1. Überblick über Fernüberwachungssysteme: Seit den 1990er Jahren haben sich mit der rasanten Entwicklung von Wissenschaft und Technologie die Produktionsgewohnheiten und Lebensstile der Menschen grundlegend verändert. Überwachungstechnologien gewinnen als Schlüsseltechnologie in Leben und Produktion zunehmend an Bedeutung und Wertschätzung. Die Entwicklung von Überwachungssystemen lässt sich als Geschichte der zentralisierten Überwachung bis hin zur vernetzten Überwachung beschreiben. Frühe Überwachungssysteme nutzten große Instrumente zur zentralen Überwachung des Zustands verschiedener wichtiger Anlagen und wurden zentral über Bedienfelder gesteuert. Computergestützte Überwachungssysteme hingegen sind integrierte Systeme, bestehend aus einem Überwachungs- und Steuerungsrechner als Kernkomponente sowie Detektionsgeräten, Aktoren und dem zu überwachenden und zu steuernden Objekt (dem Produktionsprozess). In diesem System realisiert der Computer die Funktionen der Erfassung, Überwachung und Steuerung des Produktionsprozesses. In der modernen Unternehmensproduktion und -verwaltung erfordern zahlreiche physikalische Größen, Umweltparameter, Prozessdaten und Kenngrößen die Echtzeit-Erfassung, -Überwachung, -Steuerung und automatische Regelung. Aufgrund der hohen Anforderungen an Umweltanpassungsfähigkeit, Echtzeitfähigkeit und Zuverlässigkeit der industriellen Produktionsprozesssteuerung haben sich automatische Steuerungs- und Erfassungstechnologien eigenständig weiterentwickelt. Die in der Mess- und Regelungstechnik eingesetzten Kommunikationstechnologien sind in sich geschlossene Systeme. Viele Kommunikationsprotokolle sind nicht offen, und die meisten Systeme sind auf einzelne Geräte oder Gerätetypen ausgerichtet. Mit steigender Produktivität hat sich die Geräteverteilung zunehmend dezentralisiert. Einzelne, unabhängige Überwachungssysteme genügen den Anforderungen der Industrialisierung nicht mehr, weshalb verteilte Systeme entstanden sind. Diese Systeme basieren auf Computernetzwerken, was eine effizientere Zuweisung von Systemressourcen ermöglicht. Da die meisten derzeit betriebenen verteilten Überwachungssysteme jedoch noch in lokalen Netzwerken (LANs) laufen, sind Messung und Regelung in der Regel auf denselben Standort beschränkt, was geografische Einschränkungen mit sich bringt. Das Internet ermöglicht die gemeinsame Nutzung von Ressourcen und erlaubt es so, Probleme zu lösen, die mit extrem begrenzten Ressourcen in der Vergangenheit schwer zu bewältigen waren. Dies schafft günstige Voraussetzungen für die Entwicklung von Fernüberwachungssystemen [1]. Fernüberwachung bezeichnet die Überwachung und Steuerung entfernter Endgeräte durch einen lokalen Computer über ein Netzwerk wie das Internet/Intranet. Dadurch werden die Funktionen der Statusüberwachung des verteilten Steuerungsnetzwerks sowie der Diagnose und Wartung der Geräte realisiert. Als Fernüberwachungssystem bezeichnen wir üblicherweise Kommunikationsmedien, Computersoftware und Hardware, die Fernüberwachung ermöglichen. In Situationen, in denen Feldgeräte weit verteilt sind oder die Datenerfassung schwierig ist, ist es notwendig, den Betriebszustand der Anlagen zeitnah zu überwachen und effektiv zu steuern. Dies ist die Anforderung an Fernüberwachungstechnologie in der industriellen Produktion. 2. Aktueller Stand und Analyse der Entwicklung von Fernüberwachungssystemen 2.1.1 Funktionsanalyse von Fernüberwachungssystemen Es gibt zwei Arten von Fernüberwachungssystemen. Die erste Art betrifft Produktionsstätten ohne dediziertes Vor-Ort-Überwachungssystem. Die Daten werden erfasst und direkt zur Verarbeitung an einen entfernten Computer gesendet. Diese Art der Fernüberwachung unterscheidet sich nicht wesentlich von der herkömmlichen Vor-Ort-Überwachung, außer dass die Datenübertragungsdistanz größer ist. Die zweite Art kombiniert Vor-Ort- und Fernüberwachung. In der Regel wird Feldbustechnologie eingesetzt, um Sensoren und Überwachungsgeräte auf verschiedenen Geräten zu verbinden und so von diskreten Einheiten zu integrierten Einheiten zu gelangen. Die Dienste jeder Managementstation sind dann über ein lokales Netzwerk (LAN) verbunden und bilden so ein Unternehmensintranet. Mit dem Aufbau einer grundlegenden Netzwerkinfrastruktur haben Überwachungs- und Wartungstechnologien für Anlagen die Phase integrierter Systeme erreicht und ermöglichen im Wesentlichen die gemeinsame Nutzung von Ressourcen und Informationen innerhalb einer einzigen Einheit. Die per Fernsteuerung realisierten Funktionen sind: Erfassung und Verarbeitung: