(57)【要約】【課題】製造機械の動作信頼性が高まるように既知の解決策をさらに改善する。【解決手段】本発明は、少なくとも１台の製造機械（１０４）をデータ保護下で接続するための装置であって、データダイオード（１２０）によって互いに接続された個々のゾーン（１０８、１１０、１１２）に分割された情報処理システム（１１４）を備え、データフローにおいて製造機械（１０４）の機械制御装置（１１８）から出るデータをデータ逆流の可能性なしに他のゾーン（１０８、１１０、１１２）に伝送することができ、ゾーン（１０８、１１０、１１２）は階層的に順序付けられてそれぞれデータフローで先行するゾーン（１０８、１１０）より低いレベルのデータセキュリティを有し、且つ各ゾーン（１０８、１０、１１２）はアイランドソリューションの方式で独立したコンピュータとして設計されているものに関する。さらに本発明は製造機械及び工業プラントに関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１台の製造機械（１０４）をデータ保護下で接続するための装置であって、データダイオード（１２０）によって互いに接続された個々のゾーン（１０８、１１０、１１２）に分割された情報処理システム（１１４）を備えており、当該分割はデータフローにおいて製造機械（１０４）の機械制御装置（１１８）から出るデータをデータ逆流の可能性なしに他のゾーン（１０８、１１０、１１２）に伝送できるようにされており、前記ゾーン（１０８、１１０、１１２）は階層的に順序付けられてそれぞれデータフローで先行するゾーン（１０８、１１０）より低いレベルのデータセキュリティを有し、且つ各ゾーン（１０８、１０、１１２）はアイランドソリューションの方式で独立したコンピュータとして設計されている装置。
【請求項２】
機械制御装置（１１８）に続く第１のゾーン（１０８）は生産ゾーンとして少なくとも製造機械（１０４）の機械データを処理して、それぞれ後続のゾーンである監視ゾーン（１１０）及び／又はサービスゾーン（１１２）に転送し、前記機械データは社内ネットワーク（１５０、１５８）若しくはインターネットなどの外部ネットワーク（１６６）に転送可能であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
１つの機械制御装置（１１８）の生産ゾーン（１０８）は、工業プラント内の他の製造機械の機械制御装置にデータ伝送（１１６）によって接続可能であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記生産ゾーン（１０８）は、以下のデータ処理、即ち、
−製造管理システムの運転管理レベル（１５２）（製造実行システム、ＭＥＳ）のデータのデータ処理
−一定期間に収集したデータ（１５６）のデータ処理
−生産プロトコル（１７４）及び／又は生産レポート（１７４）の生成
のうちの少なくとも１つを可能にすることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記監視ゾーン（１１０）は、以下のデータ処理、即ち、
−製造機械（１０４）のデータ一覧（１６０）の生成
−傾向の認識（１７８）
−機械の運転状態の記録（１７６）
のうちの少なくとも１つを可能にすることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記サービスゾーン（１１２）は、以下のデータ処理、即ち、
−保守データのデータ処理
−機械の運転状態の記録（１７６）
−リモート診断の実行（１８０）
のうちの少なくとも１つを可能にすることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
工業プラントの個々の製造機械間のデータ伝送は、少なくとも以下のデータ、即ち、
−製造管理システムの運転管理レベル（１５２）（製造実行システム、ＭＥＳ）のデータ
−一定期間に収集したデータ（１５６）
の伝送を可能にすることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記社内ネットワーク（１５８）は、少なくとも以下のデータ、即ち、
−複数の製造機械（１０４）についてのデータ一覧（１６４）を生成するためのデータ
−モバイル端末（１６２）のデータ
の伝送を可能にすることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記外部ネットワーク（１６６）は、好ましくはクラウドを取り込んで、少なくとも、
−保守計画及び／又は
−ディレクトリの作成（１６８）及び／又は
−文書資料（１６８）及び／又は
−実際の機械データとクラウド内の文書とのリンク
のためのデータの伝送を可能にすることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
