1 Vorwort
Der CODESYS Application Composer ist ein Add-on für das CODESYS Development System zur effizienten Erstellung von objektorientierten Applikationen. Mittels Konfiguration schnittstellenbasierter Module können integrierte Generatoren für Applikationscode, Visualisierung, E/A-Konfiguration und Geräte vollständige SPS-Programme erzeugen. Die erfolgreiche Einführung dieses Werkzeugs in der Eickhoff Gruppe soll im Folgenden beschrieben werden.
2 Die Eickhoff Gruppe
Die Eickhoff Gruppe ist ein 1864 in Bochum gegründetes Familienunternehmen. Stets am Puls der Zeit, entwickelte sich aus der einstigen Eisengießerei eine Hightech-Unternehmensgruppe, welche global für ihre hochwertigen und langlebigen Produkte bekannt ist. Die Eickhoff Gruppe besteht aus mehreren operativen Gesellschaften unter dem Dach einer familiengeführten Holding, der Gebr. Eickhoff Maschinenfabrik u. Eisengießerei GmbH.
Die Eickhoff Bergbautechnik produziert Walzenlader und Continuous Miner für den untertägigen Kohleabbau, die Schalker Eisenhütte Lokomotiven für den Erz- und Kohlebergbau, sowie Hybridlokomotiven für U-Bahnen. Einen weiteren Markt hat sich die Eickhoff Antriebstechnik mit Getrieben für Windkraftanlagen erschlossen. Für alle Bereiche der Gruppe entwickeln die Eickhoff Gießerei und die Eickhoff Maschinenfabrik Werkstoffe und Verfahren, die den stetig steigenden Anforderungen an zeitgemäße Eisenwerkstoffe gerecht werden.
Der CODESYS Application Composer soll dabei langfristig in allen Unternehmensgruppen als Softwarelösung zur objektorientierten Applikationserstellung für alle Maschinen eingesetzt werden. Als erstes Projekt wurde dabei die Projektierung von Walzenladern ausgewählt.
3 Das Problem
Die Produktion von Walzenladern stellt sich als klassischer Sondermaschinenbau dar. Aus einem Baukasten-system lässt sich für jede geologische Anforderung das passende Produkt zusammenstellen. Dachte man bei der Hardwarekonfiguration schon früh in kombinierbaren und austauschbaren Modulen, bestand die Softwareapplikation eines Walzenladers meist aus einem bereits bestehenden Projekt, das auf die Anforderungen jedes Kunden angepasst wurde. Die Nachteile dieser Vorgehensweise waren bis hin zur Geschäftsführung schon lange bekannt: Die Inbetriebnahme neuer oder die Nachpflege und Fehlerkorrektur laufender Maschinen dauerte teilweise Wochen. Für Weiterentwicklung und Innovationen gab es dadurch so gut wie keine Zeit. In einer sich immer mehr digitalisierenden Welt wird Stillstand bei der Softwareentwicklung sowohl extern, als auch intern irgendwann zu einem echten Problem. Denn den stetig wachsenden Softwareanforderungen durch Kunden konnten die üblicherweise innovationsfreudigen Softwareentwickler nicht mehr gerecht werden, da sie überwiegend mit Routinearbeiten sowie Fehlerbehebungen beschäftigt waren.
Daher entschied man sich für einen dreistufigen Plan, bestehend aus Analyse, Prototyp und letztlich einer Entscheidung, dieses Problem anzugehen und eine firmenweite Lösung zu erarbeiten. Der CODESYS Application Composer war zu diesem Zeitpunkt ein Begriff, den man wohl kannte, dessen Funktionsweise und Möglichkeiten aber nicht ganz klar waren.
4 Die Entscheidung
Ein fünfköpfiges Projektteam hatte die Aufgabe, in einer zweimonatigen Analysephase die derzeitige Vorgehensweise zu untersuchen und erste Ansätze für die Anwendbarkeit des CODESYS Application Composers zu erarbeiten. Gemeinsam mit der 3S-Smart Software Solutions GmbH wurde in mehreren Schulungen und Workshops ein Konzept erstellt, das die Geschäftsführung überzeugte, ein sechsmonatiges Vorprojekt zur Entwicklung eines Prototyps zu genehmigen.
