigere Rückschlüsse auf die Marktlage zu geben oder Produkte über den eigentlichen Produktionsprozess hinweg zu verfolgen. In einigen Bereichen zeigt sich bereits der Nutzen von cloudbasierten Lösungen - so beeinflussen Wetterdaten zum Beispiel die Steuerung von Windkraftanlagen. Dennoch gibt es gute Gründe, die gegen eine Cloud als alleinige Datendrehscheibe sprechen. Im Gegensatz zur kontrollierten Umgebung in der Produktion ist eine Cloud per Definition eine offene Umgebung mit Schnittstellen zu unterschiedlichen Datenquellen, welche besondere Schutzmaßnahmen in Bezug auf Zugriffsschutz oder Datensicherheit erfordert. Diese passen nicht immer zu den zentralen Anforderungen in der Produktion, wo die hohe Verfügbarkeit von Daten und eine stabile Netzwerkverbindung mit entsprechender Bandbreite eine Grundvoraussetzung sind. Umgekehrt sind von den sehr großen Datenmengen, die im Produktionsumfeld entstehen und benötigt werden, nur eine begrenzte Anzahl für die übergeordnete Analyse und Optimierung von Prozessen aussagekräftig. Dies betrifft häufig auch nicht direkt erfasste, sondern aufbereitete Informationen wie berechnete Anlagenkennzahlen. Hinzu kommt, dass Personal vor Ort im Prozess andere Informationen benötigt, als ein Betriebsleiter oder der Ein- und Verkauf. Der Begriff Smart Data hat also auf verschiedenen Ebenen eines Unternehmens ganz unterschiedliche Bedeutungen.
Bild: Siemens AGScada-Systeme als Schaltzentrale der Produktion
Als produktionsnahem Aggregator von Daten und Informationen kommt dabei Scada-Systemen eine zentrale Rolle zu. Sie erfassen unter anderem lokal Daten wie Maschinenzustände, Verbrauchsdaten, Alarm- und Fehlermeldungen und stellen sie über die Bediengeräte an der Maschine zur Verfügung. Mit dem Scada-System werden darüber hinaus Daten des Produktionsprozesses oder auch aus mehreren Produktionslinien verarbeitet und visualisiert, wobei die Bediener durch vielfältige integrierte Analysefunktionen unterstützt werden. Als zuverlässige Informationsschnittstelle im Unternehmen werden beispielsweise Informationen zu Aufträgen verwaltet oder Daten mit der Unternehmens-IT ausgetauscht. Scada-Systeme sind speziell ausgelegt, die entsprechenden großen Datenvolumina schnell und zuverlässig zu handhaben und im integrierten Datenbanksystem zu archivieren. Aus dieser Datenbasis werden fundierte Analysen oder Ableitungen zur Verbesserung der Produktivität und Effizienz abgeleitet. Simatic WinCC von Siemens stellt dazu eine leistungsfähige und skalierbare Lösung zur Verfügung, mit der sich die System- und Betriebsinformationen der Produktion automatisch erfassen und speichern lassen. Zusätzlich können individuelle Daten zu Qualität oder Stückzahlen mit dem entsprechenden Kontext gespeichert werden. Diese Kennzahlen können als Grundlage für das Überwachen der Produktion und die Analyse der Prozesse auf Basis aktueller und historischer Informationen genutzt werden. Über den Simatic Information Server lassen sich bereits in der Produktion übergreifende Auswertungen erstellen und lokal oder mobil in Dashboards anzeigen. Für den Austausch von Daten mit der IT-Welt und anderen Systemen in der Produktion steht mit der WinCC/IndustrialDataBridge ein Konfigurationswerkzeug zur Verfügung, mit welchem ein bidirektionaler Informationsfluss über Standardschnittstellen wie OPC, OLE-DB, SQL ohne Programmierkenntnisse realisiert werden kann.
Bild: Siemens AGRückverfolgung in der Produktion
Wenn Daten über sehr lange Zeiträume, linien- oder standortübergreifend verglichen und analysiert werden müssen, wird zusätzlich eine zentrale Lösung für die Archivierung der langzeitrelevanten Daten nötig. Innerhalb des Simatic-Produktspektrums übernimmt diese Aufgabe der Simatic Process Historian, der beliebig viele langzeitrelevante Produktions- oder Qualitätsdaten in einer zentralen, leistungsstarken Datenbank archiviert und unter anderem als OPC UA-Server für überlagerte Systeme bereitstellt. Als Datenquelle kommen WinCC Runtime Professional (im TIA Portal) oder WinCC V7-Systeme in verschiedenen Versionen zum Einsatz, wodurch der Process Historian als übergreifende On-Premise-Datenbank für die gesamte Produktion fungiert. Er ist die zentrale Datenbasis für eine umfassende Gesamtanalyse der verbundenen Anlagen mit dem Simatic Information Server. Mit einer derartigen Lösung sind Unternehmen in der Lage, ihre gesamten Prozesse gemäß branchenspezifischer Richtlinien zu dokumentieren. Durch leistungsfähige Scada-Systeme in der Produktion - auch in Kombination mit einem zentralen Historian - lassen sich selbst ohne Cloud beträchtliche Effizienzgewinne erzielen. Ein besonderer Vorteil ist dabei, dass relevante Anlageninformationen, je nach Bedarf, durchgängig sowohl für die Vor-Ort-Bedienung als auch übergreifende Managementaufgaben verfügbar sind. Web-basierte Lösungen für die Beobachtung und Analyse der Prozesse unterstützen auch den mobilen Zugriff, ohne die Risiken für Datensicherheit und -verfügbarkeit aus dem Blick zu verlieren. Zusätzlich reduziert die lokale Aufbereitung der Daten das Datenvolumen für den Austausch mit IT-Systemen oder Cloud-Lösungen und unterstützt die Verknüpfung verschiedener Systeme, zum Beispiel um leistungsabhängige Wartungspläne im ERP-System zu integrieren.
