Netzwerktechnik für die Industrie 4.0 Vier Vorteile von TSN für Unternehmen

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Time-Sensitive Networking (TSN) ist eine innovative Technologie, die Unternehmen die Implementierung von zukunftssicheren Industrie-4.0-Applikationen erleichtert, indem sie bestehende industrielle Ethernet-Standards erheblich verbessert. Zu den Verbesserungen zählen insbesondere ein Determinismus und die Netzwerkkonvergenz.

Der Automatisierungsmarkt lässt sich als eine Zweckgemeinschaft von Endanwendern betrachten, die ihre Projekte beim Maschinenbauer spezifizieren, der dann seinerseits nach Komponentenanbietern sucht, die ihm Produkte und Lösungen für den Kundenforderungskatalog liefern können. TSN kann dabei allen Marktteilnehmern Vorteile bieten.

Zur Erinnerung – was ist TSN?

TSN ist eine Technologie, die auf Layer 2 (Data Link Layer) des OSI-Referenzmodells angesiedelt ist, um die Fähigkeiten gegenwärtiger Ethernet-Netzwerke zu erweitern. Konkret wird diese Innovation durch die IEEE-802.1-Ethernet-Substandards beschrieben. Dabei geht es um die Erreichung von Determinismus und Konvergenz von mehreren Datenflüssen in einem Netzwerk. Zwei besonders wichtige TSN-Substandards im Hinblick auf diese Fähigkeiten sind IEEE 802.1 AS und IEEE 802.1 Qbv.

IEEE 802.1 AS sorgt dafür, dass alle Komponenten in einem Netzwerk synchronisiert sind – eine Voraussetzung für Determinismus. Wenn im Netzwerk eine gemeinsame Referenzzeit gilt, definiert IEEE 802.1 Qbv die «Time Aware Shapers». Diese legen bestimmte Zeitfenster («Slots») fest, die den verschiedenen Arten von Daten im Netzwerk, abhängig von der Art der transportierten Informationen, zugewiesen werden. So können verschiedene Arten von Datenflüssen auf vorhersehbare Weise durch ein Netzwerk transportiert werden, und somit wird eine deterministische Kommunikation möglich. Letztlich unterstützt diese Methode die Konvergenz mehrerer Datenverkehrsarten und damit die Möglichkeit, die Bereiche Operational Technology (OT) und Informationstechnik (IT) zusammenzuführen. Was bedeutet dies für Endanwender, Maschinenbauer und Automatisierungsanbieter?

Einfachere Netzwerk-/Maschinen-architekturen

Endanwender können die Anzahl der für ihren Betrieb erforderlichen Netzwerke reduzieren, indem sie verschiedene Datenströme in einem Netzwerk zusammenführen unddennoch Determinismus gewährleisten. Durch diese Möglichkeit können Maschinenbauer Kosten einsparen und an ihre Kunden weitergeben, weil weniger Hardware und Engineering-Aufwand für die Entwicklung, Konfiguration und Installation von Netzwerksystemen benötigt wird. Zudem wird die Realisierungsdauer von Automationsvorhaben verkürzt.

Grössere Prozesstransparenz und besseres Management

Die durch TSN unterstützte Konvergenz erleichtert den Datenaustausch zwischen den verschiedenen Unternehmensebenen und bringt dem Endanwender mehr Prozesstransparenz. Transparenz bedeutet, mehr Daten aus industriellen Prozessen zu erfassen und analysieren zu können, um so zu aussagekräftigeren Informationen zu gelangen, und trägt zu einem besseren Verständnis der Betriebsabläufe der Fertigung bei. Diese Erkenntnisse können dann zur Leistungssteigerung, zum Produktivitätsgewinn, zur Effizienzsteigerung und zur Qualitätsverbesserung genutzt werden.

Höhere Produktivität

Indem TSN den Aufbau von Einzelnetzwerken unterstützt, die alle Arten von Datenverkehr übertragen, lassen sich Fehler und potenzielle Probleme leichter lokalisieren und beheben. Daher können Ausfallzeiten aufgrund von Wartungs- oder Reparaturarbeiten reduziert und die Gesamtverfügbarkeit erhöht werden. So wird das gesamte Fertigungssystem beim Endanwender produktiver.

Bessere Integration von OT- und IT-Systemen

Durch die Konvergenz verschiedenster Arten von Daten ermöglicht TSN eine wichtige Zusammenführung von OT und IT. Diese Konvergenz ist eine notwendige Eigenschaft für die datengesteuerte, smarte Fertigung. Die gemeinsame Nutzung und Auswertung aussagekräftiger Informationen fördert Innovation und Zusammenarbeit im gesamten Unternehmen. So können Geräteanbieter mit der Einbettung von TSN-Funktionen in ihren Produkten Lösungen mit verbesserter Interoperabilität anbieten und Gerätedaten über Cloud-Konnektivität unternehmensweit sichtbar machen.

Über den Autor

John Browett ist General Manager der CLPA Europe.

Dieser Beitrag stammt von unserem Schwesterportal Aktuelle Technik.

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