Industrie 4.0, IIoT und die Automatisierungspyramide

Kompetenzziel Nr. 17 der Ausbildung verlangt, dass der Lehrling die Entwicklung in der industriellen Automatisierungstechnik anhand der verschiedenen Ebenen der Automatisierungspyramide erläutern kann sowie darlegen kann, wie Industrie-4.0-Lösungen — darunter Cloud, Big Data, künstliche Intelligenz und digitale Zwillinge — die Arbeitsaufgaben des Automatikertechnikers beeinflussen. Es reicht nicht mehr, eine Anlage für sich zu verstehen; man muss verstehen, wie sie mit dem Rest des Unternehmens kommuniziert.

Die Automatisierungspyramide ist eine Art zu beschreiben, wie Steuerung und Daten traditionell in Ebenen organisiert sind, vom Hallenboden hinauf bis zur Leitung. Ganz unten findet man die Feld- und Steuerungsebene: Sensoren, Aktoren und SPS, die den physischen Prozess in Echtzeit steuern. Darüber liegt die SCADA-Ebene, die mehrere SPS gemeinsam überwacht und bedient. Über SCADA liegt MES (Manufacturing Execution System), das die eigentliche Produktion steuert — Aufträge, Materialverbrauch, Qualität. Ganz oben liegt die ERP-Ebene, das übergeordnete System des Unternehmens für Wirtschaft, Einkauf und Planung.

Das industrielle IoT (IIoT) fordert das strenge Schicht-für-Schicht-Denken heraus. Statt dass Daten durch jede Ebene nach oben wandern müssen, können Sensordaten heute direkt an Cloud-Dienste oder Analysewerkzeuge gesendet werden, während die SPS weiterhin den physischen Prozess steuert. Das gibt schnelleren Zugang zu Daten quer durch die Organisation, stellt aber auch neue Anforderungen an den Automatisierungstechniker: Netzwerke, Datenerfassung und die Kommunikation zwischen industriellen Systemen werden Teil der täglichen Arbeit — etwas, das Kompetenzziel Nr. 16 mit der Forderung nach Installation und Fehlersuche in industriellen Netzwerken direkt anspricht.

Große Mengen Betriebsdaten von Sensoren lassen sich für mehr als bloße Überwachung nutzen — sie können auf Muster hin analysiert werden, die vorhersagen, wann ein Bauteil wahrscheinlich ausfällt (zustandsorientierte Instandhaltung), oder um Engpässe in einer Produktion zu finden. Der Fachausschuss für die Ausbildung hat denn auch darauf hingewiesen, dass künstliche Intelligenz voraussichtlich in zunehmendem Maße in der automatisierungstechnischen Arbeit eingesetzt wird und dass kommende Auszubildende die Technologie daher schon während der Ausbildung kennenlernen sollen.

Je stärker eine Anlage mit Netzwerk und Cloud verbunden ist, desto größer ist auch das Risiko, dass sie von außen angegriffen oder manipuliert werden kann. Kompetenzziel Nr. 18 verlangt daher, dass der Auszubildende auf Grundlage des Systemverständnisses für die Automationstechnik die notwendigen Vorkehrungen zur IT-Sicherheit in Bezug auf die eigenen Arbeitsaufgaben treffen kann. In der Praxis bedeutet das Dinge wie: Zugangscodes und Netzwerksegmentierung zu kennen, ungesicherte Geräte nicht direkt ans Internet zu koppeln und zu verstehen, dass eine Produktionsanlage, deren Betrieb durch einen Cyberangriff gestört wird, genauso schwerwiegend sein kann wie ein mechanischer Fehler.

• 01Die Automatisierungspyramide: SPS/Feld → SCADA → MES → ERP
• 02IIoT sendet Daten direkt an die Analyse und in die Cloud, unabhängig von den klassischen Schichten
• 03Digitaler Zwilling: aktualisiertes digitales Modell der physischen Anlage
• 04KI und Big Data werden unter anderem für die zustandsbasierte Instandhaltung genutzt
• 05IT-Sicherheit auf Anlagenebene (OT) wird ein Teil der täglichen Aufgabe