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Industrielle Kommunikation

Basistechnologie für die Digitalisierung der Industrie

Markus Weinländer

Diese Publikation zitieren

Markus Weinländer, DIN e. V.(Hg.), Industrielle Kommunikation (2017), VDE Verlag, Berlin, ISBN: 9783800742639

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Beschreibung / Abstract

Die Digitalisierung stellt die Industrie vor große Herausforderungen und Chancen. Durch die durchgängige Vernetzung und die Bereitstellung dezentraler Verarbeitungslogik in Cyber-Physical-Systems (CPS) sind neue Abläufe mit einer viel stärkeren Integration der Wertschöpfungskette möglich. Dies erlaubt es Unternehmen, neue Dienstleistungen um ihre Produkte herum anzubieten und so ihre Geschäftsmodelle auszubauen.

Eine wichtige Grundlage ist jedoch die Kommunikations-Infrastruktur zwischen allen beteiligten Systemen. Hierfür werden leistungsstarke Netzwerke benötigt, die schnell und flexibel aufgebaut und gemanaged werden können. Auch die drahtlose Infrastruktur gewinnt hier immer mehr an Bedeutung. Ein besonderer Kommunikations-Aspekt ist die Digitalisierung von Objekten, die in der Wertschöpfungskette entstehen oder benötigt werden. Die Ausstattung mit RFID-Chips ermöglicht die notwendige Synchronisierung der digitalen Systeme mit den realen Gege-benheiten in den Fabriken. Schließlich ist bei der Integration auch das Thema Sicherheit von größter Bedeutung und muss von Beginn in der Architektur berücksichtigt werden.

Das Buch stellt für diese Aspekte die aktuellen Technologien der industriellen Kommunikation und Identifikation im Kontext der Digitalisierung der Industrie vor, erläutert den Technologie-Einsatz für eine digitale Infrastruktur und zeigt auf, wie Unternehmen bereits heute die Weichen für die künftige Digitalisierung stellen können. Eine aktuelle Fallstudie zeigt am konkreten Beispiel, wie ein Unternehmen den digitalen Wandel treiben kann.

