Wiederverwendbare Bausteine sparen Entwicklungszeit und -kosten – Für eine plattformübergreifende Nutzung müssen aber erst noch Standards geschaffen werden

Maschinensoftware muss modularer werden

Der Anteil der Software an der Entwicklung neuer Maschinen und Anlagen hat sich auf 50 Prozent erhöht. Umso wichtiger ist heute ein effizientes Software-Engineering (Grafik: B&R, Bild: Bosch Rexroth)
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Warum die Software in Maschinenbau und Automation immer mehr an Bedeutung gewinnt und wie Baukästen aus wiederverwendbaren Modulen die Softwareentwicklung auf Trab bringen können, zeigt eine Branchenumfrage der Automationspraxis.

Für 92 Prozent der Maschinenbauer sind Softwarelösungen inzwischen ein wichtiger Wettbewerbsvorteil, zeigt eine Trendstudie von Quest. Für die Hälfte der Maschinenbauer prägen Softwarelösungen sogar ganz überwiegend die Wettbewerbsvorteile ihrer Maschine. Entsprechend wächst die Bedeutung der Software im Entwicklungsprozess.

„In den vergangenen 40 Jahren hat sich der Anteil der Softwareentwicklung an der Entwicklung neuer Maschinen und Anlagen von 5 auf gut 50 Prozent erhöht. Dies lässt sich direkt auf gesteigerte Anforderungen der Endkunden zurückführen. Neben Prozessflexibilisierung rücken hier vor allem Basisfunktionen für die Vernetzung sowie das Bedienen und Beobachten in den Vordergrund“, erklärt Markus Sandhöfner, Geschäftsführer B&R Deutschland.
Dadurch wachsen jedoch auch die Anforderungen an die Maschinensoftware – etwa hinsichtlich der Modularität. „Die Modularisierung der Maschinenkonzepte spielt für unsere Kunden im Maschinenbau eine zunehmend wichtigere Rolle, denn nur so können sie die vielfältigen Anforderungen in ihren Märkten effizient umsetzen und gleichzeitig die Engineering-Kosten im Griff behalten“, berichtet Dr. Thomas Cord, Geschäftsführer bei Lenze Automation.
Gefragt seien standardisierte Funktionseinheiten, die mit möglichst geringer Adaption immer wieder verwendet werden können. In der Mechanik ist das schon gang und gäbe. „Bei der Standardisierung und Wiederverwendung der Software sehen die Maschinenbauer aber heute noch einen Nachhochbedarf“, weiß Cord. Sandhöfner nickt: „Für die Mechanik in den Maschinen ist die Modularisierung weitestgehend realisiert. In der Software muss dies nun konsequent weitergeführt werden.“
Sowohl Lenze als auch B&R gehen hier mit gutem Beispiel voran: „Lenze hat diesen Trend frühzeitig aufgenommen“, betont Cord. „Seit zwei Jahren bietet unsere Application Software Toolbox Fast wiederverwendbare Softwaremodule, beispielsweise für Applikationen wie Wickeln, Querschneiden, Fördern, Vereinzeln, Gruppieren oder Siegeln.“ Aktuell hinzugekommen sind Softwaremodule für die Steuerung verschiedener Roboterkinematiken.
Sandhöfner stößt ins gleiche Horn: „B&R hat mit den Technologie-Bausteinen in Automation Studio die Stoßrichtung schon immer verfolgt und setzt nun mit der Mapp-Technology auch für Basisfunktionen einen weiteren Meilenstein im Bereich modularer Softwareentwicklung.“ Durch die wiederverwendbaren Module könne man die Softwareentwicklungszeit für neue Maschinen und Anlagen um durchschnittlich 67 Prozent reduzieren. „Der Kunde braucht sich nicht mit Basisfunktionen oder Software-Wartung zu beschäftigen. Er kann sich auf seine Kernkompetenzen konzentrieren“, sagt Sandhöfner.
Enorme Zeitersparnis
Cord verspricht, dass sich mit den Softwarebausteinen des Fast-Baukastens 80 Prozent des Software-Engineerings in 20 Prozent der normalen Zeit umsetzen lasse. „Denn unsere Analyse in verschiedenen Segmenten des Maschinenbaus hat gezeigt, dass sich die Software unterschiedlichster Maschinentypen auf eine relativ kleine Menge von Basisapplikationen zurückführen lässt.“
Ihm ist es sehr wichtig, dass der Maschinenbauer auch sein eigenes Knowhow in das modulare Softwarekonzept einbringen kann. „Die Schnittstellen der Fast-Technologiemodule sind in unserem Application Template standardisiert und offengelegt, so dass ein Anwender einfach eigene Module integrieren kann.“
