Blog

Aug 05, 2023

Lass uns verkabeln!

Hallo Bob Metcalfe: Wenn Sie das lesen, klopfen Sie sich selbst auf die Schulter.

Hallo Bob Metcalfe: Wenn Sie das lesen, klopfen Sie sich selbst auf die Schulter. Ohne Sie würden Maschinenwerkstätten und Fertigungsbetriebe immer noch Dateien über USB-Flash-Laufwerke auf ihre CNC-Geräte übertragen, eine altbewährte Praxis, die einst als „Sneakernet“ bezeichnet wurde. Es gäbe keine papierlosen Jobreisenden oder eine automatisierte Zeiterfassung. Das industrielle Internet der Dinge (IIoT) hätte nie an Fahrt gewonnen, weil wir keine schnelle und einfache Möglichkeit hätten, Maschinendaten zu sammeln. Und diese ganze Produktion ohne Licht, die den Betrieben jeden Tag eine oder zwei zusätzliche Produktionsschichten verschafft? Es wäre vielleicht möglich, aber es würde viel mehr nächtliche Besuche auf dem Parkett geben.

Noch nie von Metcalfe gehört? Das ist okay; Sie haben sicherlich von seiner Idee gehört – Ethernet – das er 1973 zusammen mit seinem Ingenieurskollegen David Boggs während seiner Arbeit am Palo Alto Research Center erfand. Seitdem haben Hersteller genug CAT-5-Kabel aufgereiht, um mehrmals den Globus zu umrunden und Verbindungen herzustellen Von CNC-Werkzeugmaschinen bis hin zu Technikräumen, Werkzeuglagern, Büros und allen dazwischen liegenden Punkten. Oder doch?

Einige der hier zitierten Personen würden sagen, dass – zumindest aus Networking- und Konnektivitätsperspektive – viel zu viele Geschäfte immer noch in den Zeiten von Fallschirmhosen und Breakdance feststecken. Daher bleiben viele potenzielle Fortschritte und Vorteile unerreichbar.

„Die Verwendung von USB-Sticks ist immer noch weit verbreitet“, sagte Rob Taylor, Senior Account Manager für Aftermarket-Support bei FANUC America Corp. in Rochester Hills, Michigan. „Tatsächlich würde ich sagen, dass der Anschluss von Geräten an ein Netzwerk das größte Problem darstellt.“ Block bei der Umsetzung eines IIoT- oder Datenerfassungsprojekts.“

Das ist bedauerlich, denn wie Taylor und andere betonen, beginnen bereits wenige Minuten nach der Installation praktisch aller Datenerfassungstools nutzbare Informationen von CNC-Geräten zu strömen. Im Fall von FANUC ist dies die Werkzeugmaschinenüberwachungssoftware MT-LINKi.

„Wir haben erst letzte Woche eine große Installation abgeschlossen, und sobald wir sie in Betrieb genommen hatten, begannen ein halbes Dutzend Maschinen, sich über defekte Kühlventilatoren zu beschweren, und einer hatte einen Servomotor mit Erdschluss“, sagte er. „In einem anderen Fall haben wir eine neue Maschine angeschlossen und der Ladenbesitzer fragte, warum eine seiner Maschinen, die kürzlich mit MT-LINKi verbunden worden war, während des Betriebs flackerte. ... Es stellte sich heraus, dass jemand dem Bediener gesagt hatte, er solle laufen Der Portallader war auf 80 % und er hat dort versehentlich auch die Vorschubgeschwindigkeitsüberschreibung der CNC eingestellt. Jetzt möchte der Besitzer, dass jede Maschine in der Werkstatt angeschlossen ist, aber alles beginnt mit diesen Ethernet-Kabeln.“

In diesem Artikel geht es um die Vernetzung, nicht um das enorme Potenzial der Datenanalyse und die damit verbundenen Verbesserungsmöglichkeiten. Aber es ist wichtig zu beachten, dass: A) praktisch jede CNC-Werkzeugmaschine ein Kandidat für irgendeine Form der Konnektivität ist und B) selbst die rudimentärsten Steuerungen gerne Daten über Maschinenstatus, Alarmhistorie, Servo- und Spindellasten sowie Vorschubüberschreibungen austauschen und viel mehr Informationen, als die Andon-Leuchten liefern, auf deren Installation die meisten Werkzeugmaschinenbauer hartnäckig bestehen.