コンピュータユニットを備える個々のゾーン（１０８、１１０、１１２）間でそれぞれ使用されるデータダイオード（１２０）は、光の生成に用いるレーザーダイオード（１３４）と、生成された光の検出に用いるフォトダイオード（１４２）から形成されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記ゾーン（１１０、１１２）は少なくとも部分的に互いに並列に接続され、それぞれデータフローで第１のゾーン（１０８）と直列に接続され、及び／又は少なくとも部分的に第１のゾーン（１０８）から始まって直列に接続されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記各ゾーン（１０８、１１０、１１２）は、入力側に、データダイオード（１２０）によって伝送可能なデータ伝送プロトコルをゾーン（１０８、１１０、１１２）によって処理可能なデータ伝送プロトコルとプロトコル変換して結合するための少なくとも１つのプロトコルコンバータ（１２６）を有し、及び／又は出力側に、ゾーン（１０８、１１０、１１２）によって処理可能なデータ伝送プロトコルをデータダイオード（１２０）によって伝送可能なデータ伝送プロトコルとプロトコル変換して結合するための別のプロトコルコンバータ（１２６）を有することを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記コンピュータは、特にハードウェア及び／又はオペレーティングソフトウェアに関して同一に設計されており、規定どおりの使用のために、特にアプリケーションソフトウェア（１２２、１２４）を用いてそれぞれのゾーン（１０８、１１０、１１２）に対応して構成可能であることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記データダイオード（１２０）は、それぞれのゾーン（１０８、１１０、１１２）の一部である送信ユニット（１２８）と、より低いレベルのデータセキュリティを備えたゾーン（１１０、１１２）の一部である受信ユニット（１３６）によって形成されており、前記送信ユニット（１２８）と前記受信ユニット（１３６）は、データ伝送媒体（１３８）によって互いに接続されていることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記送信ユニット（１２８）は、レーザーダイオード（１３４）と、特にマルチプレクサ（１３０）及びモジュレータ（１３２）とを含む送信データダイオードとして設計されていること、及び前記受信ユニット（１３６）は、フォトダイオード（１４２）と、特にデモジュレータ（１４４）及びデマルチプレクサ（１４６）とを含む受信データダイオードとして設計されていること、及び前記送信ユニット（１２８）と前記受信ユニット（１３６）は光ファイバーケーブル（１４０）の形態のデータ伝送媒体（１３８）を介して互いに接続されていることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置を一体部分として有する製造機械。
【請求項１７】
請求項１６に記載の複数の製造機械を備えた工業プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１台の製造機械をデータ保護下で接続するための装置、及びそのような装置を備えた製造機械、及び複数のそのような製造機械を備えた工業プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
製造機械の運転プロセスへの統合は、生産企業では通常、先行技術から知られている、様々なレベルに分割された「自動化ピラミッド」を援用して行われている。これは情報の伝送を専らレベルの垂直方向にのみ許し、外部のサービスプロバイダとの情報交換はピラミッドの最高レベルを通して、即ち企業レベル（エンタープライズ・リソース・プランニング、ＥＲＰ）を通して行われる。しかしながら「インダストリー４．０」の過程で製造機械を、外部のデータ処理装置、例えばクラウドのコンピュータ（クラウドコンピューティング）に、又は機械を運用する企業にとって他社のコンピュータに、自動化ピラミッドのそれぞれのレベルで水平方向に直接接続することがますます望まれている。しかしこのように製造機械を外部のデータ処理装置に直接接続する場合は、第三者による製造機械へのアクセスから製造機械を保護するための手段を設けなければならない。
【０００３】
米国特許出願ＵＳ２０１５／０１０６９１２Ａ１号から、少なくとも１台の製造機械を、製造機械及び製造機械を運用する企業にとって外部のデータサーバにデータ保護下で接続するための、コントローラを備えた装置が知られている。このコントローラは、製造機械の一体部分として設計されて、製造機械の機械データのデータ処理のための、特にバッファリング、転送及び／又は圧縮のためのソフトウェアに実装されていて、製造機械にとって外部のファイアウォールを介して複数の製造機械が設けられている機械ネットワークと接続されており、このネットワークはそれぞれの製造機械にとって外部のファイアウォールを介して、インターネットに接続された社外のデータサーバと接続されている。
【０００４】
専門家によるトラブルシューティングのためのインターネットを介したリモートサービスを目的とした製造機械のコントローラへのアクセス制御は、１実施形態では暗号化によって行われ、別の実施形態ではコントローラから機械データをデータの逆流がなく専ら専門家の社外コンピュータに向かってアップロードすることによって行われている。この場合、データのアップロードは、データをローカルコンピュータ又は記憶媒体からローカルコンピュータ若しくは記憶媒体から離れて配置された１ンピュータ若しくは記憶媒体へのデータの伝送を表している。
