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Digitalisierung

Digitalisierung in der Verpackungsindustrie

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Digitalisierung heißt vor allem eines: Vernetzung. Und dort gab es dann zu Beginn auch gleich den ersten Stolperstein. Denn hatte sich in der Vergangenheit ein Maschinenbauer für ein Kommunikationsprotokoll entschieden, war dies eine dauerhafte Entscheidung an einen bestimmten Steuerungshersteller. Die Folge: Der Hersteller musste dieselbe Maschine mit unterschiedlichen Steuerungssystemen anbieten. Ein Zustand, der weder Anbieter noch Anwender zufrieden stellte. Nun soll es bald heißen: Vorhang auf für OPC UA over TSN.

Hinter dem Begriff steckt im Grunde eine kleine Sensation. Denn mit OPC UA over TSN haben sich Automatisierungsanbieter rund um die „Shapers“ genannten Gründungsmitglieder, wie B & R und der Netzwerkspezialist TT-Tech, auf einen gemeinsamen Standard für industrielle Echtzeitkommunikation geeinigt. Ob Maschine, Feldgerät, ERP-System oder Cloudanwendung – sie alle sollen künftig in einem gemeinsamen Netzwerk kommunizieren können. Und das mit rasanter Geschwindigkeit: Erklärtes Ziel ist eine Performancesteigerung bis zu einem Faktor 18.

Noch ist das Projekt nicht abgeschlossen, aber „in ein paar Jahren werden neue Maschinen nur noch mit OPC UA over TSN ausgeliefert“, ist sich Stefan Schönegger, Vice President Product Strategy & Innnovation bei B & R, sicher. Und auch Betreiber von Brownfield-Anlagen müssen sich keine Sorgen machen, außen vor gelassen zu werden: „Companion Specifications, beispielsweise zwischen Powerlink und OPC UA, ermöglichen, dass bestehende Maschinen und Anlagen einfach in neue Netzwerke integriert werden können.“ Bereits auf der SPS IPC Drives im November 2018 wurden die ersten funktionsfähigen Geräte auf Basis des neuen Kommunikationsstandards vorgestellt.

Datenschatz oder Datenwust?

Sind die einzelnen Maschinen erfolgreich vernetzt, können die Unternehmen Unmengen von Daten aus ihren Prozessen gewinnen. Nur welche? „Beim Thema Big Data unterscheiden wir zwei Bereiche“, erklärt Jürgen Rothbauer, Geschäftsführer von Optima Pharma. „Zum einen die produktionsrelevanten Daten und zum anderen die wartungsrelevanten Daten. Produktionsrelevant sind jene Onlinedaten, die kontinuierlich pro Container erhoben werden. Ein konkretes Beispiel: Jeder Stopfen einer Spritze wird vermessen. Überschreiten die Messwerte festgelegte Limits, justiert sich die Maschine selbst oder gibt einen Alarm. Daten werden also unmittelbar verwertet. Hier geht man sehr gezielt vor, um nur die prozessrelevanten Daten zu sammeln, die eine entsprechende Produktqualität garantieren. Diese Daten bilden die Basis für Batch Reports und Behördeninspektionen.

Was Wartungsdaten angeht, besteht noch eine große Unsicherheit, welche Datenarten und -mengen sinnvoll sind. Hier gilt es besonders, Datenmüll und unnötige Störungen zu vermeiden. Diese ergeben sich häufig aus einer großen Menge von Wartungssensoren. Die Zuverlässigkeit der Maschine soll sichergestellt bleiben.“

Um ungeplante Stillstände künftig möglichst vermeiden zu können – Stichwort Predicted Maintainance – , sind für die Anlagenbauer nicht nur die mittels Sensor während der Produktion erfassten Informationen wichtig, wie Dr. Hagen Gehringer, Geschäftsführer Bausch + Ströbel Maschinenfabrik Ilsohofen, bemerkt: „Hier benötigen wir natürlich auch Daten zur Lebensdauer von Anlagenkomponenten, die wir von unseren Lieferanten bekommen. Also von Verschleißteilen wie Motoren, Sensoren, Lager etc.“

Den Kunden überzeugen

Dass die Schnittstellenproblematik (weitestgehend) gelöst ist und den Anbietern auch immer klarer wird, auf welche Daten es wirklich ankommt, sind zweifelsohne wichtige Schritte in Richtung Industrie 4.0. Ein ganz wichtiger Aspekt – im Grunde der wichtigste überhaupt – bleibt es aber, Kunden für die jeweils angebotene Lösung zu gewinnen. Nun stellen sich hier in Deutschland aber gleich zwei neue Herausforderungen. Denn, wenn auch branchenabhängig unterschiedlich stark ausgeprägt, schlägt hier einmal wieder die „German Angst“ durch. Oder wie es Gehringer formuliert: „Die Mentalität in Deutschland ist anders, als etwa in den USA – nicht so risikofreudig, mehr auf Planung ausgelegt – was ich aber nicht als Nachteil empfinde. Der Bereich Maschinenbau ist hier sicher noch etwas zurückhaltender. Die Auftragsbücher sind voll, die Unternehmen sind ausgelastet. Um das Thema Digitalisierung bindet eben zusätzlich Ressourcen, die anderswo gebraucht werden. Unsere Vorgehensweise ist eine andere – die auch besser zu uns passt: wir gehen modular vor. So haben wir mit unseren Excellence-United-Partnern bei der Achema anschaulich gezeigt, was wir in Sachen Digitalisierung bieten können. Nun setzen wir einzelne Bausteine gezielt mit Kunden um – und zwar genau auf deren Bedürfnisse abgestimmt.“

