Automatisierungspyramide

Welche Ebenen hat die Automatisierungspyramide?

Die meisten Darstellungen haben fünf Ebenen, von unten nach oben Feldebene, Steuerungsebene, Prozessleitebene, Betriebsleitebene und Unternehmensebene. Auf der Feldebene erfassen Sensoren Temperatur, Druck oder Position, und Aktoren wie Ventile und Antriebe setzen Befehle um, angebunden über Feldbus, IO-Link oder einzelne Ein- und Ausgänge. Die SPS auf der Steuerungsebene steuert und regelt Maschinen. Auf der Prozessleitebene bedient und beobachtet die Schicht den Prozess über SCADA, HMI oder ein Prozessleitsystem, dort liegen auch Rezepte und Messwertarchive. Das MES auf der Betriebsleitebene plant die Produktion im Detail und erfasst Betriebs-, Material- und Qualitätsdaten, das ERP ganz oben plant grob und wickelt Bestellungen ab. Manche Modelle setzen darunter noch eine Prozessebene mit dem physischen Prozess. Eine Literaturübersicht der TU Darmstadt von 2017 hat 25 Varianten mit drei bis sieben Ebenen verglichen.

Verwirrend wird es bei den Nummern. ISA-95 und IEC 62264 zählen den physischen Prozess als Level 0, Sensoren und Aktoren als Level 1, SPS und Prozessleitsysteme als Level 2, das Manufacturing Operations Management mit dem MES als Level 3 und das ERP als Level 4. Im Purdue-Modell, wie es der OT-Leitfaden des NIST verwendet, stehen Sensoren und Aktoren dagegen auf Level 0 und die Steuerungen auf Level 1. Beide Zählungen haben dieselbe Wurzel. Theodore J. Williams gab 1989 bei der ISA das Purdue-Referenzmodell für computerintegrierte Fertigung heraus, und aus der Purdue Enterprise Reference Architecture von 1992 ist ISA-95 hervorgegangen. Teil 1 hat die ISA im April 2025 als ANSI/ISA-95.00.01-2025 neu herausgegeben, die internationale IEC 62264-1 gilt weiter in der Ausgabe von 2013.

Löst Industrie 4.0 die Automatisierungspyramide auf?

Industrie 4.0 weicht die Hierarchie auf, die Ebenen bleiben. In der klassischen Pyramide gibt es zwischen den Ebenen wenige Schnittstellen, und Informationen laufen von oben nach unten. Mit Industrie 4.0 sollen Geräte und Systeme horizontal und vertikal vernetzt werden, bis hin zu Rückkanälen direkt aus der Feldebene. Die Literaturübersicht der TU Darmstadt hält aber fest, dass die Systeme der einzelnen Ebenen dabei nicht verschwinden. Das Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0), seit April 2016 als DIN SPEC 91345 veröffentlicht, übernimmt die Hierarchiestufen der IEC 62264 sogar als eine seiner drei Achsen und ergänzt sie um das Produkt und die vernetzte Welt. Wie ein Unified Namespace in dieses Bild passt und warum die Zuständigkeiten trotzdem an den Ebenen bleiben, beschreibt der Anwendungsfall Fertigungsindustrie.

Für Industrial DevOps ist die Pyramide vor allem eine Landkarte der Zuständigkeiten. Jede Ebene hat ihre eigenen Artefakte, vom SPS-Programm über das SCADA-Projekt bis zur MES-Rezeptur, ihren eigenen Änderungstakt und ihre eigenen Freigeber. Pipelines, die entlang dieser Grenzen geschnitten sind, müssen keine Zuständigkeit neu verhandeln. Die Ebenen bestimmen auch den Weg eines Deployments. NIST empfiehlt Firewall-Regeln, die nur Verbindungen zwischen benachbarten Ebenen erlauben, ein Gerät auf Level 4 darf also nie direkt mit Level 2, 1 oder 0 sprechen. Ein Build-Server im Büronetz, der selbst auf eine Steuerung schreibt, ist genau die Verbindung, die diese Regel ausschließt. Für die Zonen nach IEC 62443 taugen die Ebenen als erster Entwurf, maßgeblich ist dort die Risikobeurteilung je Zone und Conduit nach IEC 62443-3-2.