We need open, modular and scalable automation

Too rigid, too complex, too proprietary. "Until now, automation technology has tended to be conservative and has lagged behind developments in the IT world. That makes it difficult to implement flexible solutions for food processing and packaging," says Andreas Winter, Business Development Consumer Goods & Robotics at Bosch Rexroth AG in Lohr am Main, Germany. Consistently open and flexible automation platforms like ctrlX Automation offer an almost unlimited scope of action for machine manufacturers.

Mr. Winter, when you look back at automation solutions in 1980, what challenges do we face today? What are the key technologies?

Today, mechanical engineering is software development. This increases the development effort and requires appropriate skilled personnel. We've recognized that a completely new range of solutions is needed here than was the case 25 years ago. It must greatly simplify the world of automation and at the same time solve the challenges faced by customers. With ctrlX Automation, we've created a platform that overcomes the limitations of previous solutions. Basically, it's the "smartphone of automation".

Does that mean that creating software solutions is the biggest part of automation today?

The proportion of software in mechanical engineering is increasing. With ctrlX Automation, we're breaking through the traditional boundaries between machine control systems, IT and the Internet of Things. With the real-time-capable Linux operating system, open standards throughout, app technology for programming and comprehensive IoT connectivity, our platform reduces engineering costs by 30 to 50 percent. App technology in combination with openness provides our customers with the basis for developing new business models in order to maintain or expand their competitiveness.

This software orientation requires other skills and other tools that the professionals need to bring with them. How would you assess the current situation on the labour market?

The shortage of professionals in the field of software engineering is also affecting the packaging industry. One challenge, for example, is programming: More and more younger professionals are no longer exposed to the historically evolved automation languages according to IEC 61131 or G-code during their training. At ctrlX Automation, university graduates can quickly create customised solutions even without prior knowledge of these languages. They use the familiar high-level and scripting languages of their choice and create software in Java, JavaScript or Python, for example. Or they use low-code programming languages, C languages or the open source software Node-RED to realise individual functions.

What demands are placed on automation by the food production sector, for example in the area of packaging technology?

Consumer goods such as crisps and chocolate bars, as well as non-food products, have to be packaged and sold quickly and cheaply. Our platform offers almost unlimited room to manoeuvre and can provide support in many areas. The open complete solution supplies all hardware and software components for the control, regulation, monitoring and optimisation of packaging machines. It offers a modular overall system that networks, controls and orchestrates all components across the board.

All of this is supplemented by so-called apps. What's behind all this?

CtrlX Automation is based on powerful multi-core processors that can be used in an embedded controller or directly in the drive (ctrlX Drive). On the software side, this is complemented by apps that are available in the ctrlX Store to expand the functional scope of packaging machines as required. Users can now choose from solutions in 16 main categories and 150 use cases from 90 partner companies.

Can you give us an example of this kind of app?

Our ctrlX Motion app is highly scalable and covers all motion tasks in the packaging industry, from single-axis to synchronised multi-axis and robot movements. A ready-to-use, open application project in PackML (Packaging Machine Language) and the IEC 61131 standard combines various apps from the PLC, motion and HMI areas and offers users numerous advantages: Start of the first project in just ten minutes, up to 60 percent time savings in coding, increased reusability of the code, web HMI in responsive design and open source code.

Our ctrlX Motion app is highly scalable and covers all motion tasks in the packaging industry, from single-axis to synchronised multi-axis and robot movements. A ready-to-use, open application project in PackML (Packaging Machine Language) and the IEC 61131 standard combines various apps from the PLC, motion and HMI areas and offers users numerous advantages: Start of the first project in just ten minutes, up to 60 percent time savings in coding, increased reusability of the code, web HMI in responsive design and open source code.

The Linux-based operating system ctrIX OS was originally developed exclusively for Bosch Rexroth hardware. In October 2022, you then announced that ctrIX OS would also be available as a separate solution. How do plant manufacturers benefit from this?

