Ohne IT lassen sich Fertigungsprozesse weder planen noch steuern. Bei der Auswahl der Systemumgebung geraten Anwender aber schnell wegen hoher Kosten in die Bredouille. Ein Ausweg heißt Linux. Das alternative Betriebssystem ist sowohl im Serverbereich als auch als Embedded-Version für die Geräte- und Maschinensteuerung auf dem Vormarsch.
Andreas Beuthner ist Fachjournalist in Stockdorf bei München
Herstellerspezifische Softwaretechniken haben einen großen Nachteil: Sie verfügen über keine offenen Standards und wenig technische Transparenz. Auch das Entwickeln von Anwendungen ohne Quellcode des Betriebssystems und seiner Treiber ist meist zeitaufwendig und benötigt umfangreiches Know-how, das in vielen mittelständischen Unternehmen nicht vorhanden ist.
Außerdem verlangen Hersteller für jeden Computerarbeitsplatz gesalzene Lizenzkosten. Das betrifft Mikrocontroller, PC-Client, Terminalrechner, Abteilungsserver oder Workstation gleichermaßen. Das Kopieren der Software ist per Vertragsregelung ausgeschlossen. Der Anwender ist somit auf Gedeih und Verderb von der Produktpflege und den Update-Zyklen der Softwareanbieter abhängig.
Ganz anders verhält es sich bei dem Betriebssystem Linux. Die Systemsoftware mit dem Pinguin-Logo ist eine abgespeckte Version von Unix, einem Betriebssystem, das üblicherweise für Rechner der mittleren Datentechnik eingesetzt wird und von Haus aus wichtige Eigenschaften wie Netzwerk-, Multitasking- und Multiuserfähigkeit beinhaltet. Der große Vorteil von Linux besteht darin, dass der Quellcode jedermann zugänglich ist. Der Erfinder Linus Torvalds hat von Anfang an den Linux-Code unter die – bis dahin unbekannte – GPL-Lizenz (General Public License) gestellt. Die GPL besagt, dass das Nutzen von Linux frei ist und der Sourcecode beliebig kopiert und verteilt werden kann.
Mit diesem Aushängeschild hat sich Linux inzwischen eine beachtliche Anwendergemeinde geschaffen. Vom Mikrocontroller über Steuerungen, Regler, bis hin zum grafischen Mensch-Maschine-Interface etabliert sich das Programm zusehends für den Einsatz in industriellen Anwendungen. Dr. Uwe Kracke, Geschäftsführer der Emlix GmbH in Göttingen, sieht vor allem im Bereich des Embedded Linux das größte Anwendungspotenzial im Automatisierungsumfeld: „Der Vorteil liegt darin, dass sich der Linux-Kern je nach Einsatzfall und speziell für Embedded-Systeme optimieren lässt.“
Hinter Embedded Linux steckt PC-Technik, die ressourcenschonend auf bestimmte Steuerungsaufgaben von Mess- und Automatisierungskomponenten zugeschnitten ist. Embedded-Linux-Systeme werden nur mit den unbedingt benötigten Komponenten ausgestattet und häufig direkt aus einem Flash-Speicherbaustein gebootet. Während beispielsweise eine Vollversion von Linux einen Speicherplatz von rund 500 MB benötigt, kommt eine Embedded-Version ohne grafische Oberfläche, Schriftarten und nicht benötigte Treiber bereits mit etwa 1 MB aus. Damit entfällt der Einsatz von Festplatten als Speichermedium. Die Modularität und Konfigurierbarkeit erleichtert das Anpassen an die unterschiedlichsten Einsatzbedingungen und ermöglicht darüber hinaus die leichte Integrierbarkeit eigener Hardware.
Durch zusätzliche Erweiterungen wie Echtzeitfähigkeit und TCP/IP-Netzwerkanbindung lassen sich Linux-basierte Systeme zu einer skalierbaren Technologieplattform ausbauen. Emlix beispielsweise konzentriert sich auf das Ethernet-basierte Vernetzen von Komponenten der Mess- und Automatisierungstechnik. Die Offenheit des Quellcodes ist die Grundlage für die schnelle und weltweit verteilte Weiterentwicklung durch eine Vielzahl von Unternehmen und Entwicklern. Uwe Kracke und sein Entwicklerteam schneidern aus den modular aufgebauten Linux-Basisfunktionen und einem speziellen Netzwerk-Stack eine echtzeitfähige Softwareumgebung für die Messtechnik.