Taylor bemerkte, dass FANUC die CNC der i-Serie im Jahr 1998 eingeführt hat – und dass das „i“ für „intelligent“ steht, was bedeutet, dass sie netzwerkfähig war. Ethernet war damals eine Option und wurde 2004 in die 16/18 iB-Serie integriert. Neuere Maschinen, die mit Fast Ethernet ausgestattet sind, verfügen über eine Datenübertragungsrate von 100 Megabit pro Sekunde, etwa 5.000 Mal schneller als der serielle Kommunikationsstandard RS-232, den einige Geschäfte immer noch verwenden.

Casey Croussore hat ähnliche Geschichten zu erzählen, obwohl er ein Licht am Ende des Konnektivitätstunnels sieht. Croussore, leitender Ingenieur für Software und Fabrikautomatisierungsprodukte bei Okuma America Corp., Charlotte, NC, sagte, die Zahl der Netzwerkfragen, mit denen er und seine Kollegen in den letzten Jahren konfrontiert waren, sei „explodierend“ geworden.

„Ein Großteil davon ist auf das steigende Interesse an Maschinenüberwachung und IIoT zurückzuführen, aber es gibt auch geistiges Eigentum, mit dem man sich befassen muss“, sagte Croussore. „Es ist viel einfacher, mit der IP-Adresse eines Unternehmens auf einem Speicherstick aus der Tür zu gehen, als sie aus einem Netzwerk zu kopieren, wo man Zugriffsberechtigungen besser durchsetzen kann.“

Dennoch hält die Angst viele Ladenbesitzer und ihre Managementteams zurück. Zu den größten Ängsten gehören:

Obwohl jede dieser Bedenken ihre Berechtigung hat, können die verlorene Zeit, die mangelnde Kontrolle und die eingeschränkte Sichtbarkeit, die mit isolierten, nicht kommunikativen Werkzeugmaschinen einhergehen, den Unterschied zwischen Gewinn und Verlust sowie zwischen Größe und Mittelmäßigkeit ausmachen. Und das ohne die Cloud. Heutzutage ist alles von Feeds und Geschwindigkeiten bis hin zu Software-as-a-Service über cloudbasierte Plattformen verfügbar. Anbieter von Schneidwerkzeugen und Spannvorrichtungen bieten auf ihren Websites eine Fülle technischer Informationen kostenlos an, während CAD-, ERP- und PLM-Anbieter ihren Kunden einen niedrigeren Einstiegspreis bieten als herkömmliche „On-Prem“-Lösungen.

Aber wie sieht es mit der Sicherheit aus? CNC-Maschinen an ein internes Netzwerk anzuschließen ist eine Sache, aber die Öffnung der Firewall zum digitalen „Wilden Westen“ birgt inakzeptable Risiken. Wie Ihnen jeder IT-Experte sagen wird, können sich unvorsichtige Internetsurfer mehr Insekten einfangen als ein Hund ohne Flohhalsband. Aus diesem Grund weigern sich einige Hersteller – insbesondere in der Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsbranche –, den Gedanken an Cloud-basierte Software überhaupt nicht in Betracht zu ziehen und Dienstleistungen.

Dennoch ist es für den durchschnittlichen Tante-Emma-Laden und sogar für viele kleine und mittlere Unternehmen wahrscheinlich weniger riskant, mit einem Unternehmen zusammenzuarbeiten, das seine Software auf Amazon Web Services oder Microsoft Azure mit seinen Netzwerksicherheitsanalystenteams hostet, als sich darauf zu verlassen auf internes, oft überlastetes IT-Personal, das seine Tage nicht damit verbringt, Betriebssysteme zu aktualisieren und nach dem nächsten großen Cyberangriff zu suchen.

„Ich habe neulich mit einem Ladenbesitzer gesprochen, der in seinem früheren Leben Penetrationstests durchgeführt hat, bei denen er aktiv versucht hat, in die Netzwerke des Unternehmens einzudringen“, sagte Croussore. „In Bezug auf die Verbindung von Maschinen sagte er mir, dass sich nur sehr wenige Hacker mit einem geringwertigen Ziel wie einer CNC herumschlagen würden; sie haben es auf Kreditkarteninformationen und Passwörter abgesehen, nicht auf G-Code. Aber das hat er zum Beispiel auch gesagt Professionell, kein Gerät ist vollkommen sicher.

