Das Industrial Internet of Things (IIoT) vernetzt das gesamte Fertigungsunternehmen – von der Beschaffung über die Produktion bis zur Lagerung und Auslieferung – und bietet damit eine unternehmensweite, ganzheitliche Sicht auf den kompletten Workflow. Traditionelle Netzwerke stellen jedoch oft ein erhebliches Hindernis für den Einsatz in vernetzten Anlagen dar. Ingo Schneider, Director Business Development Data Network Infrastructure bei Alcatel-Lucent Enterprise, erläutert zwei grundlegende Bausteine, die für den Aufbau eines intelligenten industriellen Netzwerks erforderlich sind: Industrial Ethernet und integrierte Echtzeit-Sicherheit.
Bei der intelligenten Fertigung (oder IIoT) geht es um die Schaffung einer Netzwerkumgebung, die Echtzeitdaten – von der Produktion bis zum Back-Office und entlang der Lieferkette – sammelt, austauscht, abgleicht und für die Analyse bereitstellt. Damit können nicht nur Fertigungs- und Industrieprozesse stärker automatisiert werden, sondern es versetzt auch Managementsysteme in die Lage, umsetzbare Erkenntnisse über das gesamte Unternehmen zu liefern, was zu einer besseren und schnelleren Entscheidungsfindung führt.
Alles hängt vom Netzwerk ab
Das IIoT ist nicht eine einzelne Technologie. Es umfasst vielmehr eine ganze Reihe neuer Technologien, wie Sensoren, neue Anwendungen, Maschine-zu-Maschine-Kommunikation, maschinelles Lernen, vorausschauende Analyse, Geo-Lokalisierung, tragbare vernetzte Dinge sowie die computergestützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung (Augmented Reality). Die Netzwerkinfrastruktur bringt alle diese Technologien und Lösungen zusammen – sonst wären sie lediglich einzelne Ansammlungen intelligenter Technologien, die nie ihr volles Potenzial ausschöpfen könnten.
In der Fertigungsindustrie gibt es spezifische Anforderungen an das Netzwerk, die in einer Büro- oder Einzelhandelsumgebung überhaupt nicht benötigt werden. Sollten also in beiden Fällen dieselben Netzwerke eingesetzt werden? Natürlich nicht.
Das Netzwerk für Industrieumgebungen
Unzuverlässige Konnektivität über LAN oder WLAN ist eine Katastrophe für die hoch automatisierten Prozesse in der Fertigung. Selbst minimale Netzstörungen, die durch ineffiziente Datenübertragung, Engpässe oder Datenverlust verursacht werden, können sich auf die gesamte Produktionskette auswirken. Und lückenhafte drahtlose Konnektivität bedeutet nicht nur, dass mobile Mitarbeiter nicht effizient arbeiten können, sie stellt unter Umständen auch ein ernstes Sicherheitsrisiko dar.
Die Vernetzung von Controllern, Sensoren, IP-Video und WLAN-fähigen Endgeräten in Fertigungsumgebungen und Industrieanlagen erfordert ein Netzwerk-Backbone, das auch bei Hitze, Staub, elektromagnetischen Störungen und Vibrationen, die durch Maschinen und schwere Fahrzeuge ausgelöst werden, zuverlässig eine gleichbleibend hohe Servicequalität liefert. Deshalb ist ein speziell für die Industrie gehärtetes Netzwerk, das auf robusten Komponenten basiert, entscheidend für ein zuverlässiges, sicheres Fertigungsnetzwerk, das leicht zu erweitern ist und neue Geräte und Technologien problemlos integrieren kann.
Und wie baut man ein gehärtetes Netzwerk für die Vernetzung von Industrieanlagen und Fabriken?
Zunächst einmal müssen die Switches, Access Points und Router dieselben Funktionen und Leistungen bieten wie in jedem anderen modernen Netzwerk: eingebettete Sicherheit, dynamisches Performance-Tuning für Echtzeitanwendungen und zuverlässige Breitband-IP-Konnektivität. Darüber hinaus muss das Netzwerk aber mit Hardwarekomponenten gebaut werden, die speziell für industrielle Umgebungen entwickelt wurden und auch unter extremen Bedingungen zuverlässig funktionieren.
