Industrie 4.0 für jede Maschine

Die Maschinen der HF Mixing Group sind vor allem bei Reifenherstellern, aber auch bei andern Unternehmen, die technische Gummiwaren herstellen, sehr erfolgreich im Einsatz. Die HF Mixing Group gehört zu den Hidden Champions und hat in der ganzen Welt Kunden, die Kautschuke zu Gummimischung verarbeiten.

IT-definierte Maschinen

„Die Produktion unserer Kunden läuft im typischen Fall rund um die Uhr“

erklärt Daniel Büdenbender, Softwareentwickler bei der HF Mixing Group.

„Daraus ergeben sich hohe Anforderungen an die Maschinen und an die Software in den Maschinen.“

Inzwischen machen Software, IT und Automatisierungstechnik einen wesentlichen Anteil an den Herstellungskosten einer Maschine aus. So gehört bei der HF Mixing Group neben der Steuerungssoftware auch eine Datenbank zu den Maschinen.

Die Software umfasst die Fertigungssteuerung und das Verwiegen der benötigten Rohstoffe. Damit steckt in den Daten auch ein gerüttelt Maß an Intellectual Property. Für die Steuerung kompletter Mischsäle mit allen Aggregaten, wie HF sie in Freudenberg baut, werden die Rezepturen, die Daten für die Fertigungssteuerung sowie die Maschinen- und Betriebsdaten in einer Datenbank gespeichert.

Weil die Maschinen bei den HF-Kunden meist rund um die Uhr laufen, ergeben sich auch für die integrierte Informationstechnologie höchste Anforderungen.

Büdenbender:

„Wir haben Kunden, bei denen die Maschinen 24 x 7 laufen und einen Lebenszyklus von bis zu 20 Jahren haben. Das schafft keine IT, aber die Datenbankserver müssen trotzdem hochverfügbar sein. Ein Teufelskreis.“

Als Maschinenbauunternehmen suchte die HF Mixing Group eine einfach zu implementierende Lösung, mit der die Hochverfügbarkeit der Datenbanken verbessert wird. Diese sollte durch die Kunden einfach zu bedienen sein.

„Unser Ziel war es, eine Lösung zu finden, deren Anleitung für die Benutzer auf ein A4-Blatt passt“

erläutert Büdenbender weiter.

Fündig wurde man mit Unterstützung eines Beratungsunternehmens beim SAP-Partner Libelle in Stuttgart mit der Softwarelösung DBShadow.

24 x 7 erfordert hochverfügbare IT

Die Anforderungen an die Hochverfügbarkeitslösung klingen einfach, sind aber in der Summe komplex. Einfach und leicht bedienbar ist nur ein Teil der Anforderungen. Gleichzeitig sollte die Lösung so kostengünstig sein, dass diese bei Auslieferung die Maschinen nicht unrentabel macht.

Dazu gehört auch, dass für die Nutzung der Lösung kein zusätzliches Personal, wie zum Beispiel ein Datenbankadministrator, benötigt wird. Betriebsleiter und Produktionsleiter sind heute sicherlich sehr IT-affin, trotzdem kann es erforderlich werden, dass auch ein Werker Hand anlegen muss.

Zeitversetzte Spiegelung

Die Libelle-Lösung DBShadow ist eine einfach bedienbare Lösung für die zeitversetzte Datenbankspiegelung. Das Funktionsprinzip ist patentiert: Nach einer Ini­tial-Copy werden alle Veränderungen an der Produktiv-Instanz der Datenbank in einem Zwischenspeicher, Trichter genannt, gespeichert.

Erst nach einem definierten Zeitabstand oder im Falle einer Störung werden diese Änderungen vom Trichter auf das Spiegelsystem übertragen. Das heißt, das Spiegelsystem läuft dem Produktivsystem um den eingestellten Zeitversatz hinterher, alle übertragenen Produktivveränderungen liegen aber bereits physikalisch im Zeittrichter auf der Spiegelseite.