【０００５】
製造機械及び／又はこの機械を運用する企業にとって外部のコンピュータから発生する機械制御装置に関する変更、例えば機械によって製造される製品に不利な影響を与える可能性がある製造機械のコントローラへの書き込みアクセスは、例えばセキュリティギャップ、ソフトウェア又はハードウェアのエラー（スペクター及びメルトダウン）、及び／又はファイアウォールの構成の誤りが原因であり、既知のソリューションによっては完全に排除することはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、この先行技術に基づいて、製造機械の動作信頼性が高まるように既知の解決策をさらに改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題は、請求項１の特徴を有する少なくとも１台の製造機械をデータ保護下で接続するための本発明による装置によって解決される。
【０００８】
請求項１によれば、本発明による装置は、データダイオードによって互いに接続された個々のゾーンに分割されたシステムを有し、当該分割はデータフローにおいて製造機械の機械制御装置から出るデータをデータ逆流の可能性なしに他のゾーンに伝送できるようにされており、ゾーンは階層的に順序付けられてそれぞれデータフローで先行するゾーンより低いレベルのデータセキュリティを有し、且つ各ゾーンはアイランドソリューションの方式で独立したコンピュータとして設計されている。
【０００９】
各ゾーンをアイランドソリューションの方式で独立したコンピュータとして設計するとは、各コンピュータがそのハードウェア及びソフトウェアに関して独立して機能し、他のコンピュータからハードウェア及びソフトウェアレベルで、特に空間的に分離して設計されていることを意味する。
【００１０】
ゾーンに分割された情報処理システムを、各ゾーンがソフトウェア及びハードウェアに関して独立して機能するコンピュータとして設計することによって、ソフトウェア及びハードウェアレベルでゾーンを分離することにより、製造機械にとって外部のデータ処理装置から製造機械の機械制御装置から出るデータへの読み取り及び／又は書き込みアクセスに対してセキュリティの点で非常に効果的なアクセス制御を設けることができる。
【００１１】
具体的には、異なるデータセキュリティ、即ちデータクリティカリティを有する情報処理システムの種々のゾーンを画定することができ、それらを介して製造機械にとってそれぞれの外部のデータ処理装置に、データ処理装置と接続されたそれぞれのゾーンのデータセキュリティに応じて、アクセス権を読み取り及び書き込みアクセスか、又は読み取りアクセスの形態でのみ許可できる。したがって製造機械の機械制御装置から出るデータは、データ処理装置から最高のデータセキュリティを備えたゾーンにアクセスする場合には、書き込みアクセスによって変更できると同時に読み取りも可能であり、このゾーンに比べて低いデータセキュリティを備えたゾーンにアクセスする場合には、データ逆流のないデータ伝送、即ちデータセキュリティが最も高いゾーンからそれと比べてデータセキュリティが低いゾーンへの片方向データ伝送に基づいて単に読み取り可能であり、書き込みアクセスの意味では変更できない、つまり書き込みアクセスによっては変更不可能である。
【００１２】
その結果、製造機械の機械制御装置からのデータへの書き込みアクセスの可能性なしに、最高のデータセキュリティを備えたゾーンに従属する、これと比べてデータセキュリティが低いそれぞれのゾーンを、外部データ処理装置に接続することが可能であり、最高のデータセキュリティを備えたゾーンの、製造機械の機械制御装置から出るデータへの書き込みアクセスの可能性はない。これにより製造機械の動作信頼性が向上する。
【００１３】
好適な実施形態では、機械制御装置に続く第１のゾーンは生産ゾーンとして少なくとも製造機械の機械データを処理して、それぞれ後続のゾーンである監視ゾーン及び／又はサービスゾーンに転送し、機械データは社内ネットワーク又はインターネットなどの外部ネットワークに転送可能である。ここで、それぞれのネットワークは製造機械を運用する企業にとって社内又は（社）外で形成されている。
【００１４】
１つの機械制御装置の生産ゾーンは、工業プラント内の他の製造機械の機械制御装置にデータ伝送によって接続可能である。
【００１５】
生産ゾーンは、以下のデータ処理のうちの少なくとも１つを可能にする：製造管理システムの運転管理レベル（製造実行システム、ＭＥＳ）のデータのデータ処理、及び／又は一定期間に収集したデータのデータ処理、及び／又は生産プロトコル及び／又は生産レポートの生成。運転管理レベルというのは、先行技術から知られている自動化ピラミッドによって概略的に表現できる製造管理システム若しくは生産管理システムのプロセス関連のレベルである。本明細書では生産管理又は生産管理システムは、製造機械によって生産される製品を対象とする。
【００１６】
監視ゾーンは、以下のデータ処理のうちの少なくとも１つを可能にすることができる：製造機械のデータ一覧の生成、及び／又は傾向の認識、及び／又は機械の運転状態の記録。
【００１７】