Aus diesem Grund ist es von entscheidender Bedeutung, die Maschinensteuerungssoftware sowie Teileprogramme, Versatztabellen und Makrovariablen regelmäßig zu sichern – eine Tätigkeit, die durch die Vernetzung der Fertigungshallen erheblich erleichtert wird. Es könnte auch eine ausgezeichnete Idee sein, mit einem Unternehmen zusammenzuarbeiten, das auf Unternehmenssicherheit und Konnektivität spezialisiert ist. Eines davon ist AT&T Business mit Sitz in Dallas, wo Ande Hazard Vizepräsident für Fertigung ist.

Sie und Teammitglied Scott Linabarger verweisen auf zwei Dokumente: „Four Ways ‚Connectivity is Transforming Manufacturing by the Manufacturing Leadership Council“ und ein E-Book der Manufacturing Solution-Gruppe von AT&T mit dem Titel „Was ist eine intelligente Fabrik und wie bekomme ich eine?“ Beides sind hervorragende Ressourcen für Netzwerkinteressierte. Sie behaupten, dass vernetzte Fabrikhallen keine Option mehr seien.

„Angesichts des Aufstiegs von Industrie 4.0 und IIoT sammeln einige größere Hersteller jetzt Daten von Hunderttausenden maschinenbasierten Sensoren in ihren Fabrikhallen“, sagte Hazard. „Wir bezeichnen das als massive Daten.“

Während einige Geschäfte diese riesigen Datenmengen möglicherweise intern analysieren möchten, entscheiden sich die meisten für die Nutzung eines Cloud-basierten Analysedienstes, um die sich daraus ergebenden Verbesserungsmöglichkeiten zu ermitteln, was eine starke Internetverbindung erfordert. Hazard stellte fest, dass größere Unternehmen diesen Bedarf in der Regel mit einer Hochgeschwindigkeits-Glasfaserverbindung decken, die geringe Latenz, hervorragende Zuverlässigkeit und die für Echtzeittransparenz erforderliche Geschwindigkeit bietet. Für kleinere Unternehmen und diejenigen, die auf ihrem Weg zu Industrie 4.0 noch nicht mit Volldampf vorangekommen sind, ist oft eine weniger robuste (aber kostengünstigere) Kabel- oder DSL-Verbindung ausreichend.

Wenn die Internetverbindung gewährleistet ist, stellt sich dann die Frage, was innerhalb der Fabrikmauern zu tun ist. Hier kommt professioneller Rat ins Spiel – im Gegensatz zu dem zuvor geäußerten Lob von Bob Metcalfe handelt es sich möglicherweise nicht um Ethernet. „Mit Multi-Access-Edge-Compute oder MEC schaffen wir eine private Mobilfunkumgebung für den Hersteller“, fügte Linabarger hinzu. „Es ermöglicht ihnen praktisch, alle ihre Vorgänge und daraus resultierenden Daten innerhalb des Netzwerks zu kokonieren. Und für alle Daten, die das Werk verlassen müssen, gibt es Glasfaser auf der anderen Seite der Wand.“

Hazard gibt schnell zu, dass MEC keine Einheitslösung ist (obwohl sie nah dran ist). Anlagen erfordern möglicherweise einen Hybridansatz, der für Funktionen wie Gastnetzwerke und bestimmte mobile Geräte auf vorhandenes WLAN angewiesen ist, wobei Ethernet für die Verbindung von CNC-Werkzeugmaschinen verwendet wird, wenn verlustfreie Konnektivität erforderlich ist – zum Beispiel, wenn NC-Programme per Löffel einer Steuerung zugeführt werden oder wenn Funkstörungen ein Problem darstellen. Außerdem gibt es 5G, eine Mobilfunktechnologie, die sich in der Branche noch nicht durchgesetzt hat, aber eine schnelle, einfache und sichere Alternative zu bestehenden Konnektivitätsoptionen verspricht.

