Was Bosch Rexroth mit dem Betriebssystem ctrlX OS vorhat

Erst 2020 hat Bosch Rexroth den Automatisierungsbaukasten ctrlX Automation auf den Markt gebracht. Entwickelt wurde die Lösung explizit mit dem Ziel, das „Smartphone der industriellen Automatisierung” zu sein, mit Blick auf Onmipräsenz und Einfachheit der Nutzung. Die Analogie wurde noch stärker, als 2021 mit ctrlX World eine Art “App Store” für ctrlX-Anwendungen und -erweiterungen von Kooperationspartnern dazu kam.

Bisher war eine Nutzung der ctrlX-Lösungen von Bosch Rexroth und mittlerweile rund 60 Partnern nur möglich, wenn dabei auch die herstellereigene Hardware zum Einsatz kam: zentrales Element in dieser Hinsicht ist die Steuerungsplattform ctrlX Core für die Feldebene. Damit lassen sich in Verbindung mit der Software- und Engineering-Toolbox ctrlX Works laut Rexroth etwa 70 Prozent aller allgemeinen Automatisierungsaufgaben lösen.

Nun geht Bosch Rexroth den nächsten mutigen Schritt: Die Software wird von der Hardware entkoppelt. Voraussetzung für den herstellerunabhängigen Betrieb von ctrlX OS ist lediglich Linux als Betriebssystem auf einem Rechner mit der x86-Prozessorarchitektur von Intel. Auch die Adaption auf andere Prozessoren sei angedacht, so Thomas Fechner, Leiter des Produktbereichs Automation and Electrification Solutions. Explizit wurden in diesem Zusammenhang die Prozessoren von ARM genannt.

Skalierbar vom Field Device bis zur Cloud

Die Trennung von Soft- und Hardware bietet nicht nur die Möglichkeit, auf eine große Palette von Rechnersystemem von Drittanbietern zurückgreifen zu können, sondern aufgrund der Breite des Hardwareangebotes vor allem auch eine durchgängige Skalierbarkeit über alle Ebenen der Automatisierungstopologie. Diese reicht von Steuergeräten der Feld-Ebene über klassische Industrie-PCs und Edge-Devices bis zu virtualisierten Server-Umgebungen in der öffentlichen oder privaten Cloud.

• ctrlX OS integriert als echtzeitfähiges Automatisierungsbetriebssystem alle Elemente, um damit hardwareunabhängig zu entwickeln:
  Einen Data Layer, der für eine Aggregation und das Routing von Maschinen- und Anwendungsdaten in Echtzeit sorgt. Er unterstützt den Publish-Sucscribe-Standard OPC UA Pub Sub.
• Eine für die Anwender zugängliche Treiberschicht, um das OS an die unterschiedliche Ausstattung bei der Hardware von Drittanbietern anpassen zu können.
• Über ctrlX OS besteht Zugriff auf alle Apps aus dem ctrlX Store und die ctrlX Automation Community.
• Einen gehärteter Software-Stack mit hohem Maß an integrierter Cyber-Security.

Für alle Devices stehen zudem eine einheitliche Toolchain und ein Software Development Kit (SDK) zur Verfügung. Das ctrlX Device Portal ermöglicht ein weltweites Device Management, etwa für das Ausrollen neuer Software-Funktionen, Verwaltung und Pflege von Geräteeinstellungen oder Fernwartung.

Eindrücke von der Vorstellung von ctrlX OS und Flow 6D finden sich in folgendem Youtube-Video:

Mit ctrlX OS entwickeln ohne Gedanken an die Hardware

Das Versprechen von ctrlX OS lautet: Entwickler können ihre Anwendungen gegen eine standardisierte Schnittstelle programmieren, unabhängig davon, auf welchem Gerät oder welcher Ebene die Applikation später laufen soll. Das ermöglicht laut Bosch Rexroth moderne Software-Praktiken wie virtuelles Testen und DevOps auch in der Automatisierung. Durch die Hardware-Unabhängigkeit ist etwa der Betrieb einer virtuellen Steuerung auf Hypervisor-Plattformen im Rechenzentrum oder in der Cloud möglich. Andere neue Anwendungsszenarien umfassen stark serverbasierte Vorgänge wie die Benutzung von Machine Learning Algorithmen oder die Anomalieerkennung, etwa im Zusammenhang mit Predictive Maintenance.