CtrlX OS has also been available as a separate solution for real-time use in industrial environments since 2022. It can be used at all levels, i.e. from the field level to the cloud level, as well as on a wide variety of hardware. The many networking options of the ctrlX Core control system as an edge device are also crucial for machine manufacturers, like Winkler and Dünnebier confectionery machines. They range from vertical interfaces in accordance with the Weihenstephan WS or PackML standard and direct data access by ERP and MES systems to horizontal communication based on OPC UA and the new "WS Sweets" language sub-area in the Weihenstephan standard.

The keyword here is cabinet-free drive technology: OEMs are increasingly demanding decentralised drives that support various field buses. How do you react to this?

In autumn 2023, we presented the third generation of cabinet-free drives. We are therefore serving a trend in automation, as future growth in the market for decentralised drive technology is particularly strong in sectors such as the packaging industry, intralogistics and food processing. As a pioneer of cabinet-free technology, our customers benefit from more than 15 years of market experience.

What advantages does the new generation of drives offer here?

Based on the ctrlX Drive, we offer a significant expansion in terms of scalability and topology for drives with IP65 protection. The drive system enables a high degree of flexibility thanks to the scalable number of axes, its single and double-axis design, various cooling concepts and much more. This allows different topologies to be implemented and adjustments to be made as required.

Energy efficiency also plays a major role, as food manufacturers are increasingly looking to reduce their carbon footprint

As a result, more and more energy-saving functions are being integrated into automation components - for example, our Smart Energy Mode in a servo drive. Among other things, this ensures that the energy is intelligently kept in the system and load peaks are avoided as far as possible. Extensive tools and models for energy and performance simulation make it possible to design systems in an energy-optimised way.

What insights can be derived from this?

Insights derived from simulation and analysis form the basis for maximising the efficiency of lines. The virtual testing of production concepts also means that fewer physical prototypes are required. This in turn reduces the amount of material used. But energy monitoring functions also help to increase efficiency in packaging machines. The ctrlX Core control system, for example, makes it possible to collect and analyse information from all machine components. Intuitive dashboards display processed data and statistics immediately.

Wir brauchen eine offene, modulare und skalierbare Automatisierung

Zu starr, zu komplex, zu propriet?r. ?Die Automatisierungstechnik tickt bislang eher konservativ und hinkt Entwicklungen in der IT-Welt hinterher. Das erschwert die Umsetzung flexibler L?sungen für die Lebensmittelverarbeitung“, sagt Andreas Winter, Business Development Consumer Goods & Robotics bei der Bosch Rexroth AG in Lohr am Main. Durchg?ngig offene und flexible Automatisierungsplattformen wie ctrlX Automation bieten hier nahezu unbegrenzte Handlungsspielr?ume für Maschinenhersteller.

Herr Winter, wenn Sie auf die Automatisierungsl?sungen im Jahr 1980 zurückblicken: vor welchen Herausforderungen stehen wir heute? Welches sind die Schlüsseltechnologien?

Maschinenbau ist heute Softwareentwicklung. Das erh?ht den Entwicklungsaufwand und erfordert entsprechendes Fachpersonal. Wir haben erkannt, dass hier ein v?llig neues L?sungsangebot ben?tigt wird, als es noch vor 25 Jahren der Fall war. Es muss die Automatisierungswelt stark vereinfachen und gleichzeitig die Herausforderungen der Kunden l?sen. Mit ctrlX Automation haben wir eine Plattform geschaffen, die die Grenzen bisheriger L?sungen aufhebt. Im Grunde handelt es sich dabei um das "Smartphone der Automatisierung".

Das Erstellen von Software-L?sungen nimmt heute also den gr??ten Anteil in der Automatisierung ein?

