Der Weg zur vernetzten Fabrik der Zukunft ist mit etlichen Herausforderungen gepflastert. Als einer der führenden unabhängigen Anbieter von Lösungen für die industrielle Kommunikation sowie das Industrial Internet of Things (IIoT) sieht HMS Industrial Networks dabei vor allem drei Schwerpunktbereiche, die es zu bearbeiten gilt: Kommunikation, Cybersecurity und Infrastruktur.
Prozesssteuerung und Cloud-Anbindung
Für die Kommunikation gibt es bereits verschiedene Technologien, die in der Industrie Verwendung finden. So haben sich auf dem Factory Floor beispielsweise Protokolle wie Profibus und Profinet etabliert.
Neben den klassischen Feldbusschnittstellen und industriellem Ethernet für die Prozesssteuerung wird zusätzlich auch zunehmend OPC UA für den Datenaustausch in IT-Systeme oder zwischen Maschinen verwendet. Der Standard zur Datenübertragung kann einen wichtigen Beitrag zur Schaffung einer standardisierten Maschinenschnittstelle leisten, um die Integration von Anlagen in IT-basierte Software zu vereinfachen.
Themen für die Zukunft sind außerdem OPC UA Field Level Communications sowie OPC UA Companion Spezifikation, um eine Interoperabilität zwischen Maschinen zu garantieren. Gerade zu Letzterem gibt es bereits verschiedene Gremien, die sich diesem Thema annehmen. Allerdings wird es bis zu einer weiten Verbreitung im Markt noch dauern.
Neben OPC UA gewinnt auch MQTT für die Cloud-Konnektivität mit der Möglichkeit zum Informationsaustausch zunehmend an Bedeutung. Hier fehlt allerdings noch die einfache und sichere Integration in Cloud-Plattformen sowie eine einheitliche Standardisierung der Datenstrukturen.
Vieles lässt sich heute schon über MQTT und OPC UA lösen. HMS integriert deshalb die IIoT-Technologien wie OPC UA und MQTT in die meisten Produktlinien. Ein Beispiel dafür sind die einbaufertigen Embedded-Schnittstellen Anybus CompactCom, die alle industriellen Feldbusschnittstellen und mit Anybus CompactCom IIoT Secure zusätzlich auch OPC UA und MQTT unterstützen. Dem Anwender stehen so beide Kommunikationskanäle zur Verfügung, ohne dass tiefere Kenntnisse notwendig sind.
Konsolidierte Cybersecurity
Für eine erfolgreiche IIoT-Bereitstellung ist eine gute Akzeptanz bei den Endanwendern erforderlich. Hauptfaktor dafür ist die Cybersecurity: Immer wieder lassen sich Angriffe von außen durch Hacker beobachten, die großen Schaden anrichten können.
Die industrielle Sicherheit ist deshalb ein wichtiges Thema für die Zukunft und in diesem Zuge das Zusammenwachsen der Informationstechnologie (IT) und Operational Technology (OT) – Stichwort: konsolidierte Security. Die Sicherheitstrends werden hauptsächlich durch die Interaktion von Produktionsanlagen mit IT-Systemen vorangetrieben. Daraus ergibt sich die Forderung, auch die OPC-UA- oder MQTT-Kommunikation zu verschlüsseln. Dies ist umso wichtiger, wenn die IIoT-Kommunikation über das Internet zu Cloud-Plattformen geht.
Für die IT-Welt hat sich als bekannter und etablierter Standard die ISO 27001 mit Schwerpunkt auf Vertraulichkeit von Informationen durchgesetzt. Die IEC 62443 spielt wiederum bei der Übertragung der Cybersecurity von der IT- in die OT-Welt eine große Rolle und behandelt das Thema Sicherheit im Produktionsumfeld, bei dem die Sicherheit nicht zulasten der Robustheit und Verfügbarkeit der Produktion gehen darf, sondern vielmehr eine zusätzliche Anforderung darstellt. Die IEC 62443-4-1 und -2 beschreiben, wie Komponentenhersteller bei einer sicheren Implementierung vorgehen müssen. Hier gibt es zwar erste Security-Protokolle wie CIP- oder Modbus-Security. Beide Protokolle sind in der Industrie allerdings noch nicht weit verbreitet.
