Industrieautomation im Wandel: Offene Architekturen für Flexibilität & Nachhaltigkeit

Kurzfassung: Evolution industrieller Automatisierungsarchitekturen

Hersteller wandern zu offenen Automatisierungsarchitekturen, um Flexibilität, Effizienz und Nachhaltigkeit zu verbessern. Traditionelle geschlossene Systeme mit proprietärem Code limitieren Skalierbarkeit und Interoperabilität.

Offene Automatisierung basierend auf IEC 61499 ermöglicht hardware-agnostische Steuerungssysteme und nahtlose Integration von Bestands- und Neutechnologien. Dies unterstützt schnellere Softwareentwicklung, vorausschauende Wartung und einfacheren Datenzugriff. Universelle Automation befähigt Hersteller, Ausfallzeiten zu reduzieren, Kosten zu senken und freier zu innovieren – während Cybersecurity und Hochverfügbarkeitsarchitekturen Resilienz für zukunftsfähige Betriebe gewährleisten.

Da industrielle Hersteller 2025 mehr mit weniger erreichen wollen, erforschen Unternehmen fortschrittliche Automatisierungsarchitekturen, um betriebliche Effizienz mit umfassenderen Nachhaltigkeitsverantwortungen in Einklang zu bringen.

Gemeinsame Ziele, gemeinsame Herausforderungen

Obwohl jeder Hersteller anders ist und Digitalisierung für individuelle Ziele nutzt, gibt es branchenweit geteilte Ziele: Ausfallzeiten minimieren, betriebliche Effizienz verbessern, Abfall in allen Formen reduzieren und zur kollektiven Nachhaltigkeitsreise der Fertigung beitragen.

Diese Ziele treiben Veränderungen in der Natur industrieller Automatisierungssteuerungssysteme hin zu offenen Architekturen auf OT-Ebene (Operational Technology) voran. Diese Evolution kann Wert für Unternehmen und ihre Lieferketten schaffen.

Treiber für offene Automatisierung

Der Anlass ist die Überwindung des Nachteils, dass traditionelle proprietäre Technologien zwar einzeln gut funktionieren, aber verschlossen sind – mit Code, der nicht portierbar ist.

Es ist für Hersteller nicht machbar, kritische Anlagen sofort zu ersetzen, sobald eine fortschrittlichere Version verfügbar ist. Das lässt Bestands-Hardware mit maßgeschneiderter Software, Kommunikation und Hardware zurück und bindet Nutzer an einen Anbieter. Typische Hersteller mit heterogenen Systemen mehrerer Anbieter sehen diese Herausforderung bei der digitalen Transformation verstärkt.

Viele Endanwender benötigen umfangreiche Re-Engineering ihrer IA-Systeme (Industrial Automation), da Code für Bestands-Hardware nicht portierbar oder kompatibel mit neuer Hardware ist. Dies bremst die digitale Transformation der UK-Fertigung und hält Effizienzsteigerungen hinter hohen Kosten- und Zeitinvestitionen zurück.

Die Antwort ist der Übergang zu offener Automatisierung, wie er in der IT-Welt üblich ist. Hersteller fordern softwarezentrische, hardware-agnostische Systeme, damit Applikationscode auf vielfältiger Hardware jedes Anbieters lauffähig ist. Dies öffnet Kommunikation über verschiedene Maschinen, Geräte und Sensoren und ermöglicht effizienteres Arbeiten.

Erreicht wird dies durch den IEC 61499 Universal Automation Standard – ein Technologie-Enabler, der definiert, wie verteilte Applikationen mittels „Plug-and-Produce“-Softwarekomponenten unabhängig von der Ausführungshardware entworfen werden.

Der Standard wird von einer Gemeinschaft aus Automatisierungsnutzern, Technologieanbietern und Akademikern vorangetrieben, die das Automatisierungsspiel ändern wollen – organisiert in der Non-Profit-Organisation UniversalAutomation.Org.

Anlagen-Ingenieure, Systemintegratoren, OEMs oder alle in der Fertigungslieferkette Beteiligten, die Bestandsysteme entwerfen, verknüpfen und unterstützen, können die enormen Kosten für die Betreuung einzelner Assets reduzieren und einen Pfad für kontinuierliche Verbesserung schaffen.

Beispiel: Food & Beverage Fertigung

In einem reifen Industriesektor wie der Lebensmittel- und Getränkeherstellung ist ein Mix aus neuen und Bestandsanlagen üblich. Eine Herausforderung für Lebensmittelverarbeiter: Konsumenten treffen Kaufentscheidungen basierend auf vielfältigen Faktoren und suchen stets das nächste Produkt oder den nächsten Geschmack in diesem schnelllebigen Sektor.

