In vielen Produktionsumgebungen wachsen digitale Anforderungen schneller als die bestehende Systemlandschaft. Neue Analyse-, KI- oder Assistenzanwendungen sollen integriert werden, während bestehende Maschinen und Steuerungen über Jahre gewachsene Strukturen abbilden. Gerade im Brownfield stoßen klassische Punkt-zu-Punkt-Integrationen dabei schnell an ihre Grenzen: Datensilos, hoher Wartungsaufwand und fehlende Transparenz erschweren die Weiterentwicklung moderner Produktionssysteme.

Wie sich ein solcher Architekturansatz in der Praxis umsetzen lässt, zeigt ein Projekt mit BHS Corrugated, einem Hersteller von Wellpappenanlagen. Unterschiedliche Anwendungen für verschiedene Bereiche der Anlage existierten parallel und kommunizierten direkt miteinander. Änderungen in einem System waren für andere nicht sichtbar, eine zentrale Sicht auf Prozess- und Stammdaten fehlte. Ziel war daher der Aufbau einer zentralen IoT-Plattform, die als verbindendes Element zwischen Maschinen, Anwendungen und IT-Systemen fungiert.

Kern der Lösung ist der Aufbau einer zentralen Daten- und Kommunikationsschicht, die als "Single Point of Truth" fungiert. Im konkreten Projekt wurde diese Rolle durch den sogenannten DB Manager (DBM) umgesetzt. Die individuell entwickelte Plattform übernimmt die einheitliche Speicherung, Strukturierung und Verteilung von Produktions- und Prozessdaten. Lose gekoppelte Systeme werden miteinander vernetzt, Daten mit semantischen Informationen angereichert und konsistent bereitgestellt.

Anstatt eine Vielzahl von Punkt-zu-Punkt-Schnittstellen zu pflegen, folgt der Ansatz einem Hub-basierten Integrationsmuster: Relevante Datenströme werden zentral synchronisiert und konsistent bereitgestellt. Statt dem Blick auf die bis zu 150 Meter lange Anlage zu einem bestimmten Zeitpunkt war es damit möglich, für jede einzelne produzierte Wellpappe die Produktionsparameter mit den Prozessdaten zu verknüpfen – eine wesentliche Grundlage für Analyse, Optimierung und Qualitätssicherung.

"One to rule them all"

Die Architektur trennt persistente Stammdaten und flüchtige Prozessdaten bewusst voneinander. Dadurch lassen sich große Datenmengen effizient verarbeiten, ohne die Konsistenz der Produktionsdaten zu verlieren. Gleichzeitig entsteht eine stabile Grundlage für Analyse-, Assistenz- und KI-Anwendungen. Trotz dieser Trennung liegt beiden Datenbereichen ein einheitliches Schema zugrunde, das eine konsistente Verarbeitung und Verknüpfung der Daten gewährleistet. Der Client ist als wiederverwendbare Library realisiert, was die Anbindung übergeordneter Services erheblich vereinfacht und gleichzeitig die Entwicklung dedizierter, SPS-naher Services ermöglicht, die direkt an der Feldebene operieren. Technologisch basiert die Plattform auf bewährten Open-Source-Komponenten, containerisierten Services und einer eventbasierten Kommunikationsarchitektur. Offene Standards stellen dabei die herstellerunabhängige Maschinenanbindung sicher. Ergänzt wird die Architektur durch umfassendes Logging und Monitoring sowie eine Cloudanbindung basierend auf dem bekannten Datenschema mittels MQTT Topic in die Cloud. Diese bewusste Trennung von Maschinenanbindung und zentraler Plattformebene hat sich insbesondere in Brownfield-Umgebungen bewährt, da sie bestehende Steuerungslogiken unangetastet lässt und gleichzeitig neue digitale Anwendungen ermöglicht.

Brownfield-Integration als Gestaltungsaufgabe

Ein zentrales Thema im Projekt war die Integration bestehender Anlagen und Systeme. Adapter spielen dabei eine entscheidende Rolle. Sie kapseln bestehende proprietäre Schnittstellen und übersetzen bestehende Datenformate in das einheitliche Datenmodell des DB Managers. Dadurch können vorhandene Systeme weiter genutzt werden, ohne sie tiefgreifend umbauen oder ersetzen zu müssen.

Gleichzeitig erlaubt dieser Ansatz eine evolutionäre Weiterentwicklung der Plattform. Neue Anwendungen oder Maschinen lassen sich schrittweise anbinden, ohne die Gesamtarchitektur zu destabilisieren. Die Weiterentwicklung von Datenmodellen erfolgt kontrolliert und ohne Datenverlust – ein entscheidender Faktor für den langfristigen Betrieb. Entscheidend ist dabei weniger die einzelne technische Lösung als vielmehr eine klare Integrationsstrategie, die schrittweise Modernisierung erlaubt und Investitionen absichert.