Dieser Prototyp sollte die technische Machbarkeit zeigen und allen Beteiligten von den Softwareentwicklern bis hin zur Geschäftsführung überzeugende Argumente zum Einsatz des CODESYS Application Composers liefern. Nach Projektleiter Dr. Thomas Bartnitzki war die Erfüllung dieser Faktoren entscheidend für die Akzeptanz des Projekts und ausschlaggebend für den Einsatz des CODESYS Application Composers.
Im Rahmen der Machbarkeitsstudie wurde der Walzenlader gedanklich in seine Einzelteile zerlegt, die Hardwarekomponenten wurden konkreten Softwaremodulen mit den notwendigen Parametrierungsmöglichkeiten zugeordnet. Dadurch entstand ein objektorientiertes Softwaremodul-Design, das auf den realen Aufbau eines Walzenladers abgebildet werden konnte. Dies kann als einer der wichtigsten Schritte bei der Einführung des CODESYS Application Composers bezeichnet werden und war für die Softwareentwickler ein entscheidendes Kriterium. Neben den Softwaremodulen erhielt man so ein grafisches Übersichtsdokument, das sich im Laufe des Projekts als ideal zur abteilungsübergreifenden Kommunikation herausstellte (vgl. Abbildung 1).
Zum Projektabschluss konnte der Geschäftsführung bereits die Applikationserstellung für einen Teil des Walzenladers präsentiert werden. Durch die einfache Konfiguration des Modulbaums wurden neben den Modulinstanzen eine Visualisierung, persistente Bereiche, alle notwendigen Feldbusgeräte sowie deren E/A-Verknüpfungen zu den Modulen erstellt. So konnte ohne weitere Anpassungen der Applikationscode auf die Steuerung des Walzenladers heruntergeladen werden - und funktionierte auf Anhieb.
Mit der Aussicht, den Applikationsaufwand von bis zu mehreren Wochen auf wenige Tage pro Walzenlader reduzieren zu können, genehmigte die Geschäftsführung den auf zweieinhalb Jahre geschätzten Umstellungsprozess auf die Projektierung mittels CODESYS Application Composer.
5 Die Umsetzung
Die Umsetzung stellte das Projektteam vor mehrere Herausforderungen. Zum einen musste die Anwendung des CODESYS Application Composers noch besser verstanden werden, zum anderen musste von Anfang an ein funktionierendes Konzept für die Abstraktion in Module erarbeitet werden. Als großes Risiko wurde vor allem ersteres eingestuft, denn ohne das volle Verständnis der spezifischen Arbeitsweise im Projektteam und bei allen umgebenden Stakeholdern lässt sich der CODESYS Application Composer nicht etablieren. Gemeinsam mit der 3S-Smart Software Solutions GmbH einigte man sich daher auf ein projektbegleitendes Consulting für das Tooling und die Softwarearchitektur des CODESYS Application Composers. In der Folge wurden insgesamt 140 unterschiedliche Module identifiziert, durch verschiedene Softwarepatterns miteinander verknüpft und die passenden Modulbeschreibungen in einer dafür ausgelegten Bibliothekslandschaft erstellt. Ein Modul beschreibt sich über einfache textuelle Sektionen. Darin können seine Metadaten und Schnittstellen, dazugehörige Visualisierungen, Textlisten und Imagepools, aber auch benötigte Feldbusgeräte und E/A-Zuweisungen definiert werden. Bei Eickhoff hat man sich auf den vollen Satz verständigt, mit der Folge, dass am generierten Code keine Änderungen mehr vorgenommen werden müssen.
Autoren: Samuel Greising, 3S-Smart Software Solutions, Dr. Thomas Bartnitzki, Eickhoff Gruppe