サービスゾーンは、以下のデータ処理のうちの少なくとも１つを可能にすることができる：保守データのデータ処理、及び／又は機械の運転状態の記録、及び／又はリモート診断の実行。
【００１８】
工業プラントの個々の製造機械間のデータ伝送は、少なくとも以下のデータの伝送を可能にすることができる：製造管理システムの運転管理レベル（製造実行システム、ＭＥＳ）のデータ、及び／又は一定期間に収集したデータ。
【００１９】
社内ネットワークは、少なくとも以下のデータの伝送を可能にする：複数の製造機械についてのデータ一覧を生成するためのデータ、及び／又はモバイル端末からのデータ。
【００２０】
外部ネットワークは、好ましくはクラウドを取り込んで、少なくとも保守計画、及び／又はディレクトリの作成、及び／又は文書資料のためのデータの伝送を可能にすることができる。ここでは特に機械メーカーが提供するサービスも挙げられる。その他の応用例は、例えば機械の監視や予知保全（Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ  Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）である。
【００２１】
コンピュータユニットを備える個々のゾーン間でそれぞれ使用されるデータダイオードは、光の生成に用いるレーザーダイオードと、生成された光の検出に用いるフォトダイオードから形成できる。
【００２２】
ゾーンは少なくとも部分的に互いに並列に接続され、それぞれデータフローで第１のゾーンと直列に接続され、及び／又は少なくとも部分的に第１のゾーンから始まって直列に接続されることができる。
【００２３】
各ゾーンは、入力側に、データダイオードによって伝送可能なデータ伝送プロトコルを、ゾーンによって処理可能なデータ伝送プロトコルとプロトコルを変換して結合するための少なくとも１つのプロトコルコンバータを有することができ、及び／又は出力側に、ゾーンによって処理可能なデータ伝送プロトコルをデータダイオードによって伝送可能なデータ伝送プロトコルとプロトコルを変換して結合するための別のプロトコルコンバータを有することができる。
【００２４】
コンピュータは、特にハードウェア及び／又はオペレーティングソフトウェアに関して同一に設計されており、規定どおりの使用のために、特にアプリケーションソフトウェアを用いてそれぞれのゾーンに対応して構成可能であることができる。
【００２５】
データダイオードは、それぞれのゾーンの一部である送信ユニットと、このゾーンより低いレベルのデータセキュリティを備えたゾーンの一部である受信ユニットによって形成することができ、送信ユニットと受信ユニットは、データ伝送媒体によって互いに接続されている。
【００２６】
送信ユニットは、レーザーダイオードと、特にマルチプレクサ及びモジュレータとを含む送信データダイオードとして設計することができ、受信ユニットは、フォトダイオードと、特にデモジュレータ及びデマルチプレクサとを含む受信データダイオードとして設計することができ、送信ユニットと受信ユニットは光ファイバケーブルの形態のデータ伝送媒体を介して互いに接続されている。
【００２７】
請求項１６によれば、本発明の対象はまた、請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置を一体部分として有する製造機械である。本発明による解決策は、特に好ましくは容器成形充填シール機（ＢＦＳ機）で使用することができる。これらは化学・製薬業界及び食品業界で通常使用されている。
【００２８】
請求項１７によれば、本発明の対象はまた、請求項１６に記載の複数の製造機械を備えた工業プラントである。
【００２９】
本発明による装置は、遵守が義務付けられる当局の要件のために製造機械が平均以上の安全要件を満たさなければならない企業において特に有利に使用することができる。
【００３０】
例えば機械に何らかの影響を与える変更が生じた場合、製造機械を運用する生産者は、機械に関するそれぞれの変更がその機械によって製造される製品に悪影響を及ぼさないことを証明しなければならない。このような変更は、例えば機械を外部データ処理装置へ接続することや、機械のコントローラ、即ち工業用制御装置にアプリケーションソフトウェアをインストールすることなどである。
【００３１】
さらに、当局の規制に基づいて、機械のコントローラで実行されるソフトウェアサービス、即ち様々なタイプのアプリケーションソフトウェアが、機械の検証すべき若しくは検証済み又は検証されないコンポーネントやプロセスに関係するか否かに応じて、当局の要件が課せられる適正製造規範（英語：Ｇｏｏｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ、ＧＭＰ）関連のソフトウェアサービスか、当局の要件がほとんど課せられない非ＧＭＰ関連ソフトウェアサービスに分類され、非ＧＭＰ関連ソフトウェアサービスの機械の検証済みコンポーネント又はプロセスへの書き込みアクセスは強制的に排除される。
【００３２】