Daraus entstehen zwei wesentliche Effekte: Im Falle eines irrtümlichen Datenverlusts kann praktisch die Uhr zurückgedreht werden, da noch nicht alle Änderungen aus dem Trichter auf dem Spiegelsystem ausgeführt worden sind.

Der zweite wesentliche Vorteil ist, dass im Falle einer Störung sehr schnell auf das Spiegelsystem umgeschaltet werden kann. Das Spiegelsystem wird so sehr schnell zum Produktivsystem umgestellt, sodass im Falle eines Ausfalls die Produktion nicht unterbrochen wird.

Hochverfügbarkeit

Vor allem im produzierenden Gewerbe können Feuer oder Wasser sowie Schmutz oder austretende Betriebsstoffe die Informationstechnik stören. Fällt die IT aus, steht auch die Maschine. Deshalb soll die IT allein keinen Single-Point-of-Failure für die Produktion bieten.

Gerade in der rohstoffverarbeitenden Industrie ist es oft nicht der eigentliche Stillstand der Anlagen, der zu hohen Kosten führt, sondern die Reinigung der Anlage beim Wiederanlaufen und die Einregulierung von Rohware und Produkt.

Die Hochverfügbarkeit der Mischanlagen mit einer Hochverfügbarkeitslösung für die IT zu kombinieren verschafft der HF Mixing Group einen wichtigen Wettbewerbsvorteil. Im Störungsfall schalten die Betriebsleiter oder Produktionsleiter auf den Datenbankspiegel um.

Eine lokale Datenhaltung an jeder einzelnen Maschine wäre allerdings unwirtschaftlich, weshalb die verwendeten Datenbankserver eine zentrale Datenbankinstanz für jeden Standort darstellen.

Snapshot duplizieren

Viele Lösungen für Datenhochverfügbarkeit zielen auf technische Ausfälle. Deshalb werden Daten einfach per Snapshot dupliziert. Datenbanken können jedoch auch durch Controller-Fehler mit falschen Daten befüllt werden, was für eine bestimmte Zeit noch nicht einmal auffallen muss. So entstandene falsche Daten haben sich dementsprechend in Windeseile über Snapshots und Raid-Laufwerke verteilt.

In Produktionsumgebungen besteht außerdem ein Risiko, dass Fehler in der Datenbank nicht sofort bemerkt werden können, wenn Maschinen – und ebenso die Server, die diese Maschinen betreuen – in weitgehend selbstständig laufende Prozesse eingebunden sind.

Fehler auf den Datenbankservern müssen dann durch eine automatische Benachrichtigung nicht nur an den zuständigen Mitarbeiter gemeldet werden. Sie müssen auch in der Lage sein, aus der Ferne den Datenbankserver zu warten. Die Libelle-Lösung konnte hier ebenfalls punkten.

Erfolg bestätigt Konzept

Mehrere Dutzend Lizenzen von DBShadow sind in den Mischanlagen bei den Kunden der HF Mixing Group implementiert.

„Wir sind in diesen Fällen eher eine Kontrollin­stanz“

so Büdenbender.

„Zum Beispiel prüfen wir auf Kundenwunsch die Reparatur der Datenbank und führen dann als Service die Umschaltung zurück auf das Produktivsystem durch.“

Die Serviceabteilung erhält Meldungen, wie oft DBShadow greift und den Produktivbetrieb bei einem Kunden auf den Spiegel umschaltet.

Etwa zehnmal pro Jahr, so schätzen die Maschinenbauer, kommt DBShadow bei den Anwendern zum Einsatz und verhindert kostspielige Produktionsausfälle – vor allem bei der Just-in-time-Fertigung bewährt sich in der Produktion die Hochverfügbarkeit der Datenbankserver.

Künftig will die HF Mixing Group auch in diesem Aspekt noch flexibler sein. Neben den Lösungen von Oracle sollen auch weitere Datenbanken angeboten werden, um den Kundenwünschen noch besser zu entsprechen und die Maschinen noch flexibler einsetzen zu können.