Viele Experten gehen davon aus, dass proprietäre Systeme die Unternehmens-IT hemmen. Durch die Abhängigkeit von einem Hersteller ist der Anwender auf dessen Update-Angebote angewiesen. Nicht selten bedeutet ein Releasewechsel erheblichen Aufwand, um eine stabile Lauffähigkeit der Rechner wieder herzustellen. In einer Linux-Umgebung können Anwender selbst entscheiden, wann sie ein Update fahren. Zahlreiche Linux-Distributoren unterhalten bereits ein engmaschiges Netz an Dienstleistern, die Anpassungsarbeiten vornehmen: „Linux ist ein stabiles, erwachsenes Betriebssystem für vielfältige
Anwendungszwecke“, bestätigt Rudolf Knütter, Seniorberater und Leiter der Linux Community beim Wiesbadener Beratungshaus CSC Ploenzke AG.
Die Unabhängigkeit von einzelnen Prozessorherstellern und Produktlinien ist für Anwendungen interessant, bei denen langfristige Verfügbarkeit garantiert sein muss. Durch offene Kommunikationsstandards, Netzwerkfähigkeit, Erfüllung harter Echtzeitbedingungen und moderne grafische Benutzeroberflächen sind laut Knütter alle Voraussetzungen erfüllt, um proprietäre Rechnersysteme einzelner Hersteller zu ersetzen: „Fertigungsbetriebe können damit enorme Kosten sparen und ihre Flexibilität am Markt deutlich verbessern“, unterstreicht der Linux-Experte.
Das Vordringen von Netzwerk-Standards wie Ethernet und TCP/IP im Bereich der Automatisierungstechnik hat auch den Weg für Open-Source-Software geebnet. Das betrifft controllerbasierte Steuerungen ebenso wie den Produktionsleitstand oder das Enterprise Resource Planning (ERP). „Bei in vielen Unternehmen anstehenden Server-Konsolidierungen wird Linux zunehmend als strategische Betriebssystemplattform favorisiert“, beobachtet Markus Kellermeyer, Manager Line of Business Technology Consulting bei dem Bielefelder SAP-Dienstleister Itelligence AG.
Die Siegenia-Aubi KG aus Hermeskeil, ein Hersteller von Baubeschlägen, hat vor zwei Jahren begonnen, ihre Computersysteme von Hewlett-Packard und Compaq vollständig auf die Mysap-Plattform auf Basis des Linux Enterprise Servers der Suse Linux AG, Nürnberg, umzustellen. Sowohl die Investitions- als auch die Betriebskosten konnte der Anwender über geringere Ausgaben für Hardware und das performante Open-Source-Betriebssystem nach unten drücken: „Das größte Einsparpotenzial liegt im Serverbereich“, fasst Itelligence-Manager Kellermeyer seine Erfahrungen zusammen.
Um die Vorteile von Linux in der Portabilität und Skalierbarkeit voll auszuschöpfen, ist die Zusammenarbeit mit einem Dienstleister sinnvoll. Denn Unternehmen, die IT-Kompetenz im Zusammenhang mit Windows und den Mircosoft-Applikationen aufgebaut haben, müssen gründlich umdenken. Schnittstellen wie .com oder Setup-Verfahren gibt es in der Linux-Welt nicht. Die Entwicklungsumgebung ist meist textorientiert, obwohl es bereits zahlreiche Tools mit grafischer Benutzeroberfläche gibt.
Wartung und Service sind auch im Linux-Umfeld keine kostenlose Dreingabe. Zwar kann jeder im Internet Werkzeuge und Sourcecode finden und herunterladen, wenn aber ein ernsthaftes Problem auftaucht, sind Spezialkenntnisse notwendig. CSC-Ploenzke-Berater Knütter empfiehlt, in jedem Fall eine genaue Berechnung der Total Cost of Ownership (TCO) durchzuführen, da häufig Laufzeiten über Jahre hinaus erwartet werden. Zudem sei die Datenübernahme aus Altsystemen keine triviale Angelegenheit. Hingegen erhöhe sich das Ausfallrisiko durch einen Betrieb in heterogenen Umgebungen nicht.
Im Embedded-Bereich hat sich inzwischen eine Handvoll Anbieter etabliert – darunter Relinux in Köln, die Karlsruher Hitex Automation, die Sysgo AG aus Klein-Winternheim, oder die Aicas GmbH aus Karlsruhe –, die Kernel-Anpassung und Echtzeiterweiterung mit Schnittstellen zu Steuerungen der großen Hersteller zur Verfügung stellen. Beispielsweise setzt die schweizerische Stäubli Sargans für neue Weberei-Vorbereitungsmaschinen einen linuxbasierten Controller des Mainzer Anbieters Sysgo Realtime Systeme GmbH ein. Für die zeitkritischen Teile wurde die Echtzeiterweiterung RTAI (Real-Time Application Interface for Linux) verwendet. Die SSV Embedded Systems aus Hannover liefert ihre Industrie-PC mit vorkonfiguriertem Starterkit aus, das verschiedene Kernel-Versionen und Tools für die Anwendungsprogrammierung enthält. Und der Automatisierer Eckelmann AG aus Wiesbaden setzt Linux für Industrieventilatoren ein.
Linux-Distributoren unterhalten engmaschiges Netz an Dienstleistern
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