したがって、そのような「規制対象企業」ではそうした変更が行われるたびに、これらの変更の影響を受ける機械のコンポーネントとプロセスの検証を試験手順とリスク評価によって実施しなければならないが、これは時間とコストがかかる。しかしまた試験手順やリスク評価によっても、製造機械にとって外部のデータ処理装置から製造機械のコントローラへのアクセス、又はインストールされた新しいアプリケーションソフトウェアが原因で、機械によって製造された製品に不利な影響を及ぼすことは完全に排除できない。
【００３３】
装置の本発明による構成によって、リスク評価及び／又は試験手順の形態での検証プロセスが少なくとも部分的に省略される。なぜなら、最高のデータセキュリティを備えたゾーンに従属するこれと比べて低いデータセキュリティを備えたゾーンを外部データ処理装置に接続でき、データセキュリティが最も高いゾーンの、製造機械の機械制御装置から出るデータへの書き込みアクセスの可能性はなく、ＧＭＰ関連アプリケーションソフトウェアはデータセキュリティが高いゾーンで実行でき、非ＧＭＰ関連アプリケーションソフトウェアはデータセキュリティが低いゾーンで実行できるからである。
【００３４】
その結果として、本発明による装置を当局の規制に従属する製造機械と組み合わせて使用すると、そのような当局の安全要件を遵守しながら、特に製造機械の外部データ処理装置への接続及び／又は製造機械のアプリケーションソフトウェアの実装に関して、製造機械に関する変更を容易かつ安価に行うことができる。
【００３５】
以下に、少なくとも１台の製造機械をデータ保護下で接続するための本発明による装置は、図面を参照してより詳細に説明する。図面は原理図であり、縮尺通りに表現されていない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、少なくとも１台の製造機械をデータ保護下で接続するための先行技術から知られている装置の概略的なブロック図を示す。
【図２】図２は、少なくとも１台の製造機械をデータ保護下で接続するための装置の概略的なブロック図を示す。
【図３】図３は、図２に示す本発明による装置の１つのゾーンに実装されたアプリケーションソフトウェアから別のゾーンに実装されたアプリケーションソフトウェアへのデータフローの概略的なブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１に、少なくとも１台の製造機械４を製造機械４及び製造機械４を運用する企業６にとって外部のデータサーバ８の形態でのデータ処理装置に接続するための先行技術（米国特許出願ＵＳ２０１５／０１０６９１２Ａ１号）により既知の装置が示されている。この装置はコントローラ１０、即ち機械の制御装置を含んでおり、コントローラ１０は、製造機械４の一体部分として設計され、製造機械４の機械データのデータ処理、特にバッファリング、転送及び／又は圧縮のためのソフトウェア１４が実装されていて、製造機械４及び製造機械４を運用する企業６にとって外部のファイアウォール１６を介して、社内機械ネットワーク１８と接続されている。社内機械ネットワーク１８内では複数の製造機械４が設けられており、別の社内ファイアウォール２０と社外ネットワーク２２を介して社外データサーバ８と接続されている。社外データサーバ８はインターネット２４を介して、図示されていないリモートサービスと接続可能であり、リモートサービスの枠内で製造機械を運用する企業から離れた場所で働く専門家は、コンピュータを使いインターネットを介して製造機械のトラブルシューティングを実行する。
【００３８】
リモートサービスを実行するための製造機械４のコントローラ１０へのアクセス制御は、暗号化によって、又はコントローラ１０からデータの逆流がなく専ら専門家の外部コンピュータの方向に機械データをアップロードすることによって実施される。
【００３９】
図２は、少なくとも１台の製造機械１０４を製造機械１０４にとって外部の図示されていないデータ処理装置に接続するための、マルチゾーンコンピューティングプラットフォームと呼ばれる本発明による装置を原理的なブロック図で概略的に示す。製造機械１０４は、最初から製造機械１０４の一体部分として装置と組み合わせて製造及び出荷することができ、製造機械１０４の出荷後に後から装置を装備することができる。
【００４０】
本発明による装置は、３つの個別のゾーン１０８、１１０、１１２（図２）に分割された情報処理システム１１４をコンピュータの形態で有しており、各コンピュータはそのハードウェア及びソフトウェアに関して独立して機能し、他のゾーン１０８、１１０、１１２のコンピュータからハードウェア及びソフトウェアレベルで、特に空間的に分離して形成されている。さらに、これらのコンピュータはハードウェア及びオペレーティングソフトウェアに関して互いに対応しており、アプリケーションソフトウェア１２２、１２４（図３）（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ，  Ａｐｐ、図３）によってそれぞれのゾーン１０８、１１０、１１２に応じて規定どおりに使用するように構成することができる。アプリケーションソフトウェア１２２、１２４は、例えばデータ変換、データ処理又はデータ転送のために使用できる。
【００４１】