„Es gibt kein Allheilmittel, aber wir können eine sehr überzeugende Geschichte über die Gestaltung und Implementierung eines robusten Fertigungsnetzwerks erzählen“, sagte sie. „Und das ist der erste Schritt für jeden Shop, der die Vorteile von Industrie 4.0 und IIoT nutzen möchte.“

Wer das Glück hat, über ein solches Netzwerk zu verfügen, steht vor einer weiteren Überlegung: Welches Kommunikationsprotokoll soll verwendet werden? Croussore wird Ihnen sagen, dass sich die meisten nordamerikanischen Shops für MT Connect entscheiden, aber das ist keineswegs die einzige Option. Es gibt auch Open Platform Communications (OPC), eine Technologie, „die entwickelt wurde, um den einfachen und sicheren Austausch von Informationen zwischen verschiedenen Plattformen verschiedener Anbieter zu ermöglichen und eine nahtlose Integration dieser Plattformen ohne kostspielige, zeitaufwändige Softwareentwicklung zu ermöglichen.“

Das ist von der Website der OPC Foundation mit Sitz in Scottsdale, Arizona. Und obwohl der Direktor der Organisation für Nordamerika, Mike Clark, zögert, einen direkten Vergleich zwischen den beiden Standards anzustellen, wird er darauf hinweisen, dass die OPC Unified Architecture (UA) genau das ist, was der Name beschreibt. Es ist offen und daher „transportunabhängig“, eine schicke Art auszudrücken, dass es keine Rolle spielt, welches Protokoll Sie verwenden, ob TCP, UDP, FTP oder MQTT.

„Die OPC Foundation definiert ein allgegenwärtiges Datenmodell“, sagte Clark. „Mit anderen Worten: Uns geht es nicht so sehr um den Transport, der zur Übertragung der Informationen verwendet wird, sondern nur darum, dass sie in allen Bereichen der Organisation erhalten bleiben und jedem System zur Verfügung gestellt werden, das sie nutzen kann. Egal, ob es sich um einen Sensor auf einem … handelt B. einer Werkzeugmaschine, einer Robotersteuerung oder einem Edge-Gerät oder einer MES-Plattform, die sich in der Cloud befindet, das Datenmodell geht über alle Ebenen hinaus und muss niemals konvertiert oder neu formatiert werden.“

Die Ausnahme von dieser letzten Aussage besteht, wenn ein Hersteller ein Produkt verwendet, das nicht über einen OPC UA-Client oder -Server verfügt. In diesem Fall ist ein leicht verfügbarer Adapter erforderlich. Angesichts der „Wäscheliste der Unternehmen“, die an der Weiterentwicklung des Standards beteiligt waren, ist dies jedoch ein immer unwahrscheinlicheres Ereignis. In einer Demonstration der jüngsten Iteration tauschten 15 konkurrierende Anbieter mit 15 verschiedenen Steuerungen Daten über ein flaches Netzwerk ohne Gateways, Übersetzer oder Konverter aus, ein Ereignis, das laut Clark „die aktuelle Landschaft enorm verändern“ wird.

„Während meiner gesamten Karriere habe ich beobachtet, wie dieses ewige Battle Royale zwischen einer Vielzahl von Ausrüstungslieferanten und -verkäufern stattfand“, sagte er. „Als ich zum Beispiel in meinem früheren Leben für einen Upstream-Produzenten im Öl- und Gassektor gearbeitet habe, haben wir ‚Bake-offs‘ veranstaltet, bei denen die Anbieter industrieller Lösungen auf der ganzen Welt ihre verschiedenen Waren präsentieren konnten. Und obwohl diese Unternehmen vielleicht etwas anbieten.“ Obwohl es sich um sehr hochwertige Produkte handelte, waren sie auch ziemlich konkurrenzfähig und nie für den Betrieb in einer gemeinsamen Domäne vorgesehen, was oft bedeutete, dass ein Integrator hinzugezogen werden musste, um diese verschiedenen Lösungen miteinander in Kommunikation zu bringen. Das war frustrierend.“

Laut Clark verschwinden diese Zeiten dank OPC UA schnell. Der Datenaustausch ist nicht nur universell, sondern die Daten selbst sind kontextualisiert. Das empfangende Gerät kennt das Wer, Was, Warum, Wann und Wo jeder Übertragung und erreicht dies nun dank OPC UA Field eXchange, ohne dass Übersetzer, Integratoren oder Gateways erforderlich sind. „Im Zeitalter der digitalen Transformation und des IIoT sind Daten wie ein Kaleidoskop aus Schmetterlingen, das die Hersteller umgibt. OPC UA ist das Netz, mit dem sie alles erfassen können.“

Verbinde dich mit uns