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

  • Industrielle Kommunikation
  • Impressum / Copyright
  • Autorenporträt
  • Vorwort
  • Inhaltsverzeichnis
  • Abkürzungsverzeichnis
  • 1 Die digitale Fabrik: Antwort auf neue Geschäftsmodelle
  • Abbildung 1: Wirkung disruptiver Geschäftsmodelle
  • 1.1 Innovationen in Technologien und Geschäftsmodellen
  • Abbildung 2: Zusammenhang zwischen technologischen und Geschäftsmodell-Innovationen
  • 1.2 Kommunikationstechnologie als Infrastruktur der digitalen Fabrik
  • Abbildung 3: Technologien, Prozesse und Geschäftsstrategien in der digitalen Fabrik
  • Abbildung 4: Künftige Entwicklung der industriellen Kommunikation
  • Abbildung 5: Die digitale Infrastruktur in der Fabrik von morgen
  • 1.3 Zu diesem Buch
  • 2 RFID - Synchron mit der Wirklichkeit
  • Abbildung 6: RFID-Systeme sind das Mittel der Wahl, um passive Objekte in das IIoT zu integrieren
  • 2.1 Systemaufbau und technische Grundlagen
  • Abbildung 7: Typische Konfiguration eines RFID-Systems
  • Abbildung 8: Funkfrequenzen für RFID-Systeme
  • Abbildung 9: HF-Systeme zeichnen sich durch kompakte Bauformen und hohe Störfestigkeit aus
  • 2.2 Systemintegration
  • Abbildung 10: UHF-Smart Label
  • Abbildung 11: Entkopplung von Kommunikationsfluss und Netzwerkstruktur
  • 2.3 Einsatz in der digitalen Fabrik
  • Abbildung 12: Nutzung von UHF-RFID bei der Stoßfänger-Produktion - links die Erfassung vereinzelter Erzeugnisse in der Qualitätskontrolle, rechts die Pulkerfassung am Warenausgang
  • Abbildung 13: Closed-Loop und Open-Loop-Nutzung von Transpondern
  • 3 Industrielle Netzwerke - Datenautobahn in der digitalen Fabrik
  • 3.1 Spezielle Anforderungen im Industrieumfeld
  • Abbildung 14: Die digitale Fabrik erfordert leistungsfähige Netzwerktechnik und gut strukturierte Netzwerke
  • Abbildung 15: Defense-in-depth-Strategie für hohe Anlagen- und Netzwerksicherheit sowie Systemintegrität
  • 3.2 Aufbau und Struktur industrieller Netzwerke
  • Abbildung 16: Strukturiertes Netzwerkkonzept zur Anbindung Ethernet-basierter Automatisierungssysteme an Unternehmensnetzwerke
  • 3.3 Komponenten für industrielle Netzwerke
  • Abbildung 17: Industrial-Ethernet-Switches für alle Aufgaben im industriellen Umfeld
  • Abbildung 18: Modulare Switche erlauben höchste Flexibilität
  • Abbildung 19: Wireless-LAN Access Point in industrieller Umgebung
  • Abbildung 20: Spezielle Geräte für die Netzwerksicherheit ermöglichen skalierbaren Schutz, z. B. bei Remote-Zugriff
  • 3.4 Engineering, Diagnose und Service
  • Abbildung 21: Topologieansicht im Netzwerk-Management-Tool
  • 4 OPC UA: Gemeinsame Sprache im Internet der Dinge
  • 4.1 Ziele und Anforderungen
  • Abbildung 22: Anforderungen an die Kommunikation im Industrie 4.0-Umfeld
  • Abbildung 23: Einsatz von OPC UA in der intelligenten Fabrik
  • 4.2 Aufbau und Bestandteile von OPC UA
  • Abbildung 24: Grundbestandteile von OPC UA
  • Abbildung 25: Erzeugung des semantischen Kontexts
  • Abbildung 26: Modellierung in OPC UA: Aufbau eines Dampfboilers und seine Abbildung im Objektmodell
  • Abbildung 27: Companion Specifications ergänzen die in OPC UA vorhandenen Informationsmodelle um bestimmte Technologie- oder Branchenaspekte
  • Abbildung 28: Security-Architektur von OPC UA
  • 4.3 Erweiterung um Publish/Subscribe
  • Abbildung 29: Publish/Subscribe auf Basis von UDP Unicast/Multicasts
  • Abbildung 30: Nutzung eines Message Brokers bei OPC UA Publish/Subscribe
  • 4.4 Ausblick: Deterministisches OPC UA
  • 5 Cloud Connectivity
  • 5.1 Konnektivität für die Datenkommunikation
  • Abbildung 31: Vor-Ort-Service bei Offshore-Windrädern ist naturgemäß extrem teuer - Data Analytics hilft, ungeplante Einsätze zu verhindern
  • 5.2 Voraussetzungen und Rahmenbedingungen
  • 5.3 Konnektivitätselemente
  • Abbildung 32: Einsatz der MindConnect Nano als IIoT Gateway unter Nutzung des bestehenden Automatisierungsnetzwerkes
  • Abbildung 33: Cloud-Anbindung mit strikter Netzwerktrennung
  • Abbildung 34: Intrinsische Cloud-Konnektivität bei Simatic S7
  • 5.4 Engineering der Cloud-Anbindung
  • Abbildung 35: Datenverwaltung in der Cloud mit dem Fleet Manager
  • 6 Kommunikationsnetze der Zukunft: Multi-Service-Infrastrukturen als Kern der digitalen Fabrik
  • 6.1 Vom Feldbus zur Multi-Service-Infrastruktur
  • Abbildung 36: Überführung der Automatisierungsinseln zu einer Multiservice-Infrastruktur
  • 6.2 Der Data-Center als Blaupause für die digitale Fabrik?
  • Abbildung 37: Service-orientierten Architektur und deren Serviceebenen
  • 6.3 Technologische Bausteine und Konzepte
  • Abbildung 38: Virtuelle und physikalische Ebenen in der Infrastruktur von Data Centern
  • Abbildung 39: Organisationsmodelle für die TSN-Konfiguration
  • 6.4 Drahtlose Netzwerke mit 5G
  • Abbildung 40: Architektur von Profinet mit TSN
  • Abbildung 41: Wireless-Technologien in den industriellen Anwendungen
  • Abbildung 42: Architektur von Software Defined Radio
  • 6.5 Localization as a Service
  • Abbildung 43: Infrastruktur für Localization-as-a-Service
  • 6.6 Multi-Service-Infrastrukturen als Kern der digitalen Fabrik
  • Abbildung 44: Multi-Service-Infrastruktur als Kernelement der Digitalen Fabrik
  • 7 Fallstudie: Mit RFID vom C-Teile-Lieferanten zum innovativen Prozessdienstleister
  • 7.1 Bisheriges Geschäftsmodell der Würth Industrie Service
  • Abbildung 45: Hauptsitz der Würth Industrie Service in Bad Mergentheim
  • 7.2 Kommunikationstechnik als Kern eines neuen Leistungsangebots
  • Abbildung 46: Kleinladungsträger W-KLT 2.0
  • Abbildung 47: Typische Modullösungen der Würth Industrie Service für die Kanban-Abwicklung mittels RFID
  • Abbildung 48: Passiver RFID-Tag auf einem Kanban-Behälter der Würth Industrie Service
  • Abbildung 49: Topologie der Datenströme innerhalb des RFID-Kanbans der Würth Industrie Service
  • Abbildung 50: Prozess der Kanban-Abwicklung mittels RFID der Würth Industrie Service
  • 7.3 Das digitale Geschäftsmodell der Würth Industrie Service
  • Abbildung 51: Digitale Technologien ermöglichen eine umfassende Innovation des Geschäftsmodells der Würth Industrie Service
  • 7.4 Ausblick
  • Abbildung 52: iBin mit integriertem Kameramodul und iBin WP zur autarken Verwendung innerhalb der Produktion
  • Weiterführende Literatur
  • Anmerkungen
  • Abbildungsverzeichnis

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