»Schönwetter«-Switches reichen nicht
Außerhalb der geschützten, klimatisierten Rechenzentren muss das Campusnetz mit einem viel breiteren Spektrum an Bedingungen fertig werden. Gehärtete Switches für den industriellen Einsatz, die in Umgebungen von -40 °C bis + 74 °C betrieben werden können, sind wichtig bei einem Netzwerk, das ständig oder zeitweise extremen Temperaturen ausgesetzt ist. Nicht-gehärtete Switches im Werk oder an Remote-Standorten können die Zuverlässigkeit und den Lebenszyklus der Geräte stark einschränken und damit den ganzen Betrieb gefährden.
Die Temperatur ist nicht der einzige Faktor, der das Netzwerk auf der Hardwareebene beeinträchtigen kann. Auch vor hoher Luftfeuchtigkeit und kleinsten Partikeln im Staub muss die Hardware geschützt werden, und hier können umluftgekühlte, lüfterlose Switch-Modelle für mehr Zuverlässigkeit und einen längeren Lebenszyklus sorgen. Gehärtete Schalter sind auch dafür ausgelegt, elektromagnetischen Interferenzen und den Stößen und Schwingungen zu widerstehen, die durch schwere Maschinen und Fahrzeuge verursacht werden.
Sicherheit zuerst, zuletzt und auch dazwischen
In der Welt der Fertigung ist Sicherheit ein wichtiges Konzept, und das sollte beim Netzwerk für die vernetzte Fabrik nicht anders sein. Die Zeiten sind längst vorbei, in denen als einziges verfügbares Alarmsystem eine Sirene ein ohrenbetäubendes Signal von sich gab, woraufhin jeder die Arbeit fallen ließ und schnell zum Ausgang rannte. Moderne Fertigung mit ihrem Bedarf an Echtzeit-Datenkommunikation braucht eine zentrale Alarm- und Benachrichtigungsplattform. Deren Meldungen sollten über Apps auf smarten Endgeräten, aber auch auf Festnetztelefonen und Computern empfangen werden können. Die Technik dafür gibt es.
Sicherheit ist oberstes Gebot in der Fertigung. Automatische Alarme und Notfallmeldungen können in das Netzwerk eingebunden werden. Sie alarmieren die Vorarbeiter, wenn es brennt oder sich ein Arbeiter verletzt hat. Ein Netzwerk, das Alarme von verschiedenen Subsystemen auf einer zentralen Plattform sammeln und aggregieren kann, erfüllt die Anforderungen einer »intelligenten Fabrik«, die eine schnelle Reaktionsfähigkeit verlangt.
Ein universeller Benachrichtigungsdienst schickt den richtigen Personen zur richtigen Zeit die richtigen Warnungen, so dass sie schnell und angemessen reagieren können. Die Benachrichtigungen können auch mit anderen Sicherheitssystemen wie Überwachungskameras und Gebäudeleittechnik integriert werden, damit auch Brandmeldung, Einbruchserkennung und Videoüberwachung einfach und bequem über eine einzige zuverlässige Lösung verwaltet werden.
Neben Notfall- und Sicherheitsmeldungen können technische Meldungen direkt an den zuständigen Techniker geschickt werden. Die Benachrichtigungen können als Audio- oder Textnachrichten an DECT- oder WLAN-Telefone weitergeleitet oder über App, E-Mail oder SMS auf Smartphones gesendet werden. Damit bieten sie das hohe Maß an Flexibilität, das für die verschiedensten Fertigungsumgebungen gebraucht wird.
Maßgeschneidert – das richtige Netzwerk für die vernetzte Fabrik
Das Industrial Internet of Things wächst. Aber bevor Sie darüber nachdenken, welche neuen Technologien und Dienstleistungen Sie nutzen wollen, sollten Sie unbedingt sicherstellen, dass Ihr Netzwerk den Belastungen einer Produktionsumgebung gewachsen ist. Das heißt: Sie brauchen ein gehärtetes Ethernet für den industriellen Einsatz mit eingebauter Echtzeit-Sicherheit.
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