Erfassung, Abtastung und Vorverarbeitung verschiedener analoger oder digitaler Größen im Produktionsprozess und deren Ausgabe in einem bestimmten Format, z. B. als gedruckte Berichte, auf Bildschirmen oder Fernsehbildschirmen, um dem Produktionspersonal detaillierte Daten zur Analyse und zum Verständnis der Produktionssituation bereitzustellen; Überwachung: Analyse, Zusammenfassung, Organisation und Berechnung der erfassten Echtzeitdaten sowie der vom Produktionspersonal im Produktionsprozess eingegebenen Anweisungen und Daten und deren Speicherung als Echtzeit- und historische Daten; Management: Analyse der Arbeitsbedingungen, Diagnose von Fehlern und Prognose von Risiken anhand vorhandener effektiver Daten, Bilder, Berichte usw. sowie Alarmierung von Fehlern und Notfällen in Form von akustischen, optischen und elektrischen Signalen; Steuerung: Verarbeitung der erfassten Informationen, Erstellung von Steuerungsausgaben gemäß der vordefinierten Steuerungsstrategie und direkte Einwirkung auf den Produktionsprozess. Das auf B/S und C/S basierende Fernüberwachungssystem nutzt das Netzwerk als Kommunikationsplattform. Es basiert auf HTTP-Technologie, zeichnet sich durch Einfachheit und Effizienz aus und hat sich zu einer der am weitesten verbreiteten Informationsinteraktionsplattformen in Informationsnetzwerken entwickelt [2]. Das System verwendet Netzwerkkommunikationstechnologien wie Socket-Technologie, Datenerfassungstechnologien und objektorientierte Softwaretechnologien, um Module für Systemmanagement, Benutzerverwaltung, Geräteüberwachung, Datenanzeige und Alarmierung zu implementieren. Zu seinen Vorteilen zählen die optimale Nutzung vorhandener LAN- und WAN-Ressourcen, ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis sowie die Fokussierung auf Echtzeit-Informationserfassung und -steuerung, um eine umfassende gemeinsame Nutzung und integrierte globale Verwaltung von Informationen, Ressourcen und Aufgaben zu ermöglichen. Beispielsweise übermittelt das Überwachungssystem den Betriebszustand der Geräte an den Server, der diesen an verschiedene Client-Knoten weiterleitet. Mitarbeiter können dann den Gesamtstatus und den Betrieb des Systems vom Client aus (in der Regel remote) überwachen. Kurz gesagt: Für Unternehmen nutzt es moderne Technologien optimal, um die Herausforderungen der Echtzeit-Datenerfassung, -übertragung, -verarbeitung und -steuerung zu lösen. Diese Vorteile haben seine rasante Entwicklung ermöglicht. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Netzwerktechnologie wird die Fernüberwachung zunehmend im Produktionsmanagement von Unternehmen eingesetzt. Fachkräfte können Produktionsprozesse über das Internet steuern und warten, Produktionstechniken optimieren, die Anlagenverfügbarkeit verbessern und letztendlich Produktionskosten senken und die Effizienz steigern. 2.1.2 Vorteile von Fernüberwachungssystemen: Mithilfe der Fernüberwachung lassen sich das interne Informationsnetzwerk (Intranet) und das Steuerungsnetzwerk des Unternehmens effektiv verbinden, um den Produktions- und Betriebsstatus in Echtzeit zu erfassen und eng mit der Unternehmensstrategie zu verknüpfen. Dadurch wird eine umfassende Automatisierung des Unternehmens ermöglicht und eine Überwachungsdaten- und Online-Wissensdatenbank innerhalb des Netzwerks aufgebaut. Durch die Fernüberwachung können Betriebsdaten vor Ort in Echtzeit erfasst und schnell zusammengeführt werden. Die gewonnenen Überwachungsdaten bilden eine wichtige Grundlage für die Ferndiagnose von Fehlern. Durch Fernüberwachung müssen Techniker nicht mehr vor Ort oder in schwierigen Umgebungen sein, um den Betriebszustand und verschiedene Parameter von Produktionssystemen und Anlagen zu überwachen und zu steuern. So können professionell geschulte Mitarbeiter virtuell an vielen Überwachungsorten präsent sein, die vorhandenen Software- und Hardware-Ressourcen nutzen, um fortschrittliche Prozesssteuerungen an entfernten Objekten durchzuführen und den reibungslosen Betrieb der Anlagen aufrechtzuerhalten. Dadurch wird die Anzahl der anwesenden Mitarbeiter reduziert und letztendlich ein unbemannter oder minimaler Personaleinsatz am entfernten Standort erreicht. Dies trägt zur Personalreduzierung und Effizienzsteigerung bei[3]. Immer mehr Unternehmensgruppen expandieren derzeit über verschiedene Regionen hinweg. Der Einsatz von Netzwerktechnologie für die Fernüberwachung ist für Unternehmen von großer Bedeutung, da er die Produktionskosten senkt, die Arbeitsproduktivität steigert, den technologischen Gehalt ihrer Produkte erhöht und ihre Wettbewerbsfähigkeit insgesamt stärkt. 