Und gerade in konservativen Branchen wäre der Weg ins 4.0-Zeitalter ein Schritt mit dem Sieben-Meilen-Stiefel, kommentiert Herbert Hahnenkamp, Geschäftsführer Ishida Deutschland: „Die Rede ist ja immer von Industrie 4.0. In der Lebensmittel­industrie sind wir aber gerade erst bei Version 2.2 angekommen. Am Anfang ist hier der Aufschrei dann natürlich groß. ‚Das wird nie funktionieren‘ ist eine häufige Aussage. ‚Wenn Sie wüssten, was unsere IT-Abteilung für Vorschriften hat‘, eine andere. Aber wenn sich dann die IT-Experten des Kunden mit unseren unterhalten, dann steht selbst bei sehr konservativen Unternehmen in aller Regel die Erkenntnis, dass dies eben doch möglich ist. Wichtig ist bei Produkten wie unserer Softwarelösung Sentinel natürlich vor allem die Sicht auf die Gesamteffizienz. Denn wenn der Betreiber sieht, dass er mit jedem gewonnenen Prozent mehrere 100.000 Euro am Tag sparen kann, wird er natürlich neugierig. Wir hatten hier schon ganz spannende Fälle, beispielsweise einen Kunden mit einem Werk im Norden und einem im Süden Deutschlands. In der Zentrale waren beide Standorte auf dem Monitor und dann rief der Produktionsdirektor in Süddeutschland an, um zu sagen: ‚Ihr fahrt gerade das gleiche Produkt und Ihr habt vier oder fünf Prozent weniger Effizienz – warum ist das so?‘“ Europaweit setzen laut Hahnenkamp bereits mehr als 500 Kunden auf Sentinel. Und haben schnell Geschmack an der Prozessüberwachung gewonnen. So hätten sich ein paar Betreiber extra Bildschirme im Büro aufgestellt, auf denen wie bei einem Reuters-Liveticker immer die aktuellen Anlagendaten abzulesen sind.

Und auch Optima-Geschäftsführer Rothbauer ist überzeugt, dass sich der Mehrwert der neuen Technologien gegen die Bedenken durchsetzen wird: „Natürlich müssen wir mit unseren Lösungen zunächst Vertrauen aufbauen und Bedenken in den neuen Technologien im Laufe der Zeit abbauen. Generell sehen wir in den digitalen Lösungen große Chancen für die Zukunft. Das gilt insbesondere für die Prozesssicherheit, die im Pharmabereich eine besonders große Rolle spielt. Hier bringt die Digitalisierung große Chancen mit sich. Jeder Prozessschritt kann überwacht werden, und die Maschine reagiert möglichst intelligent, ohne dass der Operator überhaupt eingreifen muss. In diesem selbstlernenden und selbstjustierenden Element liegt die Chance für unsere Kunden – und natürlich auch für uns.“

Mit der Brownfield-Lösung Orange Box lassen sich Maschinen und mittlerweile auch ganze Standorte vernetzen.
(Bild: B & R)

Brownfield-Lösungen: Mehr als eine Einstiegsdroge?

Voll durchdigitalisierte Lösungen lassen sich natürlich am einfachsten realisieren, wenn sie am Reißbrett geplant sind. Bei Greenfield-Projekten also. Doch gibt es in Deutschland – im Grunde in Europa – vor allem Brownfields, Bestandsanlagen also, die die Betreiber natürlich nicht einfach stilllegen wollen, um von den Vorteilen digitaler Lösungen profitieren zu können. Was also tun?

„Ein Retrofit kann durchaus eine sinnvolle und kostenbewusste Lösung sein. Wie sinnvoll, richtet sich natürlich nach Alter und Ausstattung der Anlage. Bei einem Alter von zehn Jahren würde ich das aber durchaus in Betracht ziehen. Natürlich sind die Möglichkeiten bei Greenfield weit größer“, erklärt Bausch + Ströbel-Geschäftsführer Gehringer.