Hersteller müssen flexibel und skalierbar sein, um auf Marktanforderungen zu reagieren – was unmöglich scheint, wenn man gegen proprietäre Systeme ankämpft. Offene Automatisierung ermöglicht genau diese Flexibilität mit weniger Zeit für nicht-wertschöpfende Aufgaben und mehr Zeit für Innovation.

„Die Evolution der Automatisierungsarchitekturen treibt Hersteller hin zu offenen, softwarezentrischen Systemen, die Flexibilität, Effizienz und Nachhaltigkeit ermöglichen.“

Dieses Beispiel lässt sich auf Hersteller jeder Größe und jedes Produkts anwenden, wie unser kürzliches Forschungsdokument „A quantitative comparison of digitised industrial automation“ zeigt. Es deckt Feldergebnisse auf, wonach Software-Engineering durch offene Automatisierung für Standard-Produktionsstrategien dreimal schneller geliefert werden kann, was die Flexibilität aktiv erhöht.

Digitalisierung industrieller Automatisierungsarchitekturen

Branchenweit ist eine breite Einführung von IIoT-Technologien (Industrial Internet of Things) zu sehen, die sofortige Verbesserungen für Hersteller bieten – doch viele werden letztlich daran gehindert, ihr volles Potenzial zu realisieren, da sie sich nicht vollständig auf Automatisierung einlassen können.

Beispiel: Das Hinzufügen eines Sensors zu einer Bestandsanlage für Echtzeit-Datenerfassung reduziert Ausfallzeiten durch proaktive Wartung, ist aber ohne Interoperabilität begrenzt.

Die gemeinsame Nutzung desselben Sensordatenstroms über eine offene Automatisierungsplattform erweitert diese vorausschauende Wartungsfähigkeit durch Zugriff auf Daten aller Quellen im Werk – neu und Bestand. Der Hersteller kann diesen einzelnen digitalen Faden nutzen, um fundierte Geschäftsentscheidungen zur Verbesserung von Verfügbarkeit, Wartung und Energieverbrauch zu treffen, ohne kostspielige Investitionen in neue kritische Anlagen.

Das Freisetzen des Datenflusses in einer Fertigungsanlage hat die Bereitstellung weiterer Geräte am Netzwerkrand (Edge) vorangetrieben. Dies liefert Rechenleistung nah an den Assets, um eine verteilte Architektur mit erhöhter Resilienz, Verfügbarkeit und Wartbarkeit zu schaffen.

Im Vergleich sind traditionelle große, zentralisierte Steuerungsarchitekturen weniger in der Lage, die Komplexität moderner Fertigungsprozesse zu bewältigen, besonders wenn Unternehmen skalieren und flexibel bleiben wollen.

Dies hat eine wachsende Nachfrage nach physischen I/O geschaffen, die für die datengetriebene Zukunft gerüstet sein müssen. Ein zukunftsfähiges I/O-Angebot unterstützt Universal Automation durch offene Ethernet-Protokolle für Konnektivität zu vielfältigen Geräten und Architekturen für bessere Performance und Verfügbarkeit.

Dies bietet nicht nur kurzfristige Vorteile, sondern erfüllt das Versprechen universeller Automatisierung durch ein einheitliches Framework für alle Automatisierung – was bedeutet, dass heute geschaffene Architekturen mit zukünftigen Technologien mitwachsen können und Hersteller erneut befähigt werden, jeden Aspekt der digitalen Transformation frei zu erkunden.

Cybersecurity für industrielle Automatisierungsarchitekturen

Jede industrielle Aktivität, die auf Datenkonnektivität basiert, bringt Cybersecurity-Bedenken mit sich – nicht nur für kritische Infrastruktur. Unternehmen aller Größen werden zunehmend angegriffen, und da Hersteller Teil komplexerer Lieferketten werden, vergrößert sich die Angriffsfläche.

Genau wie Universal Automation allumfassend ist, muss auch Cybersecurity sein – mit einer Strategie, die Menschen, Technologie und Betrieb integriert. Nur weil der Datenfluss geöffnet wurde, muss es keine Datenschutzlücken geben – selbst bei Bestandsanlagen mit potenziell ausnutzbaren Steuerungssystemen.

Dies hat den Bedarf an Lösungen getrieben, die nach IEC 62443 zertifiziert sind, um potenzielle Schwachstellen in Industriesystemen abzusichern und klare Verantwortlichkeiten für jede Ebene vorzugeben.

