Auf dem Weg zum Industrie-4.0-Standard

Überblick über die Standardisierungsarbeiten in Deutschland und anderswo
Die Standardisierungsbemühungen für die Industrie 4.0 machen Fortschritte: Die Referenzarchitektur ist fertig, der Normenkatalog füllt sich, und die Zusammenarbeit mit den USA und Asien beginnt.
TEXT: Ingo Steinhaus

Die Industrie 4.0 läuft an. Zahlreiche Unternehmen kündigten für die Hannover Messe fertige Produkte, Softwarelösungen, Prototypen und Demonstratoren an. Tatsächlich ist im vergangenen Jahr viel geschehen – nicht nur technologisch, sondern auch im wichtigen Bereich der Standardisierung. Und das ist keine einfache Aufgabe: Nicht nur, dass unterschiedliche Hersteller mit ihren möglichen bestehenden Insellösungen an einen Tisch gebracht werden müssen; ohne internationale Zusammenarbeit mit den auch schon seit einiger Zeit arbeitenden Standardisierungsgremien in den USA oder China würde sich gerade das exportorientierte Deutschland ein Bein stellen. Die ganz besondere Herausforderung der Industrie-4.0-Standardisierung liegt aber auch in der Einbindung älterer Maschinen. Denn die Erneuerungszyklen im Maschinenpark sind deutlich länger als in der IT. Und zuletzt darf auch das Thema Sicherheit nicht zu kurz kommen. Also: Ein dickes Brett wird da gebohrt – das aber entscheidend dafür ist, wie schnell die Industrie 4.0 durchstarten kann. CEDO hat nachgefragt: Wie weit sind die Standardisierer, in welche Richtung wird die Reise gehen? Die vor kurzem veröffentlichte Normungs-Roadmap zeigt die Dimension dieser Aufgabe. Dabei handelt es sich um ein dynamisches Dokument, das von einem Arbeitskreis der DKE (Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE) ständig aktualisiert wird. Es ist ein Katalog aller Themenbereiche rund um Industrie 4.0 und ihres „Normungsbedarfs“, derzeit ist die Fassung 2.0 aktuell. Auch bereits bestehende DIN-, IEC- und ISO-Normen werden in die Industrie 4.0 eingemeindet. Die DKE führt auf ihrer Website in der Rubrik „Industrie 4.0“ eine Liste, die inzwischen mehr als 100 Standards aufzählt. Das ist im Grunde der auf Produktion zielende Teil der Regeln, die ohnehin aktuell in E-Technik, Maschinen- und Anlagenbau angewandt werden – vom genormten Steckverbinder bis hin zu Standards für Leitsysteme.

„Die Standardisierungsbemühungen für die Industrie 4.0 starten nicht bei null“, sagt Jan Stefan Michels, Leiter Standardund Technologieentwicklung bei Weidmüller. „Durch den Einsatz etablierter Normen und Standards erreichen wir eine hohe Stabilität der Produkte und einen Investitionsschutz für bestehende Anlagen, die leichter aufgerüstet werden können.“ Ergänzt wird der DKE-Normenkatalog durch Leitnormen wie die Referenzarchitektur RAMI 4.0, das Konzept der Industrie-4.0-Komponente (siehe Kasten) sowie spezielle Normen für Netzwerke und Kommunikation. RAMI wurde im Rahmen der Plattform Industrie 4.0 entwickelt. Die Plattform selber konnte dabei auf den Arbeiten der Verbändeplattform Industrie 4.0 von VDMA, ZVEI und BITKOM aufbauen; auch DIN und DKE sind in der Normungs- und Standardisierungsarbeitsgruppe der Plattform vertreten – wie auch Weidmüller- Standardisierer Michels. Anfang des Jahres ist RAMI 4.0 in die internationale Normung eingebracht worden.


ZU DETAILLIERT? NUR INDUSTRIEPRODUKTION?

Doch es gibt auch Kritiker der aktuellen Entwicklungen. Ihre beiden größten Sorgen sind nicht ganz von der Hand zu weisen: die übergroße Detailfreude und die Beschränkung auf die Industrieproduktion.

Gute Beispiele sind OPC UA, die Unified Architecture der OPC-Foundation (eine unabhängige Stiftung, die den auf Microsoft-Technologien zurückgehenden Standard „Open Platform Communications“ verwaltet), und ihr Konkurrent MTConnect. Beides sind Standards für die Kommunikation zwischen Maschinen, allerdings mit unterschiedlichem Fokus.

MTConnect ist ein einfaches, erweiterbares und offenes Protokoll für M2M-Kommunikation. Es entstand aus einer Zusammenarbeit von Sun Microsystems und der University of California in Berkeley und war anfangs für Werkzeugmaschinen gedacht. Es kann leicht an jeden Hardwaretyp angepasst werden. OPC UA ist deutlich universeller und zielt eher auf ein generelles Modell für netzwerkfähige Geräte. Es handelt sich nicht um ein reines Kommunikationsprotokoll, sondern um eine umfassende Architektur für den Datenaustausch. Das heißt: sehr viel flexibler, aber auch sehr viel detaillierter

„Der Preis für die Flexibilität ist eine steigende Komplexität“, sagt Jürgen Jasperneite vom Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB, der ebenfalls an der Plattform Industrie 4.0 mitarbeitet. „Daraus ergibt sich die Anforderung an Technologieanbieter, dem Anwender trotz hoher Komplexität eine einfache Bedienbarkeit zu ermöglichen.“ Weil das aber nicht einfach ist, setzen zahlreiche Unternehmen lieber MTConnect ein, so auch der Industriegigant Siemens.