Cloud-Lösungen mit Mehrwert integrieren
Der Vorteil einer Cloud als Ergänzung zur produktionsnahen Datenaufbereitung liegt zunächst darin, dass zusätzliche Informationen in die Analysen einfließen können. Mit einer Cloud lassen sich weiterhin Analysen sowohl zeit- als auch räumlich von der Produktion entkoppeln. Unabhängig von den Anforderungen der Produktion können betriebswirtschaftliche Daten, Informationen zu Markttrends oder Geschäftsszenarien verknüpft und Modelle sowie Prognosen für die Optimierung von Abläufen entwickelt werden. Außerdem bietet eine Cloud-Infrastruktur auch eine Lösung, um mit anderen Organisationen, Lieferanten und Partnern zusammenzuarbeiten. Während jeder Standort seine Produktion lokal verwaltet, lassen sich cloudbasiert auch unterschiedliche Infrastrukturen und Rahmenbedingungen zu gemeinsamen Services verknüpfen - zum Beispiel einer globalen Performanceanalyse oder optimierten unternehmensweiten Instandhaltung. Scada-Systeme sind auch in diesem Kontext unverzichtbar: Sie unterstützen übergreifenden Auswertungen, indem sie sinnvoll aggregierte Daten bereitstellen, und sie stellen umgekehrt sicher, dass Erkenntnisse aus diesen Analysen in die lokalen Prozesse einfließen können. So agieren sie als Brücke zwischen den unterschiedlichen Funktionsbereichen sowie Systemen und schaffen die Voraussetzung dafür, dass die Anforderungen der Produktion sinnvoll durch datenbasierte Services ergänzt werden können. Im nächsten Schritt können diese Daten an Applikationen in einer Unternehmens-Cloud übergeben werden, wo sie für weitergehende Analysen genutzt werden können. So profitieren Unternehmen von einer weitreichenden Transparenz von Produktionsdaten. Auf Basis der Informationen aus dem Scada-System lassen sich Kennzahlen ableiten, anhand derer Anlagen oder Produktionslinien innerhalb eines Unternehmens oder - je nach Art der Applikation - über Unternehmensgrenzen hinweg analysiert werden können. So können Maschinen- oder Anlagenbauer unmittelbar die Leistung ihrer Anlagen unter verschiedenen Einsatzbedingungen bei verschiedenen Anwendern vergleichen und diese Informationen für eine Optimierung des Designs nutzen. Bei verteilten Anlagen können Cloud-Lösungen helfen, die Kosten für die Integration der Anlagen in ein gemeinsames Netzwerk zu reduzieren. Und schließlich können cloudbasierte Services Unternehmen auch dabei unterstützen, Benchmarks für Anlagen an unterschiedlichen Standorten und in verschiedenen Ländern und Regionen zu entwickeln, um daraus das jeweilige Optimierungspotenzial abzuleiten, die entsprechenden Maßnahmen anzustoßen und die Umsetzung zu überwachen. Je nahtloser eine Cloud-Lösung dabei mit den lokalen Informations- und Scada-Systemen zusammenarbeitet, desto effizienter lassen sich solche Smart Data-Konzepte umsetzen.
Brücke zwischen Produktion und Cloud
Die vertikale Datenintegration bietet aber nicht nur Chancen - sie schafft auch neue Herausforderungen im Bereich der Datensicherheit und Datenintegrität. Zugriffsmöglichkeiten müssen zu jedem Zeitpunkt nachverfolgbar und legitim, Daten und Informationen vor Manipulationen geschützt sein. Auch hier kommt Scada-Systemen eine wichtige Rolle zu: Sie können bei der Integration von Systemen auch die Rolle eines Informationswächters übernehmen, indem sie dafür sorgen, dass produktionsrelevante Informationen vor Ort zuverlässig zur Verfügung stehen und Daten im richtigen Kontext erfasst und gespeichert werden. Unternehmen erhalten so eine fundierte Datenbasis, um Prozesse transparent zu machen und dabei sensible Daten zu schützen. Gleichzeitig schaffen Scada-Systeme die Brücke zur Integration mit einer Cloud-Lösung als Plattform für innovative datenbasierte Services und Analysen. Damit können Unternehmen ihre Produktion zuverlässiger, flexibler und effizienter machen und so schneller von den Chancen der Digitalisierung profitieren. n Geschäftsbereich Digital Factory & Factory Automation bei der Siemens AG.
Siemens AG
Dieser Artikel erschien in Dezember+Januar 2017 - 13.12.17.Für weitere Artikel besuchen Sie www.it-production.com
