Die immer weiter fortschreitende Automatisierung technischer Prozesse wie z.B. in der Fertigungstechnik, bei Transportsystemen, bei Energieverteilungsanlagen oder in Prüfständen und die damit verbundene, für den menschlichen Betrachter nicht mehr direkt erfassbare, Komplexität erfordert Methoden und Hilfsmittel zur Optimierung dieser Prozesse. Eine bewährte Methode, um Komplexität beherrschbar zu machen, besteht darin, das dynamische Prozessverhalten an charakteristischen Stellen zu erfassen, geeignet aufzuzeichnen und dieses dann basierend auf den aufgezeichneten Daten zu analysieren und zu optimieren. Die Datenerfassungsgeräte müssen dafür in der Lage sein, unterschiedliche Prozesswerte und -signale wie Analog- und Digitalsignale, Bussignale, interne Steuerungsdaten, Produktkennwerte, technologische Werte, Kommunikationsdaten und Videobilder zu erfassen, gemeinsam zeitsynchronisiert aufzuzeichnen und langzeitverfügbar abzuspeichern.
Konnektivität für heterogene Systeme
Aufgrund der Heterogenität der verwendeten Automatisierungskomponenten hat es sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen, das Prozessverhalten mit einem unabhängigen externen System zu erfassen und somit eine globale Sicht von außen auf den automatisierten technischen Prozess zu ermöglichen. Es wird daher ein Analysesystem benötigt, das eine breite Konnektivität zu den in den technischen Prozessen verwendeten unterschiedlichen Automatisierungsplattformen besitzt und verschiedene Erfassungsmethoden ermöglicht. Nur mit einem herstellerneutralen System kann das Verhalten komplexer und schneller Prozesse sowie heterogener Automatisierungssysteme, d.h. Systeme, die aus Komponenten mehrerer Hersteller bestehen, zusammenhängend analysiert und optimiert werden. Hierzu wird der Prozess an mehreren Stellen isochron überwacht, um mehrere Prozesskomponenten zueinander in Beziehung zu setzen.
Ziele der Prozessoptimierung
Die Optimierung eines technischen Prozesses und dessen Produkte kann mit ganz unterschiedlichen Zielsetzungen erfolgen. Dabei treten neben Kosten, Qualität und Sicherheitsaspekten auch Umweltgesichtspunkte in den Vordergrund (Bild 3). Der enorme Wettbewerbs-, Zeit- und Kostendruck zwingt Unternehmen, ihre Prozesse hinsichtlich all dieser Kriterien zu perfektionieren. So ist es z.B. nicht möglich, die Qualität eines Produkts isoliert zu verbessern, ohne die durch die Prozessverbesserung verursachten Kosten zu berücksichtigen. Auch ist es selbstverständlich, dass die Sicherheit eines Prozesses für die Prozessbetreiber immer im Vordergrund zu stehen hat. Eine Prozessoptimierung verspricht also nur dann erfolgreich zu sein, wenn alle Kriterien bei der Optimierung berücksichtigt werden.
Komplexität reduzieren
Eine Voraussetzung für die Prozessoptimierung ist es, die technologischen Abläufe im Detail zu verstehen. Nur wenn es gelingt, den Prozess und dessen dynamisches Verhalten mit den Wechselwirkungen zwischen den Prozesskomponenten transparent zu machen, kann dieser auch analysiert und optimiert werden. Da moderne Automatisierungssysteme und die automatisierten Prozesse immer schneller und komplexer werden, sind Hilfsmittel notwendig, um die Komplexität zu reduzieren und diese beherrschbar zu machen. So sind z.B. interne Programmabläufe von außen im Detail nicht beobachtbar, da nur die Auswirkungen nach außen hin sichtbar sind. Außerdem ist es schwierig, vom beobachteten Prozessverhalten auf den Ablauf in der Software zu schließen, da es sich bei Automatisierungssystemen im Allgemeinen um ein sogenanntes \’Verteiltes System\‘ handelt. Es wird demnach mehr als ein Rechner verwendet. Darüber hinaus interagieren mehrere gleichlaufende Software-Programme über verschiedene Kommunikationsmechanismen auf mehreren Steuerungen – also auf mehreren Computern, Rechnern, CPUs und Prozessoren – miteinander und haben zeitliche sowie funktionale Wechselwirkungen. Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass es in automatisierten technischen Prozessen kaum reproduzierbare Abläufe und damit keinen zeitlichen Determinismus gibt, da Task-Laufzeiten in Steuerungen vom Prozesszustand, der aktuellen Produktion, externen Umwelteinflüssen (Drucke, Temperatur, etc.) oder dem aktuellen Anlagenzustand (Verschleiß, Alterung, etc.) abhängen. Dies führt zu einer Komplexität, die für den Menschen ohne Hilfsmittel nicht mehr beherrschbar ist.