Bosch Rexroth kann ebenfalls auf jahrelange Erfahrung im modularen Software-Engineering verweisen. „Mit den Steuerungssystemen Indramotion MLC und Indramotion MTX bieten wir seit Jahren prozessorientierte Technologiebausteine, um der Wiederverwendbarkeit und Modularisierung der Maschinensoftware Vorschub zu leisten“, betont Norbert Sasse, Leiter Vertriebliches Produktmanagement Motion Logic-Systeme. Zudem steigere das Software-Tool Indraworks die Effizienz der SPS-Programmierung im Maschinenbau.
„Und auch in unserer Engineering-Umgebung Open Core Engineering vereinfachen Function Toolkits die Programmierung“, ergänzt Sasse. Beispiele seien objektorientierte Funktionsbibliotheken für Technologielösungen, Safety, Energiemanagement oder Condition Monitoring. Anwender müssten diese meist nur noch parametrieren. „Als weiteres Beispiel erstellt das Generic Application Template voll automatisiert ein vollständiges, objektorientiertes und modulares Maschinenprogramm. Dieses baut für eine vollständige Offenheit des Programmcodes ausschließlich auf offenen Standards wie IEC61131-3 und PLCopen auf“, so der Rexroth-Mann.
Inwieweit sich diese modularen Software-Bausteine auch plattform-übergreifend nutzen lassen, bleibt abzuwarten. Sasse: „Ideal wäre sicher eine Open Source-Plattform für Automation – aber davon ist die Automatisierungsbranche noch ein ganzes Stück entfernt.“ Immerhin verstünden sich Steuerungen durch die standardisierten SPS-Sprachen der IEC 61131-3 bereits ein stückweit. Zudem seien Motion- und Safety-Bausteine durch die PLCopen standardisiert.
Auch für Sandhöfner sind offene Standards wie IEC 61131 und PLC- open Wegbereiter für eine Übertragbarkeit. „Die PLCopen-Bausteine sind in Form sowie Funktion identisch. Dadurch können sie plattformübergreifend eingesetzt werden und machen sie bereits ähnlich zu Apps.“
Allerdings Sasse schränkt ein: „Softwarebausteine, die darüber hinausgehen und herstellerspezifische Funktionen bereitstellen, sind aufgrund unterschiedlicher Architekturansätze meist inkompatibel.“ Etwas besser sehe es bei Steuerungen aus, die zumindest die gleiche SPS-Plattform wie die neueste Codesys Version 3 verwenden.
Standardisierung notwendig
Auch für Cord ist der Idealzustand noch nicht erreicht: „Herstellerübergreifende Standards gibt es heute noch nicht, denn die Funktionalitäten solcher Technologiemodule gehen weit über die etablierten Standards der PLCopen hinaus.“ Allerdings sei man „sehr an der Definition von herstellerübergreifenden Standards interessiert“, betont Cord. Daher habe man die Schnittstellenspezifikationen offen gelegt. Entscheidend sind für Sandhöfner gemeinsame Schnittstellen zum Datenaustausch. „Sofern diese bis auf die Hardware-Ebene vereinheitlicht werden können, ist die darauf sitzende Software automatisch übergreifend nutzbar.“
Das könnte in der Zukunft sogar in einer Art öffentlichem App-Store münden: „Einen öffentlichen App-Store gibt es zwar heute noch nicht. Wir würden es aber sehr begrüßen, wenn standardisierte Maschinenfunktionen auf dem Weg eines öffentlichen Marktplatzes eine weitere Verbreitung finden würden“, sagt Cord. Herstellerübergreifende Standards seien jedoch die Voraussetzung hierfür.
Während modulare App-artige Bausteine für die Basisfunktionen eine Maschine noch auf dem Weg sind, stehen Apps gerade im Hinblick auf einfache Bedienung und Service bereits stark im Fokus. Mit der Schnittstellentechnologie Open Core Interface ermöglicht es Bosch Rexroth beispielsweise Softwareentwicklern, Hochsprachen-Anwendungen zu programmieren, die dann direkt auf die Kernfunktionen seiner Steuerungen zugreifen. Maschinenbauer können sowohl native Apps als auch webbasierte Apps erstellen, um Maschinenfunktionen direkt auf dem Smartphone oder dem Tablet-PC auszuführen. Sasse: „Das macht die Bedienung von Maschinen effizienter.“
Für Prof. Claus Oetter, stellvertretender Geschäftsführer des Fachverbands Software im VDMA, ist das nur konsequent: „Die Verbreitung von Tablets und Smartphones prägt in zunehmendem Maße auch im industriellen Sektor die Erwartungshaltung der Nutzer in Bezug auf Bedienung und Gestaltung von Anwendungen.“ Neben der Bedienbarkeit sei aber auch der Faktor Mobilität dabei essentiell. So ließen sich neue mobile Gesamtstrategien erschließen. Auch dies verstärke den Trend zur Modularisierung der Systeme. ab
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