Das Potenzial universeller Automatisierung und digitaler Transformation zu realisieren bedeutet, Cybersecurity über Prozesse und Verfahren hinaus zu betrachten und jedes Asset oder Produkt einzubeziehen, das dem Netzwerk hinzugefügt wird.

Durch Dezentralisierung und Einführung fortschrittlicher Funktionen werden Hersteller sicheren Datenaustausch sehen, der Risiken reduziert und die Gesamtresilienz verbessert – selbst wenn Cyberangriffe komplexer werden. Dies ist essenziell für Hersteller, die die Vorteile universeller Automatisierung mit minimiertem Risiko nutzen wollen, immer die Bedürfnisse der Zukunft im Blick, während sie unmittelbare Vorteile freisetzen.

„Offene Automatisierungsarchitekturen ermöglichen Interoperabilität und erlauben Herstellern, Bestands- und Neutechnologien nahtlos zu integrieren für größere Effizienz und Innovation.“

Hochverfügbarkeitsarchitektur

Ungeplante Ausfallzeiten stellen massive Kosten für Hersteller aller Größen dar. Der Performance in Focus 2024 Report zeigt durchschnittliche stündliche Ausfallkosten von 5.471,95 £ – was den Bedarf an vorausschauender Wartung und der sie ermöglichenden offenen Automatisierung antreibt.

Um dieser Herausforderung zu begegnen und Hochverfügbarkeitsarchitekturen zu ermöglichen, wo Ausfallzeiten nicht toleriert werden können, können Hersteller einen Mix aus Technologien einsetzen: Hot-Standby-Prozessoren, redundante Switches, redundante I/O, redundante Netzteile, Modul-Hot-Swapping, Change-Config-On-The-Fly (CCOFT), Fast Device Replacement (FDR), eingebaute Diagnostik und Ring-Netzwerktopologie.

Zukunft industrieller Automatisierungsarchitekturen

Offene und universelle Automatisierung repräsentieren die Zukunft industrieller Architekturen und unterstützen Hersteller dabei, 2025 mehr mit weniger zu erreichen. Der zukunftsorientierte Ansatz befähigt Anlagen aller Größen und Spezialisierungen, kontinuierlich zu innovieren und zu optimieren – weit über einzelne Technologieeinführungen hinaus und das volle Potenzial digitaler Transformation ausschöpfend. Universelle Automatisierung spielt eine zunehmend wichtige Rolle in der UK-Fertigung, während diese ihre Betriebe digitalisiert, um global wettbewerbsfähig zu bleiben.

FAQs: Industrielle Automatisierungsarchitekturen

Was treibt den Wechsel zu offener Automatisierung an?
Hersteller brauchen flexible, interoperable Systeme, die nicht an einen einzelnen Anbieter gebunden sind.

Was ist IEC 61499?
Ein Standard, der Plug-and-Produce-Softwarekomponenten unabhängig von spezifischer Hardware ermöglicht.

Wie hilft offene Automatisierung bei der digitalen Transformation?
Sie erlaubt die Vernetzung von Bestands- und Neusystemen, ermöglicht schnellere Upgrades und größere Innovation.

Was sind die Vorteile für Hersteller?
Reduzierte Ausfallzeiten, schnellere Softwareentwicklung, bessere Skalierbarkeit, verbesserte Effizienz.

Warum ist hardware-agnostische Architektur wichtig?
Sie ermöglicht denselben Applikationscode auf verschiedenen Geräten – verbessert Flexibilität und senkt Kosten.

Was ist universelle Automatisierung?
Eine Bewegung, die offene, interoperable Automatisierungssysteme fördert, getrieben von einer globalen Gemeinschaft aus Nutzern und Anbietern.

Wie unterstützt offene Automatisierung vorausschauende Wartung?
Sie erschließt Echtzeitdaten aller Geräte für proaktive Wartungsentscheidungen.

Wie können Hersteller Cybersecurity in offenen Systemen gewährleisten?
Durch Einsatz IEC-62443-zertifizierter Technologien und Aufbau durchgängiger Cybersecurity-Strategien über Menschen, Prozesse und Assets.

Welche Rolle spielt Edge Computing in modernen Architekturen?
Es verarbeitet Daten nah an den Assets, verbessert Geschwindigkeit, Resilienz und verringert Abhängigkeit von zentralisierten Systemen.

Wie wirkt sich offene Automatisierung auf Ausfallkosten aus?
Sie ermöglicht Hochverfügbarkeitsarchitekturen und vorausschauende Strategien zur Minimierung teurer ungeplanter Ausfallzeiten.