Lesedauer: 8min
NodeJSPS als Framework für die Automatisierung
Smarter Weg zur Industrie 4.0

Jul 13, 2020 | Allgemein

Das NodeJSPS-Framework ermöglicht es, erfahrenen Entwicklern schnell komplexe Steuerungen abzubilden und dabei moderne Softwareentwicklungskonzepte und -werkzeuge sowie die Basis agiler Entwicklungsmethoden zu erlernen. Das Framework kann kostenfrei in Anlagen und Maschinen eingesetzt werden. NodeJSPS bietet damit einen nahtlosen Einstieg in die Welt der smarten Fabrik und stellt erhöhte Code-Qualität in Aussicht.

Die Digitalisierung unserer Industrie schreitet immer weiter voran. Dabei liegt der aktuelle Fokus auf durchgängigen IT-Systemen entlang der gesamten Wertschöpfungskette. In vielen Unternehmen entstehen Systeme, die einen digitalen Workflow von der Bestellung bis in die Produktion abbilden und das insbesondere bei Produkten mit hoher Variantenvielfalt und niedrigen Stückzahlen. Solche Prozesse werden zunehmend durch Digitalisierungspartner aus der IT-Branche umgesetzt. Damit fließen auch immer mehr Technologien aus dem Bereich der klassischen Softwareentwicklung in die Produktionsunternehmen. Webbasierte Applikationen, die auf Micro-Service-Architekturen in Cloud-Systemen wie Azure und AWS betrieben werden, lösen die klassischen Host-basierten Applikationen ab.

Auswirkungen auf dem Shopfloor

Gegenüberstellung eines Ablaufs in S7-Graph und NodeJSPS
Gegenüberstellung eines Ablaufs in S7-Graph und NodeJSPS Bild: Adesso SE

Die ganzheitliche Digitalisierung der Unternehmens-IT führt zu einer Veränderung der Anforderung an die Produktions-IT, die sich bis auf den Shopfloor auswirkt. Maschinen müssen zunehmend als direkte Datenquellen in die Unternehmens-IT eingebunden werden. Auch die Rezepte und Steuerprogramme für das Produktionsequipment müssen immer häufiger dynamisch angepasst werden. Eine Entwicklung, die direkten Einfluss auf die Arbeitswelt der Ingenieure und Betreiber von Maschinen und Steuerungen hat. Der Ingenieur entwickelt sich vom Automatisierungsingenieur zum ganzheitlichen Ingenieur im Sinne von Industrie 4.0. Die Folge davon ist, dass Produktionsunternehmen Wissen über moderne Softwareentwicklung aufbauen müssen, um mit dem aktuellen Wandel und den sich ändernden Anforderungen Schritt zu halten. Hierfür gibt es drei nachhaltige Wege. Es können Digitalisierungspartnerschaften aufgebaut, Entwickler mit Erfahrung im Umgang mit den einschlägigen Technologien eingestellt oder bestehendes Personal ausgebildet werden. Alle Ansätze bieten Vor- und Nachteile. So bringen neue und junge Entwickler zwar frisches Wissen, aber es fehlt ihnen an Erfahrung im Umgang mit Maschinen und den Prozessen im Unternehmen. Im Gegenzug bieten erfahrenen Mitarbeiter dieses Wissen, diese sind jedoch zumeist sehr stark in die Projekte des Unternehmens eingebunden, so dass Weiterbildungsmaßnahmen sehr effizient sein müssen. Die klassischen Lehrangebote für moderne Technologien richten sich jedoch zumeist an Enterprise-Softwareentwickler und haben nicht den Fokus auf den Bedarf der Anlagenautomatisierer.

Heranführung an neue Technologien

Es ist sehr wichtig, bestehendes Wissen zu fördern und zu halten. Ziel sollte daher sein, erfahrene Steuerungsentwickler schrittweise an moderne Technologien heranzuführen und sie dabei produktiv zu halten. Ein Weiterbildungsangebot muss nah an den Aufgaben des Steuerungsentwicklers liegen, damit sich die Schulung voll auf die Vermittlung der neuen Technologien entlang bekannter Anwendungen richten kann. Die Auswahl der Technologien muss so gestaltet sein, dass sie zukunftsweisend ist und zur Arbeitsrealität der Steuerungsentwickler passt und zukünftigen Industrie-4.0-Szenarien gewachsen ist. Sie zeichnen sich vor allem durch nahtlose Integrierbarkeit in größere IT-Umgebungen aus. Heutige Kommunikationsstandards in verteilten Systemen setzen auf REST-Schnittstellen, Publisher/Subscribe-Architekturen, z.B. MQTT-Broker, und asynchrone Kommunikation über WebSockets. Die übermittelten Daten sind in der Regel Dokumente im JSON- oder BSON-Format (Binary jSON), die sich auch leicht in dokumenten-orientierten NoSQL-Datenbanken, wie einer MongoDB, persistieren lassen. Micro-Service Architekturen bieten eine gute Wartbarkeit und Skalierbarkeit. Hierbei übernehmen kleine leichtgewichtige Services einzelne Aufgaben. Die Micro-Services kommunizieren untereinander über die oben beschriebenen Technologien. In der Regel betreibt man Micro-Services in Docker-Containern, die ein schnelles Hoch- und Runterfahren der Services bei steigenden Lasten und beim Ablösen von Versionen ermöglichen. Die Verwaltung des Quellcodes findet in Code-Verwaltungssystemen wie Gitlab statt. In diesen Systemen werden die Services automatisch beim Ablegen von neuem Code gebaut, getestet und als Docker-Images bereitgestellt. Neue Versionen können dann zügig per Knopfdruck in dem Test- oder Produktivsystem gestartet werden. Ein Zurücksetzen des Systems in den vorherigen Zustand ist umgehend möglich. Diese Architekturen laufen auf Zellenrechnern, in sehr sicheren und redundanten Rechenzentren oder in der Cloud.

Framework für Steuerungsentwickler

Ein Framework, welches alle diese Technologien nutzt und dabei einfach und überschaubar ist, ist NodeJSPS. Es ist ein Framework, das sich an Steuerungsentwickler und Automatisierungsingenieure richtet. Es bietet eine einfache Code Syntax zur Entwicklung von Ablaufplänen, die sich an die Syntax von Siemens-S7-Graph hält. Es wurde entwickelt, um einen leichten Einstieg in neue Technologien zu ermöglichen. NodeJSPS basiert auf NodeJS, einer Plattform für die Entwicklung von JavaScript (JS) basierten Backend-Systemen. JS gilt als einfach zu erlernende Skriptsprache. Der Code ist im Betrieb an der Maschine anpassbar und sofort ausführbar. Der Programmablauf in NodeJS ist ähnlich zum Ablauf einer SPS, garantiert jedoch keine Einhaltung von Echtzeit. Echtzeit und Sicherheit bleiben stets die Hoheit der SPS. NodeJS ist ausgesprochen stark in asynchroner Verarbeitung von Anfragen und Abläufen. Es bietet viele Möglichkeiten zur Einbindung unterschiedlicher Datenbanken. Das Bereitstellen von REST- und WebSocket-Schnittstellen ist unkompliziert und verlangt nur wenige Zeilen Code. Für die Entwicklung sind keine besondere Hardware und auch keine Lizenzen notwendig. Das macht NodeJSPS zum geeigneten Framework für den Einstieg in Industrie-4.0-Anwendungen auf dem Shopfloor.

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Autor: Marc Szymanski, Adesso SE
Firma: Adesso SE
www.adesso.de

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