OT Data Layer – Wie die richtige Integration Mehrwert schafft

Hinter dem Begriff «OT DATA» verbirgt sich mittlerweile mehr als nur Langzeitarchivierungssysteme. Als Fundament für Datenaustausch und -analysen ist der OT Data Layer in integrierten Umgebungen heute der zentrale Dreh- und Angelpunkt der horizontalen und vertikalen Datenkommunikation. Doch welche Mehrwerte, Chancen und Risiken bringt die Einführung eines OT DATA Layers in globalen Umgebungen mit sich?

Ursprünglich ging es im Bereich OT DATA darum, die gesetzlichen Aufbewahrungsfristen für alle anfallenden Produktionsdaten zu erfüllen. Dies geschah zunächst auf den einzelnen standalone Geräten. Im Zuge der Vernetzung im Automationsumfeld führte der Weg zu Historian Systemen, die zentral alle Daten «sammelten», um sie im Langzeitarchiv zu speichern.

Vom Datengrab zur Datendrehscheibe

Nachdem mittlerweile viele Firmen ein Langzeitarchivierungssystem (DATA Historian) implementiert haben und nahezu alle Daten gesammelt werden, geht der Weg weg vom «Datengrab» hin zur «Datendrehscheibe». Ziel ist es, «das Gold an Informationen» also den Mehrwert der Daten zu nutzen, um Erkenntnisse daraus zu gewinnen.

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In modernen OT Umgebungen wurde aus dem Langzeitarchivierungssystem ein sogenannter OT Data Layer, in dem sich meist noch viele weitere Teilsysteme befinden. Neben dem DATA Historian sind ein MES (Manufacturing Execution System) und/oder ein LIMS (Labor-Informations- und Management-System) in vielen Umgebungen ein fester Bestandteil. Zudem dient der OT Data Layer als Schnittstelle zu übergeordneten Enterprise Resource Planning (ERP) Systemen wie SAP.

Je nach Umgebung befindet sich der OT Data Layer direkt in einem Produktionsgebäude an einem Standort, global über mehrere Standorte verteilt oder mittlerweile auch in privaten oder öffentlichen Cloud-Umgebungen.

Zu den gängigen Komponenten im OT Data Layer gehören auch Reporting, Visualisierung und Dashboarding-Systeme. Dadurch können Daten und Informationen aus verschiedenen Systemen konsolidiert, auf Info-Displays oder Dashboards visualisiert oder in Reports dargestellt werden.

Ein weiterer Punkt, der immer mehr zum Tragen kommt, ist, dass z. B. Maintenance-Daten (unkritisch) direkt über das OT Data Layer mit verschiedenen Stakeholdern / Lieferanten über die Unternehmensgrenzen hinaus ausgetauscht werden. Durch eine cloudbasierte Datenhaltung können relevante Daten für Dritte aber sicher und kontrolliert bereitgestellt werden.

Vertikale Integration

Bei vielen Kunden sind wir direkt involviert, wenn bestehende oder neue Produktionslinien in die bestehende Infrastruktur «vertikal» integriert werden. Damit ist der vertikale Datenfluss über die verschiedenen Netzwerk-Layer gemeint. Ein typisches Szenario sieht dabei wie folgt aus:

SAP schickt Auftragsdaten an das MES
MES schickt die Auftragsdaten direkt oder via PI System oder direkt via OPC an die Steuerung
Die Steuerung an der Produktionslinie bestätigt den Empfang der Daten
Nach Abschluss des Produktionsauftrags meldet die Steuerung das Ende und alle relevanten Alarme und Abweichungen an das MES zurück
Im MES erfolgt die Batchfreigabe via «Review by Exception»

Dies ermöglicht einen konsistenten und aus Datenintegrationssicht nicht manipulierbaren Datenaustausch zwischen den einzelnen Systemen. Ebenso können alle relevanten Daten auch gleichzeitig in Dashboards visualisiert und später in Reports angezeigt werden.