Der Software-Anteil im Maschinenbau steigt. Wir durchbrechen mit ctrlX Automation die klassischen Grenzen zwischen Maschinensteuerungen, IT und dem Internet der Dinge. Mit dem echtzeitf?higen Betriebssystem Linux, durchg?ngig offenen Standards, App-Technologie für die Programmierung und umfassender IoT-Anbindung reduziert unsere Plattform den Engineeringaufwand um 30 bis 50 Prozent. Die App-Technologie in Verbindung mit der Offenheit bietet unseren Kunden die Basis, um neue Gesch?ftsmodelle zu entwickeln, um damit ihre Wettbewerbsf?higkeit zu erhalten oder auszubauen.

Diese Software-Ausrichtung erfordert andere Kompetenzen und andere Werkzeuge, die die Fachkr?fte mitbringen müssen. Wie sch?tzten Sie die aktuelle Situation am Arbeitsmarkt ein?

Der Fachkr?ftemangel im Bereich Software Engineering trifft auch die Verpackungsindustrie. Eine Herausforderung ist beispielsweise die Programmierung: Immer mehr jüngere Fachkr?fte kommen in ihrer Ausbildung nicht mehr mit den historisch gewachsenen Automatisierungssprachen nach IEC 61131 oder G-Code in Berührung. Bei ctrlX Automation k?nnen Hochschulabsolventen auch ohne Vorkenntnisse in diesen Sprachen schnell ma?geschneiderte L?sungen erstellen. Sie nutzen die gewohnten Hoch- und Skriptsprachen ihrer Wahl und erstellen Software beispielsweise in Java, JavaScript oder Python oder nutzen Low-Code-Programmiersprachen, C-Sprachen oder die Open Source Software Node-RED, um individuelle Funktionen zu realisieren.

Welche Anforderungen an die Automatisierung stellt die Umgebung der Lebensmittelproduktion, beispielsweise im Bereich der Verpackungstechnik?

Konsumgüter wie Chips und Schokoriegel, aber auch Nonfood-Produkte müssen schnell und günstig verpackt und in den Verkauf gebracht werden. Hier bietet unsere Plattform nahezu unbegrenzte Handlungsspielr?ume und kann in vielen Bereichen unterstützen. Die offene Komplettl?sung liefert alle Hard- und Software-Komponenten für die Steuerung, Regelung, überwachung und Optimierung von Verpackungsmaschinen. Sie bietet ein modulares Gesamtsystem, das alle Komponenten übergreifend vernetzt, steuert und orchestriert.

Zus?tzlich wird das Ganze durch sogenannte Apps erg?nzt. Was verbirgt sich dahinter?

CtrlX Automation basiert auf leistungsf?higen Multicore-Prozessoren, die in einer Embedded Steuerung oder direkt im Antrieb (ctrlX Drive) eingesetzt werden k?nnen. Auf Softwareseite wird das Ganze durch Apps erg?nzt, die bedarfsgerecht zur Erweiterung des Funktionsspielraums von Verpackungsmaschinen im ctrlX Store bereitstehen. Anwender k?nnen mittlerweile aus L?sungen in 16 Hauptkategorien und 150 Use-Cases von 90 Partnerunternehmen w?hlen.

K?nnen Sie uns ein Beispiel für eine solche App geben?

Unsere App ctrlX Motion deckt hochskalierbar s?mtliche Motion-Aufgaben in der Verpackungsindustrie ab, von Einzelachs-, über synchronisierte Mehrachs- bis hin zu Roboter-Bewegungen. Ein einsatzbereites, offenes Applikationsprojekt in PackML (Packaging Machine Language) und IEC 61131 Standard kombiniert verschiedene Apps aus den Bereichen PLC, Motion und HMI und bietet Anwendern zahlreiche Vorteile: Start des ersten Projektes in nur zehn Minuten, bis zu 60 Prozent Zeitersparnis bei der Codierung, erh?hte Wiederverwendbarkeit des Codes, Web-HMI im responsiven Design und offener Quellcode.