Das Ziel ist eine bruchlose Integration von Maschinenebene und Datenflüssen. Durch die Sammlung, Analyse und Visualisierung der Informationen sollen neue digitale Geschäftsmodelle realisiert werden wie etwa Pay per Use. “Heute kostet das Engineering einer Lösung aber oft mehr als die Komponenten. Das wollen wir ändern,” so Hans Michael Krause, Produktmanangement ctrlX World. Thomas Maag, Leiter Produktmanagement, sieht dadurch einen Freiheitsgrad entstehen, der bisher in der Automatisierung nicht vorhanden war: “Deswegen sprechen wir auch von einem Apple-Moment.” Auch wenn Steffen Winkler, Vertriebsleiter der Business Unit Automation & Electrification Solutions, die Aussage gleich ein bisschen umformuliert: "Von der Offenheit her ist es eigentlich Android, aber mit der Qualität von Apple."

"Es gelingt uns, die richtigen Leute an Bord zu holen"

CtrlX sei das am schnellsten wachsende Ökosystem im Automatisierungsbereich, so Winkler: “Ich bin seit 27 Jahren in der Automatisierung tätig, so eine Art der Zusammenarbeit, bei der man gemeinsam versucht, Lösungen für Kunden zu entwickeln, habe ich noch nicht erlebt”. Seit dem Start von zwei Jahren habe sich die Zahl der Kunden von 200 auf jetzt über 600 mehr als verdreifacht. In diesem Jahr trage ctrlX bereits rund 100 Millionen Euro zum Umsatz des Unternehmens bei.

Für die weitere Entwicklung des Systems investiert Bosch Rexroth stark und schafft in diesem Jahr rund 340 neue Stellen in den Bereichen Research and Development, Sales und Application - und hatte diese Jobs Ende September auch zu 80 Prozent besetzt. “Man muss mehr dafür tun als früher, aber es gelingt uns, die richtigen Leute an Bord zu holen", freut sich Steffen Winkler.

Schwebender Mover mit Permanentmagneten

Schwebender Mover mit Permanentmagneten

Zeitgleich mit dem ctrlX OS hat Bosch Rexroth auch einer Hardware-Ergänzung des Automatisierungsbaukastens vorgestellt. Bei Flow 6D handelt es sich um ein Planarsystem für die berührungsloser Beförderung und Positionierung. Die freischwebenden Mover können auf den dazugehörigen Kacheln in sechs Dimensionen bewegt werden. Dadurch sind bis zu 20 mm Schwebehöhe, 10 Grad Kippwinkel und endlose Rotation realisierbar. Die sechs Freiheitsgrade der Mover sind beliebig miteinander kombinierbar, beispielsweise kann ein Drehen und Kippen während der Fortbewegung erfolgen. Ebenso ist ein vertikaler oder Überkopf-Betrieb des Systems möglich.

Anders als ähnliche Systeme anderer Hersteller setzt Bosch Rexroth bei Flow 6D nicht auf Elektromagneten für die Levitation, sondern auf Permanentmagneten. Das bietet eine ganze Reihe von Vorteilen:

• Ein geringer Energieverbrauch von lediglich 15 Watt pro Mover im Ruhezustand.
• Durch die relativ große Schwebehöhe ist die Ansteuerung der Mover durch die Kachel auch etwa von außerhalb etwa einer Vakuumkammer möglich.
• Eine geringe Wärmeentwicklung, die über die Kacheln leicht abgeführt werden kann.
• Bei Stromverlust vollführt der Mover eine „Sicherheitslandung“ auf der Kachel und bleibt dort in Position - auch im Überkopfbetrieb.
• Präzise Platzierung der Mover auf wenige Mikrometer genau durch ein Punktmatrix-System auf der Oberfläche der Mover-Wegstrecke.
• Leichte Erweiterung der Wegstrecke durch das Anreihen weiterer Kacheln.

Technisch realisiert wird das durch die Verwendung von Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagneten in einem Array. Durch eine spezielle Anordnung der einzelnen Magneten wird das Magnetfeld auf einer Seite des Arrays verstärkt und auf der anderen stark reduziert, sodass sich die Anziehung der Permanentmagneten durch Bewegung des Arrays lenken und quasi ein- und ausschalten lässt.

Die FLow 6D-Plattform ist vollständig in die Automatisierungsplattform ctrlX integriert, zusätzlich kann aber zum Beispiel eine herkömmliche PLC eingebunden werden, um etwa einen auf dem Mover montierten Greifer anzusteuern.

Der Autor: Peter Koller

Gelernter Politik-Journalist, heute News-Junkie, Robotik-Afficionado und Nerd-Versteher. Chefredakteur des Automatisierungsmagazins Automation NEXT. Peter Koller liebt den Technik-Journalismus, weil es das einzige Themengebiet ist, wo wirklich ständig neue Dinge passieren. Treibstoff: Milchschaum mit Koffein.