第１のゾーン１０８（図２）は、特に双方向データ接続１１６を介して製造機械１０４の機械制御装置１１８に接続されていて、機械制御装置１１８からデータ接続１１６を介して伝達されたデータを処理するために使用される。さらに、第１のゾーン１０８は少なくとも１台の別の製造機械の機械制御装置とネットワークを介して、特に双方向に接続することができ、ネットワークを介して第１のゾーン１０８と接続されたすべての製造機械が１つの工業プラント内に設けられている。その上、第１のゾーン１０８は第２のゾーン１１０と、第２のゾーン１１０は第３のゾーン１１２と、それぞれデータダイオード１２０の形態の片方向データ伝送媒体によって直列接続の意味で接続されており、それにより機械制御装置１１８の第１のゾーン１０８内にあるデータが第１のゾーン１０８から第２のゾーン１１０へ、第２のゾーン１１０から第３のゾーン１１２へ向かうデータフローの方向が指定されており、データが第３のゾーン１１２から第２のゾーン１１０へ、及び／又は第２のゾーン１１０から第１のゾーン１０８へ向かう逆流は完全に排除されている。データフローの方向でゾーン１０８、１１０、１１２は、データセキュリティ、即ちデータクリティカリティが最も高い第１のゾーン１０８から始まって、階層的に下降するように配置されており、データセキュリティはそれぞれデータフローで先行する少なくとも１つのゾーン１０８、１１０より低く、その結果として階層的に下降するように形成された直列接続の最後のゾーン、即ち図２で第３のゾーン１１２が最も低いデータセキュリティを備えた。
【００４２】
各ゾーン１０８、１１０、特にそれぞれのゾーン１０８、１１０の送信ユニット１２８（図３）は、出力側に少なくとも１つの構成可能なフィルタモジュールを有する。フィルタモジュールは、それぞれのゾーン１０８、１１０のデータ量のうち、低いデータセキュリティを備えたゾーン１１０、１１２へそれぞれのデータダイオード１２０を介して伝送するための少なくとも１つの設定可能なフィルタリングされていない部分量を提供する。フィルタモジュールによって、どのデータがそれぞれのゾーン１０８、１１０から出て、後続のデータセキュリティがより低いゾーンに提供され得るか選択可能である。
【００４３】
図３は、本発明による装置のそれぞれのゾーン１０８、１１０から別のゾーン１１０、１１２へのデータフローを原理的なブロック図で概略的に示しており、各ゾーンにはそれぞれ異なる種類のアプリケーションソフトウェア１２２、１２４が実装されている。より高いデータセキュリティを備えたゾーン１０８、１１０に実装されたそれぞれのアプリケーションソフトウェア１２２、１２４によって処理されたそれぞれのデータが、最初にこのゾーン１０８、１１０内に設けられている複数のプロトコルコンバータ１２６の１つに伝達される。プロトコルコンバータ１２６は、より高いデータセキュリティを備えたゾーン１０８、１１０によって処理可能なデータ伝送プロトコルを、データダイオード１２０によって伝送可能なデータ伝送プロトコルとプロトコル変換して結合するために用いる。プロトコル変換されたデータはプロトコルコンバータによって、より高いデータセキュリティを備えたゾーン１０８、１１０内に設けられたデータダイオード１２０の送信ユニット１２８に伝送される。送信ユニット１２８は、出力側が送信ユニット１２８のモジュレータ１３２に接続されたマルチプレクサ１３０を有しており、マルチプレクサ１３０は変調されたデータを送信ユニット１２８によって包含されている光信号を生成するためのレーザーダイオードに引き渡す。
【００４４】
マルチプレクサ１３０は、先行技術から知られているＯＳＩモデル（オープンシステム相互接続モデル）に従いＭＡＣ（メディアアクセス制御）層の形態の層２ａによって提供され、層２はさらにデータフロー制御装置を含むことができ、ＯＳＩモデルに従うセキュリティ層（データリンク層）である。プロトコルコンバータ１２６によって提供されるデータは、マルチプレクサ１３０により相応に異なるデータストリームの形態でデータダイオード１２０の形態における単一チャネルを介して伝送可能である。モジュレータ１３２は、ＯＳＩモデルに従ってビット伝送層（物理層）の形態の層１によって提供され、より高いデータセキュリティを備えたゾーン１０８、１１０にデジタルで存在するデータを、データダイオード１２０により伝送可能な変調されたアナログデータにコーディングするために用いる。レーザーダイオードはイーサネットトランシーバ、例えば、ＳＦＰ（挿抜可能小型フォームファクタ、Ｓｍａｌｌ  Ｆｏｒｍ−Ｆａｃｔｏｒ  Ｐｌｕｇｇａｂｌｅ）又はＳＦＰ＋の一部であり、光ファイバネットワークインターフェースとして用いられ、そのデータ受信ポート（Ｒｘポート）はブロックされている。
【００４５】
データセキュリティがより低いゾーン１１０、１１２（図３）は、データダイオード１２０の受信ユニット１３６を有しており、これはデータセキュリティがより高いゾーン１０８、１１０の送信ユニット１２８と、光ファイバケーブル１４０の形態のデータ伝送媒体１３８を介して接続されており、このケーブルは送信ユニット１２８のレーザーダイオード１３４から放出されたデータを含む光信号を、光信号を検出するためのフォトダイオード１４２を有するデータダイオード１２０の受信ユニット１３６に伝達する。さらに、受信ユニット１３６はデモジュレータ１４４を有しており、デモジュレータ１４４は入力側でフォトダイオード１４２から受信したデータストリームが供給され、出力側で復調されたデータを受信ユニット１３６のデマルチプレクサ１４６に転送する。受信ユニット１３６は、出力側で受信ユニット１３６によって処理されたデータを、少なくとも１つのプロトコルコンバータ１２６に伝達する。プロトコルコンバータ１２６はそれぞれ、データダイオード１２０によって伝送可能なデータ伝送プロトコルを、データセキュリティがより低いゾーン１１０、１１２によって処理可能なデータ伝送プロトコルとプロトコル変換して結合する。各プロトコルコンバータ１２６は、変換されたデータを別の処理のために様々なタイプのアプリケーションソフトウェア１２２、１２４に提供する。