Architektur und Sicherheit

In den vergangenen Jahren haben wir als CTE in vielen Projekten ein OT DATA Layer in bestehende Kundenumgebungen integriert oder bei neu entstehenden Architekturen mitentwickelt und eingeführt.

Der wichtigste Punkt ist, vor Beginn die Anforderungen detailliert zu definieren und daraus ein klares Konzept für die Umsetzung zu erstellen. Ebenso sind die Vorgaben der jeweiligen Corporate IT zu beachten und deren Security Konzepte bei der Planung zu berücksichtigen.

Gerade bei OT Data Cloud Lösungen ist das Thema IT/OT-Security ein Risikofaktor, der entsprechend berücksichtigt werden muss. Dafür ist in einem sogenannten Datenfluss-Konzept genau definiert, wie der Datenfluss von der Datenquelle über die verschiedenen Netzwerk Layer bis hin zu den übergeordneten Systemen zu erfolgen hat.

Ein wichtiger Bestandteil davon ist, dass Daten vorzugsweise von untergeordneten Systemen in übergeordnete Systeme «gepushed» werden und nicht von übergeordneten Systemen ein Verbindungsaufbau in untergeordnete Systeme stattfindet. Dadurch müssen die Firewalls nicht für den eingehenden Netzwerkverkehr geöffnet werden und bieten somit die höchstmögliche Sicherheit.

Vorteile und Mehrwert

Nicht alle Kunden bzw. Nutzer haben die gleichen Erwartungen an Daten im OT Data Layer. Je nach Nutzungskreis und Anwendungsfall gibt es unterschiedliche Anforderungen an Darstellung und Aktualität der Daten.

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Ein Prozessmitarbeiter in der Produktion benötigt meistens Echtzeitdaten in Form eines Visualisierungsdisplays (z. B. AVEVA PI Vision) für genau die Anlage, an der er gerade arbeitet. Die Mitarbeitenden aus der Forschungsabteilung interessieren sich dagegen für die Daten der entsprechenden Herstellungsprozesse, um aus den daraus gewonnenen Erkenntnissen die Produktionsprozesse optimieren zu können. Der Werksleiter wiederum will in den meisten Fällen die wichtigsten übergeordneten Kennzahlen (KPIs) für sein gesamtes Werk auf einem oder mehreren Dashboards sehen.

In grossen Konzernen gibt es immer häufiger globale OT Data Layer, die wichtige Produktionsdaten von allen Standorten weltweit konsolidieren, um sie zu vergleichen und werksübergreifend Erkenntnisse gewinnen zu können.

Somit ist es für den entsprechenden Benutzerkreis möglich, die Produktionsprozesse und die Effizienz der Standorte weltweit zu vergleichen. Dabei kommen erweiterte Analytics Systeme wie Statsoft, Seeq oder Trendminer zum Einsatz, die automatisiert mit künstlicher Intelligenz Muster erkennen und Erkenntnisse aus den aufgezeichneten Daten gewinnen. Diese wiederum fliessen bei Kostenoptimierungen und Fehlerreduzierungen ein, sodass z. B. die Produktionsprozesse stetig optimiert werden können.

«Das wahre Gold» als Ziel

Der OT Data Layer wird in Zukunft noch mehr an Bedeutung gewinnen, um im Zuge der fortschreitenden Digitalisierung eine sichere und moderne Dateninfrastruktur zu gewährleisten.

Dabei gibt es nie die eine richtige Lösung. Entscheidend ist, dass die Dateninfrastruktur so konzipiert ist, dass sie den jeweiligen Anforderungen dient und jederzeit für eine sichere Datenhaltung und Datenkommunikation sorgt.

Ebenso ist es nicht notwendig, schon am Anfang alle Eventualitäten zu bedenken. Der OT Data Layer wächst mit den Anforderungen und kann jederzeit ergänzt und erweitert werden.

Der grösste Mehrwert entsteht dann, wenn aus Daten, die «nur» gesammelt werden, Informationen werden, die es dem Unternehmen ermöglichen, Erkenntnisse aus den Daten (das wahre Gold) zu gewinnen.