Die konsolidierte Security betrifft auch das Thema Zertifikate. In der IT-Welt stellen der sichere Umgang mit Zertifikaten beziehungsweise das automatische Teilen von Zertifikaten über Server kein Problem dar. Auf dem Factory Floor muss sich künftig solchen Themen aber auch angenommen werden: Wie werden die Zertifikate in die Automatisierungsmaschinen verteilt? Wie wird die Aktualität der Zertifikate sichergestellt? Hier bedarf es noch Lösungen, die auch für den Anwender einfach umzusetzen sind.
HMS kann auch hier unterstützen: mit Entwicklungsprozessen, die gemäß ISO 27001 und IEC 62443 zertifiziert sind, und Produkten, die starke Sicherheitsmerkmale integrieren. Mit den Anybus-CompactCom-IIoT-Secure-Modulen stehen bereits einbaufertige und sichere Kommunikationsschnittstellen für Automatisierungsgeräte mit industriellem Ethernet und sicherer IIoT-Kommunikation zur Verfügung.
Flexible Infrastruktur
Das dritte Themenfeld auf dem Weg zu einer erfolgreichen Digitalisierung sind die Infrastrukturen für die Kommunikation, also auf welchem Weg die Informationen übertragen werden. Hier gilt es, Flexibilität, Effizienz und Skalierbarkeit zu vereinen.
Für eine einheitliche Infrastruktur spielen viele neue Technologien wie Single Pair Ethernet (SPE) oder Advanced Physical Layer (APL) eine Rolle. Viele Fragen sind hier allerdings noch offen und bedürfen der Klärung.
5G wird in diesem Zusammenhang zur Schlüsseltechnologie. Auch mobile 5G-Lösungen für die Vernetzung von Maschinen werden kommen. Neben 5G wird auch Wifi 6 eine Rolle spielen. Bestehende Wifi-Technologien kommen an ihre Grenzen in Bezug auf Geräteanzahl und Datenmenge. Wifi 6 schafft hier Abhilfe. Deshalb werden hier künftig mit Sicherheit zwei verschiedene Systeme – 5G und Wifi 6 – konkurrieren oder eine Koexistenz bilden.
Dank der TSN-Standards (Time-Sensitive Networking) ist für eine zuverlässige und einheitliche deterministische Kommunikation von der Feldebene zur IT-Ebene gesorgt, und völlig neue Cloud-Computing-Anwendungen werden möglich. Die TSN-Standards werden derzeit in verschiedene Kommunikationstechnologien wie CC-Link-IE und Profinet, in IIoT-Technologien wie OPC UA und in verschiedene andere Marktsegmente integriert. Nimmt man noch SPE als drahtgebundene Lösung für die Anbindung kleinster Sensoren hinzu, ist die vernetzte Produktion von morgen auch wirklich realisierbar.
Allerdings stecken diese Technologien noch in den Kinderschuhen, und bis zur flächendeckenden Einführung in der Industrie ist es noch ein langer Weg. Die meisten industriellen 5G-Anwendungen befinden sich derzeit in der Proof-of-Concept-Phase. HMS hat bei seinem Wireless-Portfolio die Weichen schon in Richtung 5G gestellt und entwickelt bereits 5G-fähige Kommunikationshardware. Prototypen von TSN-Kommunikationsschnittstellen sind ebenfalls vorhanden, erste Serienprodukte werden in diesem Jahr verfügbar sein.
Koexistenz für eine vernetzte Produktion
Die Möglichkeiten der Digitalisierung sind immens, genauso wie die Herausforderungen bei den unterschiedlichen Kommunikationsstandards, der Cybersicherheit sowie in den Infrastrukturen. Alle diese Bereiche sind eng miteinander verbunden und erlauben eine vollständige Nutzung der Digitalisierung, indem Lösungen in all diesen Bereichen umgesetzt werden.
Im Mittelpunkt aller Bestrebungen steht der zuverlässige und nahtlose Datenfluss zwischen Produktion und Unternehmensebene. In der Zukunft werden hierfür in der Industrie viele verschiedene Technologien nebeneinander koexistieren, um die Vorteile der IIoT-Welt unter höchsten Sicherheitsaspekten nutzen zu können.