Und Herbert Hahnenkamp von Ishida sieht ebenfalls grundsätzlich kein Problem daran, Bestandsanlagen nachträglich 4.0-fit zu machen: „Für uns geht es einfach darum, einmal einen Kon­trollpunkt zu schaffen, um Daten aufzunehmen. Dieser Punkt sollte möglichst am Ende der Linie sein. Denn dann kann der Kunde schon einmal sehen: Wie viel Rohmaterial ging in den Prozess rein, und wie viele Packungen kamen am Ende heraus. Und wenn ich diese Daten habe, kann ich sofort in der Produktion Optimierungen realisieren. Egal, ob es sich nun um ein Brownfield oder ein Greenfield handelt. Letztendlich brauche ich nur ein Ethernet­kabel, das die Maschine mit einem Server verbinden kann.“

„Wesentlich“, so René Blaschke, Product Manager Industrial IoT bei B & R, „ist, dass es bei einer nachträglichen Umrüstung von der herkömmlichen Fertigung zu einer Smart Factory nicht zu Produktionsausfällen kommt und kein Programmieraufwand entsteht.“ Hierfür hat das Unternehmen die Orange Box entwickelt. Die erstmals im Jahr 2017 auf dem Markt erschienene Brownfield-Lösung war bereits damals in der Lage, Betriebsdaten von nicht vernetzten Maschinen automatisiert zu erfassen. Dabei war es laut Blaschke vor allem eine Herausforderung, Daten von Maschinen unterschiedlicher Hersteller in einer Linie auszuwerten: „Die Kunst in diesem Fall ist, die fantasievollen Datenbezeichnungen der unterschiedlichen Automatisierungshersteller auf einen Nenner zu bringen.“ Die mittlerweile überarbeitete Version der Orange Box geht nun noch einen Schritt weiter: Das Datenerfassungs- und Analysewerkzeug ist künftig in der Lage, Daten von Bestandsmaschinen in die Cloud zu übertragen. So können Unternehmen bestehende Maschinen und Anlagen auch über Linien, Standorte und sogar Kontinente hinweg überwachen, vergleichen und optimieren.

Gerade in Branchen, in denen die Prozesssicherheit eine große Rolle spielt, bietet die Digitalisierung interessante Möglichkeiten.
(Bild: Optima)

Die Sache mit der Sicherheit

Im Zuge des Industrial Internet of Things (IIoT) wachsen die klassische Operations Technology (OT) und die Information Technology (IT) immer mehr zusammen. Diese Vernetzung soll autonome und vor allem effiziente Prozesse schaffen – birgt allerdings auch gleichzeitig neue Risiken. Weshalb das Thema Cybersecurity schon wieder mancherorts als größtes Hemmnis für das Voranschreiten der hiesigen Digitalisierungslandschaft gilt. Denn was Betreiber bei allem Interesse an neuer Technologie keinesfalls wollen, sind Einfallstore für Industriespionage oder gar -sabotage.

„Problem Nr. 1 beim Thema Cybersecurity ist physischer Natur: Bei vielen Kundenbesuchen stelle ich immer wieder fest, dass simple Maßnahmen wie Schlösser an den Schaltschränken nicht umgesetzt sind“, erklärt Ashkan Ashouriha, Solution Architect bei Rockwell Automation. Komplexeren Problemstellungen begegnet sein Unternehmen mit Lösungen wie CIP-Security-kompatiblen Steuergeräten, wie sie auf der SPS 2018 erstmals präsentiert wurden. CIP Security wurde von der ODVA, einem globalen Verband weltweit führender Automatisierungsunternehmen, entwickelt und stellt eine Erweiterung des Common Industrial Protocol (CIP), das für Ethernet/IP also Protokoll auf Anwendungsebene dient. Es soll kommunizierende Geräte und Systeme vor den größten Risiken in einem vernetzten Betrieb schützen, indem es beispielsweise die Verbindung zu Geräten auf vertrauenswürdige Computer und Geräte beschränkt.

Und auch B & R hat sich mit dem Thema beschäftigt, wie René Blaschke zu berichten weiß: „Unsere Cloud-Lösungen basieren auf der Plattform ABB Ability, die wiederum starke Partner wie Microsoft hat. Diese Partner im Hintergrund sorgen dafür, dass alle ABB-Ability-Services rund um den Globus zuverlässig verfügbar sind. Lokale Datenregulierungen wie etwa die Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO) in Europa oder Regulatorien in Amerika fließen so problemlos in unsere Lösungen ein. Für die Datensicherheit kommen nur die modernsten Verschlüsselungs­algorithmen, Übertragungsprotokolle und Technologien zum Einsatz. So können wir Sicherheit und Integrität der gespeicherten Daten garantieren und nehmen unseren Kunden die Angst.“

Wichtig ist vielleicht noch anzumerken, dass es auch beim Thema Security auf das richtige Augenmaß ankommt: „Maschinen­sicherheitssysteme, die auf das falsche Sicherheitslevel ausgelegt sind, können bei der Produktion für erhebliche Probleme sorgen,“ kommentiert Ashouriha. Systeme, die die nötigen Sicherheits­anforderungen nicht erfüllen, sind nicht nur eine Gefahr für Bediener, sondern führen auch zu erheblichen Kosten. Im Gegensatz dazu können jedoch auch Maschinensysteme, die mehr Sicherheitsvorrichtungen einsetzen als erforderlich, übermäßig aufwendig und teuer ausfallen. Das menschliche Augenmaß bleibt also zumindest hier – aller smarten Digitalisierung zum trotz – weiterhin der Goldstandard.

Über den Autor
Autorenbild
Philip Bittermann, Chefredakteur neue verpackung

Über die Firma
B&R Industrie-Elektronik GmbH
Bad Homburg
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