【００４６】
フォトダイオード１４２は、光ファイバネットワークインターフェースとして用いられ、そのデータ受信ポート（Ｔｘポート）はブロックされているイーサネットトランシーバ（例えばＳＦＰ又はＳＦＰ＋）の一部である。デモジュレータ１４４は、ＯＳＩモデルに従いビット伝送層によって提供され、より低いデータセキュリティを備えたゾーン１１０、１１２によって処理可能なデータを、データダイオード１２０により伝送可能な変調されたアナログデータにデコーディングするために用いる。デマルチプレクサ１４６は、ＯＳＩモデルに従いＭＡＣ層によって提供され、送信ユニット１２８のマルチプレクサ１３０によって１つにされたデータストリームを分離するために用いる。
【００４７】
図２では、第１のゾーン１０８は生産ゾーンとして、第２のゾーン１１０は監視ゾーンとして、及び第３のゾーン１１２はサービスゾーンとして形成されている。
【００４８】
生産ゾーン１０８（図２）は、そのＭＥＳインターフェース１４８により、製造機械１０４を運用する企業にとって社内の製造ネットワーク１５０を介して、例えばローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を介して、製造機械１０４によって生産される製品の製造を管理するための製造管理システムの運転管理レベル１５２（製造実行システム、ＭＥＳ）のコンピュータと接続可能であり、及び／又はそのデータベースインターフェース１５４により、製造ネットワーク１５０を介して、特に長期間にわたって収集した機械データが保存又はバッファリングされて呼び出すことができるデータ記憶装置１５６と接続可能である。運転管理レベル１５２によって、工業プラントの複数の製造機械１０４が同時に自動的に制御可能であり、それにより製造プロセスを合理化することができ、ヒューマンエラー、例えばタイピングエラーを最小限に抑えることができる。データ記憶装置１５６には設定値、プロセス値、アラーム及び／又はイベントを長期間格納でき、又はデータを短期的に、特にＯＰＣ履歴データアクセス（ＨＤＡ）を使用してバッファリングすることができる。生産ゾーン１０８は、機械制御装置のデータの処理に加えて、これらのデータを運転管理レベル１５２のコンピュータ及び／又はデータ記憶装置１５６のコンピュータに転送するため、並びに運転管理レベル１５２のコンピュータ及び／又はデータ処理装置１５６のコンピュータに伝達されたデータの処理のために用いられる。データ処理は、生産プロトコル１７４及び生産レポート１７４の生成を含む。
【００４９】
監視ゾーン１１０（図２）は、製造機械１０４を運用する企業にとって社内のオフィスネットワーク１５８を介して、例えば別のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１６４を介して、工業プラントのすべての製造機械１０４のデータのデータ一覧を生成できるコンピュータと接続可能であり、及び／又はモバイル端末１６２、例えばタブレット、ラップトップ及び／又はスマートフォンと接続されている。監視ゾーン１１０（図２）は、製造機械１０４のデータに関するデータ一覧１６０を生成し、傾向１７８を認識し、製造機械１０４の運転状態１７６を記録するために用いられ、それぞれ監視ゾーン１に伝達された製造機械１０４の機械制御装置１１８のデータから計算される。データ一覧１６０によって製造機械１０４の効率を監視することができ、効率の低いコンポーネントを検出できる。さらに、最も重要な性能指標を表示する場合にデータ一覧１６０を用いて製造機械１０４の特に良好な概観を得ることができる。データ一覧１６０は、端末１６２のブラウザを介して呼び出すことができる。
【００５０】
サービスゾーン１１２（図２）は、外部ネットワーク１６６を介して、例えばワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して、好ましくはインターネットを介して、特に好ましくはクラウドコンピューティングを使用して、ディレクトリ１６８及び／又は文書１６８を作成するためのコンピュータと接続可能であり、及び／又は保守インターフェース１７０による外部ネットワーク１６６を介して製造機械の製造者１７２のコンピュータと接続可能である。ディレクトリ１６８及び／又は文書１６８は、クラウド（クラウドコンピューティング）内にあってよく、製造機械１０４のスペアパーツのリストを含むことができる。文書１６８は、製造機械１０４と付属する構成要素、特に本発明による装置に関する技術情報を含む。サービスゾーン１１２は、製造機械の運転状態１７６を記録するため、及び／又はリモート診断１８０を実行するために用いる。リモート診断１８０の枠内で、機械メーカーは生産者にトラブルシューティングのための支援を提供することができる。