Ursprünglich wurde das Linux-basierte Betriebssystem ctrIX OS exklusiv für die Hardware von Bosch Rexroth entwickelt. Im Oktober 2022 haben Sie dann angekündigt, ctrIX OS auch als separate L?sung verfügbar zu machen. Wie profitieren Anlagenbauer davon?

CtrlX OS steht seit 2022 auch als separate L?sung für den Real-Time-Einsatz im industriellen Umfeld zur Verfügung. Einsetzbar ist es dort auf allen Ebenen, das hei?t von der Feldebene bis in die Cloud-Ebene, sowie auf unterschiedlichster Hardware. Entscheidend für Maschinenbauer wie beispielsweise Winkler und Dünnebier Sü?warenmaschinen sind auch die vielen Vernetzungsoptionen der Steuerung ctrlX Core als Edge Device. Sie reichen von vertikalen Schnittstellen nach Weihenstephaner Standard WS oder PackML über den direkten Datenabgriff durch ERP- und MES-Systeme bis hin zur horizontalen Kommunikation auf Basis von OPC UA sowie dem neuen Sprachsubbereich "WS Sweets" im Weihenstephaner Standard.

Bosch Rexroth entwickelt sein Angebot an Servoantrieben konsequent weiter. Durch die Integration in die Produktfamilie ctrlX Drive profitieren Anlagenbauer von der Flexibilit?t des Automatisierungsbaukastens. ? Bosch Rexroth AG

Stichwort schaltschranklose Antriebstechnik: OEMs fordern zunehmend dezentrale Antriebe, die verschiedene Feldbusse unterstützen. Wie reagieren Sie darauf?

Im Herbst 2023 haben wir die dritte Generation schaltschrankloser Antriebe vorgestellt. Damit bedienen wir einen Trend in der Automatisierung, denn das künftige Wachstum auf dem Markt für dezentrale Antriebstechnik ist in Branchen wie der Verpackungsindustrie, der Intralogistik und der Lebensmittelverarbeitung besonders stark. Als Pionier der schaltschranklosen Technik profitieren unsere Kunden von mehr als 15 Jahren Markterfahrung.

Welche Vorteile bietet hier die neue Antriebsgeneration?

Auf Basis des ctrlX Drive bieten wir eine deutliche Erweiterung bezüglich Skalierbarkeit und Topologie für Antriebe in der Schutzart IP65. Das Antriebssystem erm?glicht hohe Flexibilit?t durch die skalierbare Anzahl an Achsen, seine Einzel- und Doppelachskonstruktion, verschiedene Kühlungskonzepte und vieles mehr. So lassen sich verschiedene Topologien umsetzen und einfach nach Bedarf Anpassungen vornehmen.

Darüber hinaus spielt Energieeffizienz eine gro?e Rolle, denn Lebensmittelhersteller wollen immer h?ufiger ihren CO2-Fu?abdruck verringern

Mit der Folge, dass auch in Automatisierungskomponenten mehr und mehr Funktionen zum Energiesparen integriert werden – zum Beispiel unser Smart Energy Mode in einen Servoantrieb. Dieser sorgt unter anderem dafür, dass die Energie intelligent im System gehalten und Lastspitzen weitestgehend vermieden werden. Umfangreiche Tools und Modelle für die Energie- und Leistungssimulation erm?glichen es, Anlagen energieoptimal auszulegen.

Welche Erkenntnisse lassen sich daraus ableiten?

Aus Simulation und Analyse abgeleitete Erkenntnisse bilden die Grundlage, um die Effizienz von Anlagen zu maximieren. Durch die virtuelle Erprobung von Fertigungskonzepten werden zudem weniger physische Prototypen ben?tigt. Das verringert wiederum den Materialeinsatz. Aber auch Funktionen zum Energiemonitoring helfen, die Effizienz in Verpackungsmaschinen zu steigern. Die Steuerung ctrlX Core erm?glicht es etwa, Informationen von allen Maschinenkomponenten zu sammeln und auszuwerten. Intuitive Dashboards zeigen verarbeitete Daten und Statistiken umgehend an.