Ob sich einer der beiden Standards durchsetzen wird, ist noch offen. Immerhin: Die OPC Foundation und das MTConnect Institute arbeiten zusammen. Eine gemeinsame technische Spezifikation für die Überführung der entsprechenden Kommunikation zwischen den Verfahren existiert bereits seit 2012. Doch wenn zentrale Hersteller MTConnect unterstützen, werden die anderen Hersteller in Elektrotechnik und Maschinenbau folgen, um den Anschluss nicht zu verlieren.

Die Konkurrenz zweier alternativer Standards führt leicht zu Entwicklungsverzögerungen, weil die meisten Unternehmen abwarten, welches Modell sich durchsetzen wird. „Es darf keinen Wettbewerb von Standards und Normen geben“, warnt deshalb auch Günter Hörcher, Leiter Forschungsstrategie am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. „Die grundlegenden Konzepte und Technologien müssen international und durch alle Branchen hindurch eine voll transparente Interoperabilität aufweisen.“

Das ist leicht gefordert, doch schon auf der obersten Ebene der Standardisierung gibt es unterschiedliche Schwerpunkte. Zwar bilden die Referenzarchitekturen der deutschen Plattform Industrie 4.0 (RAMI 4.0) und des US-amerikanischen Industrial Internet Consortium IIC (IIRA) die gesamten Wertschöpfungsketten und Lebenszyklen von digitalen Produkten ab. Allerdings hat der amerikanische IIC-Standard alle Bereiche des Internet of Things im Blick, der deutsche nur die Industrie.

Ein aktuelles Projekt zur Fertigung von Hydraulikventilen im Bosch-Werk Homburg zeigt aber, dass beide Standards auch gemeinsam angewendet werden können. Zwischen den unterschiedlichen Modellen bestehe trotz unterschiedlicher Schwerpunkte nach den Erfahrungen von Bosch kein Widerspruch. Das Unternehmen führt die beiden Referenzarchitekturen in der Fertigung zusammen. Dabei organisiert Bosch zusammen mit Partnern wie SAP, Dassault Systèmes und Tata Consultancy Services (TCS) die Schnittstelle zur Produktion nach RAMI 4.0, das Energiemanagement wird aber entlang des IIRA-Modells aufgestellt.


STANDARDISIERER ARBEITEN LÄNDERÜBERGREIFEND ZUSAMMEN

Eine solche pragmatische, nationale Standards übergreifende Zusammenarbeit hat sich im vergangenen Jahr auch bei unterschiedlichen Normierungsgremien herausgebildet. Bereits seit dem Sommer 2015 haben die DKE und die Standardization Administration of the People’s Republic of China (SAC) eine langfristige Zusammenarbeit bei der Industrie 4.0 vereinbart. Und seit Anfang März 2016 stimmen die deutsche Plattform und das IIC ihre Standards aufeinander ab.

„Die unterschiedlichen Referenzmodelle, auch aus China und Südkorea, werden sich aufeinander zubewegen“, vermutet Jan Stefan Michels von Weidmüller. „Die internationale Normierung darf aber nicht so zeitaufwendig und unübersichtlich werden, dass der Fortschritt gebremst wird.“

Die größere Sorge ist aber ein Nebeneinander nationaler oder regionaler Lösungen – was für die Exportnation Deutschland ein echtes Problem wäre. Auch die Plattform Industrie 4.0 weiß, dass die deutsche Standardisierung daher kein Selbstzweck ist, und legt stärker Wert auf die Zusammenarbeit mit den Stakeholdern aus der ganzen Welt. Vielleicht muss es gar kein globaler Standard werden – solange die unterschiedlichen Standards miteinander kompatibel sind. Dennoch dürfte es noch ein langer Weg sein, bis Einigkeit herrscht. Und ob diese zu Lasten von Einfachheit gegangen ist, muss sich dann erst noch zeigen. Aber das wissen auch die Standardisierer.

DIN und DKE wollen in den nächsten Monaten mit Vertretern aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik eine einheitliche „Deutsche Normungsstrategie“ schaffen. Dabei sollen die Normungsstrukturen an die neuen Herausforderungen angepasst werden. Insbesondere gilt es, das Nebeneinander von Querschnittstechnologien und klassischer Normung nicht als Widerspruch anzusehen, sondern deren Synergien zu nutzen. Ein Entwurf erscheint am 6. Juni 2016, und am 27. September soll eine Stakeholderkonferenz alle Ideen konsolidieren, so dass die neue Deutsche Normungsstrategie noch 2016 verabschiedet werden kann.

RAMI 4.0 UND DIE INDUSTRIE-4.0-KOMPONENTE

„Das Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0, kurz RAMI 4.0, ist ein dreidimensionales Schichtenmodell, das den Lebenszyklus von Produkten, Fabriken, Maschinen oder Aufträgen den Hierarchieebenen von Industrie 4.0 gegenüberstellt. Neben Normen und Standards sollen künftig auch Anwendungsfälle und Lösungsansätze berücksichtigt werden. Je nach Anwendungsfall und Lösungsansatz empfiehlt das Modell die zugehörigen Normen und Standards.

Die Industrie-4.0-Komponente schlägt die Brücke von Normen und Standards hin zur Industrie-4.0-Technologie auf Produktionsebene. Grundlage der Industrie-4.0-Komponente sind die sogenannten physischen Gegenstände. Zu ihnen zählen Komponenten, Baugruppen, Produkte und Betriebsmittel wie Maschinen, Werkzeuge oder Fabriken. Auch Produkte wie die Software stellen physische Gegenstände dar. Das Neue an der Industrie-4.0-Komponente ist die Erweiterung eines jeweiligen physischen Gegenstands um die Verwaltungsschale. Die Verwaltungsschale ist ein virtuelles Abbild des physischen Gegenstands und beschreibt dessen Funktionalitäten.“

Quelle: VDMA