【００５１】
以下に、本発明による装置の例示的な用途及びそれらの利点を詳細に説明する。
【００５２】
リモート診断：サービスゾーン１１２を導入することにより、機械メーカー１７２はリモート診断１８０を提供できるが、これは生産者にとって追加のリスクや追加の検証作業を意味しない。製造者１７２によるアクセスは、データフィルタによりサービスゾーン１１２からのデータの部分量に制限されている。
【００５３】
機械の最適化：製造機械１０４にサービスゾーン１１２を導入することにより、機械１０４の利用データを検出して機械メーカー１７２に送信することができる。機械メーカーはこれらのデータは、今後の開発と改善の基礎として用いることができる。それにより次世代の機械は、顧客の実際の利用行動により良好に適合させることができる。
【００５４】
効率データの検出：様々なゾーン１０８、１１０、１１２を形成することにより、オフィスネットワーク１５８又はクラウドサービスに効率データを提供することができる。生産ライン及び機械１０４の効率データ取得、例えば設備総合効率（ＯＥＥ）は、生産者がプロセスの変化を評価し、改善の可能性を特定することを可能にする。特に特性数の把握は必ずしもＧＭＰ関連ではない。したがって特性数の把握は、生産ゾーン１０８への書き込みアクセスを必要とせず、それぞれの情報のみを必要とする。その限りで、特性数把握と評価を固有のゾーン１１０、１１２で行うことが可能である。
【００５５】
保守計画：様々なゾーン１０８、１１０、１１２を形成することにより、運転時間情報の提供が可能になり、それによって保守計画が改善される。製造機械１０４における保守活動の計画は、理想的には、個々のコンポーネント又はアセンブリの運転時間又は切り替えサイクルに関するデータを必要とし、例えば特定の数の切り替えサイクル後にバルブを交換し、又は特定の動作時間後にシーリングを交換しなければならない。一方では、機械メーカー１７２は運転時間情報を使用して、生産者が注文する前にスペアパーツの供給を準備することができ、又は生産者に発生する保守作業に関する情報を提供することもでき、他方では、生産者はこの情報を利用してより効率的な保守計画を策定できる。
【００５６】
予知保全（Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ  Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）：様々なゾーン１０８、１１０、１１２を形成することにより、コンポーネントの交換が必要な時期を推定するために、機械データ、例えばバルブの切り替え時間などのデータに裏付けられた分析が可能になる。このために装置は、非生産ゾーン、即ち監視１１０又はサービスゾーン１１２におけるローカル処理を可能にする。さらに、相応のアプリケーションソフトウェア１２２、１２４（図３）を外部サービスに結合することができる。
【００５７】
アプリケーションソフトウェアの事前検証：様々なゾーン１０８、１１０、１１２を形成することにより、非生産ゾーン、例えば監視ゾーン１１０又はサービスゾーン１１２で新しくインストールされたアプリケーションソフトウェア１２２、１２４（図３）を、使用されているアプリケーションソフトウェア１２２、１２４と並行して実行することが可能となる。この場合、上記の両ゾーン１０８、１１０、１１２でソフトウェア１２２、１２４に同一の生産データを供給し、それによって新しくインストールされたアプリケーションソフトウェア１２２、１２４が、既に実装済みのアプリケーションソフトウェア１２２、１２４と同じ結果をもたらすかテストできる。このようにして新しくインストールされたアプリケーションソフトウェア１２２、１２４が、工業プラントの完全性、セキュリティ及び／又は生産性を損なわないか運転中にテストすることができる。
【００５８】
生産プロトコル：様々なゾーン１０８、１１０、１１２を形成することにより、監視ゾーン１１０又はサービスゾーン１１２でプロトコル１７４（図２）及びレポート１７４を生成することを可能にする。なぜなら、生産情報の準備、例えば生産プロトコル１７４の生成は、生産ゾーン１０８へのアクセスを必要とせず、単に機械データへのアクセスのみを必要とするからである。
【００５９】
ＧＭＰ文書：異なるゾーン１０８、１１０、１１２でＧＭＰ関連ソフトウェアと非ＧＭＰ関連ソフトウェア１２２、１２４を分離することにより、必要なＧＭＰ文書の範囲は、生産ゾーン１０８におけるＧＭＰ関連ソフトウェア１２２、１２４に縮小できる。
【００６０】
安全でないネットワーク１６６を介したアラームの安全な接続：装置は、アラーム、ステータスメッセージ及びその他の情報を、特に安全でないネットワーク１６６、例えばインターネット及び／又はモバイルネットワークを介して、生産者にとってセキュリティリスクがなく、直接端末装置１６２、例えばブレット、ラップトップ、スマートフォンに送ることを可能にする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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