Was die virtuelle Fertigungssteuerung aus der Cloud bringt

Im Frühjahr 2025 startete Audi am Standort Heilbronn eine kleine Revolution: Die weltweit erste Karosserie-Fertigung, die auf einer virtuellen speicherprogrammierbaren Steuerung mit Sicherheitsfunktion von Siemens basiert. Die Steuerung befindet sich in einer lokalen Cloud und ermöglicht die flexible datengetriebene Produktion sowie die Überwachung und Steuerung der Fertigung in Echtzeit von jedem beliebigen Ort aus. Audi erhofft sich von der Implementierung der Cloud-Steuerung eine Steigerung der Agilität, Effizienz und Sicherheit in der Produktion. Das Ziel: eine flexiblere, zukunftsfähige Fertigung. 

Cloud-basierte Steuerungen übernehmen die Aufgaben einer klassischen speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), sie laufen aber nicht mehr auf einem Panel PC direkt an einem Arbeitsplatz in der Fertigung, sondern in einem Rechenzentrum. Das befindet sich entweder auf dem Firmengelände oder bei einem externen Dienstleister. Die Monitore direkt an der Fertigungslinie dienen „nur noch“ der Visualisierung der an den dortigen Montageplätzen ablaufenden Arbeitsschritte. Auf ihnen wird keine Steuerungssoftware mehr gehostet.

Software-SPS hat der Cloud-Version den Weg bereitet

Die Verlagerung von Maschinen- und Prozesssteuerungen in die Cloud ist eine logische Weiterentwicklung der Software-SPSen, die sich in den letzten zehn Jahren mehr und mehr etabliert haben. Im Gegensatz zu einer klassischen Hardware-SPS benötigt eine Software-SPS keine spezifische Hardware mehr als Basis, sondern kann auf normalen PCs betrieben werden. Der Anwender kann für die SPS also seine ohnehin vorhandene IT-Infrastruktur nutzen. Das spart Kosten und erhöht die Flexibilität, da sich die Steuerung an sich ändernde Produktionsbedingungen anpassen lässt.

Nachdem sich Software-SPSen immer weiter verbreiteten, war es nur eine Frage der Zeit, bis der nächste Schritt erfolgte: Die Auslagerung der Anlagensteuerung in die Cloud. „Das ist besonders bei komplexen Fertigungsanlagen sinnvoll“, meint Nils Stello, Geschäftsbereichsleiter HMI bei Rose Systemtechnik. Er verantwortet bei Rose die Entwicklung und Fertigung von Panel PC, Industriemonitoren, Steuergehäusen, Handbediengeräten sowie Geräteträgersystemen. 

Bei seinen Kundenbesuchen erfährt Stello aus erster Hand, was die Industrie aktuell beschäftigt. „Wir sind gerade mit einem namhaften Unternehmen im Gespräch, das sich vorstellen kann, in einigen Jahren seine gesamte Fertigung aus der Cloud zu steuern.“ Die Firma hat aktuell Panel PC von Rose im Einsatz, die in einigen Jahren das Ende ihrer Lebensdauer erreichen werden. Nils Stello und seine Kollegen konzipieren deshalb schon jetzt die Nachfolge-Generation der Industrie-PC und definieren dazu die Anforderungen an die Gehäuse der neuen Geräte.

Kompaktere Gehäuseform eröffnet viele Optionen

Da durch den Einsatz einer virtuellen Steuerung auf den Panel PC in der Fertigung keine SPS mehr laufen muss, können die Gehäuse für die künftigen PC des Kunden deutlich flacher als bisher designt werden. „Mit einer cloud-basierten Steuerung müssen die einzelnen PC nicht mehr mit einem so leistungsstarken Prozessor wie heute ausgerüstet werden“, erklärt Nils Stello die Folgen der Virtualisierung. Bisher stieg die Verlustleistung des Mainboards von einer Panel PC-Generation zur nächsten auf zuletzt etwa 45 Watt. „Durch die Verwendung einer cloud-basierten Steuerung bräuchte man statt eines Mainboards nur noch ein Singleboard für den jeweiligen PC an der Fertigungslinie, und das hat eine Verlustleistung von lediglich rund 5 Watt“, so Stello. Das Board würde also kaum Wärme abgeben und damit gäbe es auch keinen Bedarf mehr für einen Rippenkühlkörper, der bisher viel Platz im Gehäuse der Geräte beansprucht. 

„Ich habe durch die Verwendung eines Singleboards ganz andere Gestaltungsmöglichkeiten beim Gehäuse des Panel PC“, erzählt Nils Stello. Der Anwender könnte zum Beispiiel ein Edelstahlgehäuse wählen, was vorher unter Umständen problematisch gewesen wäre, weil Edelstahl sich zusätzlich aufheizt und die Wärme schlecht abzuleiten ist. Der Bauraum im Gehäuse der Panel PC verändert sich durch den Umstieg auf eine Cloud-Steuerung verändert.

Geringere Rechenleistung senkt die Gerätekosten

Eine cloud-basierte Steuerung erweitert also zum einen die Design-Optionen bei Panel PC und ermöglicht zum anderen eine wesentlich kompaktere Konstruktion der Geräte. Diese beanspruchen nicht nur viel weniger Bauraum in der Applikation – sie sind dank der kleineren Platine auch günstiger in der Herstellung. „Ein Singleboard kostet in der Anschaffung etwa ein Fünftel des Preises eines Mainboards“, beschreibt Stello das Einsparpotenzial. Bei komplexen Fertigungsanlagen mit einer Vielzahl von Geräten kommen schnell größere Summen zusammen. 

Das vergleichsweise geringe Gewicht von Panel PC in Anlagen mit cloud-basierter Steuerung wirkt sich auch auf die Auslegung des Geräteträgersystems aus, mit dem die Geräte an die Anwendung angebunden werden. Da die Tragarmsysteme wesentlich kleinere Lasten tragen müssen, können sie auch deutlich kleiner dimensioniert werden. „Wir bauen unser Geräteträger-Portfolio deshalb konsequent mit leichteren Ausführungen aus, die sich besonders für diese Anwendungen eignen.“