2.1.3 Technische Probleme von Fernüberwachungssystemen Mit der rasanten Entwicklung der Netzwerktechnologie und der Ausweitung des Überwachungsbereichs haben sich Überwachungssysteme von der Einzelmaschinenüberwachung zur Netzwerküberwachung weiterentwickelt. Es bestehen jedoch weiterhin einige Probleme. Erstens ist die Netzwerkkommunikationstechnologie oft unzureichend. Sie ist die wichtigste Technologie für die Fernüberwachung. Aktuell nutzt die Netzwerkkommunikation jedoch meist einfache Socket-Technologien oder sogar FTP oder E-Mail. Diese Technologien weisen Defizite hinsichtlich Datenübertragungsvolumen, Programmierflexibilität und Sicherheit auf. Insbesondere bei der Datenerfassung von mehreren Endpunkten vor Ort erhöht dies die Programmierkomplexität erheblich und erfüllt nicht die Anforderungen an die Netzwerkkommunikation von Fernüberwachungstechnologien. Hinzu kommt das Problem der Koexistenz mehrerer Strukturen in der Netzwerkkommunikation. Die meisten aktuellen Fernüberwachungssysteme sind komplex strukturiert, über große Entfernungen verteilt und leiden unter Unterschieden in lokalen Netzwerken (LANs), Plattformen und sogar in Betriebssystemen und Programmiersprachen innerhalb desselben LANs. Dies erfordert die Integration verschiedener Plattformen in das Netzwerk, um die plattformübergreifende Kommunikation zu ermöglichen – Probleme, die mit traditionellen Methoden schwer zu lösen sind. 3. Nationale und internationale Forschungsdynamik der Fernüberwachungstechnologie Die Fernüberwachung ist sowohl national als auch international ein hochaktuelles Forschungsthema mit laufender aktiver Forschung [4-5]. Im Januar 1997 fand die erste internetbasierte Konferenz zur Fernüberwachungsdiagnose unter gemeinsamer Leitung der Stanford University und des MIT statt, an der über 50 Vertreter aus 30 Unternehmen und Forschungseinrichtungen teilnahmen. Die Konferenz befasste sich hauptsächlich mit offenen Architekturen für Fernüberwachungssysteme, Diagnoseverfahren, Übertragungsprotokollen und rechtlichen Nutzungsbeschränkungen und wagte zudem einen Ausblick auf zukünftige technologische Entwicklungen. Die Stanford University und das MIT entwickelten gemeinsam ein internetbasiertes Fernüberwachungs- und Diagnose-Demonstrationssystem der nächsten Generation. Dieses Projekt erhielt begeisterte Unterstützung und enge Zusammenarbeit von zwölf führenden Unternehmen aus der Fertigungs-, Computer- und Messtechnikbranche, darunter Sun, HP, Boeing, Intel und Ford. Anschließend starteten diese Unternehmen gemeinsam das experimentelle System „Testbed“. Testbed nutzt eingebettete Webnetzwerke sowie Echtzeit-JAVA und Bayes'sche Netze, um erste Informationsüberwachungs- und Diagnoseverfahren im Internet zu ermöglichen. Darüber hinaus haben zahlreiche internationale Organisationen wie MIMOA (Machine Information Management Open System Alliance), SMFPT (Society for Machinery Failure Prevention Technology) und COMADEM (Condition Monitoring and Engineering Management) die Geräteüberwachung und Fehlerdiagnoseberatung sowie die Technologieentwicklung über das Netzwerk vorangetrieben und Informationsaustauschformate und -standards formuliert. Viele große Unternehmen haben ihre Produkte zudem um Internetfunktionen erweitert. Beispielsweise kann Bentleys Online-System zur Anlagenüberwachung DataManager200 Betriebsstatusinformationen über Network Dynamic Data Exchange (NetDDE) an entfernte Endgeräte senden. Auch National Instruments hat seine Produkte LabWindows/CVI und LabVIEW[6] um Netzwerkkommunikationsmodule erweitert, sodass Überwachungsdaten innerhalb der Netzwerkreichweite per WWW, FTP und E-Mail übertragen werden können. Frankreich. ALARM. Die Forschungsgruppe forscht seit Langem an intelligenten Alarm- und Überwachungssystemen für Produktionsprozesse und wendet diese in verschiedenen Projekten an. Auch in China wird aktiv an Fernüberwachungstechnologien geforscht. Universitäten wie die Xi'an Jiaotong University, die Huazhong University of Science and Technology, das Harbin Institute of Technology und die Nanjing University of Science and Technology haben bereits relativ fortgeschrittene Forschungsergebnisse erzielt. Beispiele hierfür sind das RMMD-System zur computergestützten Zustandsüberwachung und Fehlerdiagnose großer rotierender Maschinen der Xi'an Jiaotong Universität, das KBGMD-System zur Betriebszustandsüberwachung und Diagnose von Dampfturbinen der Huazhong Universität für Wissenschaft und Technologie sowie das MMMDES-System zur mikrocomputergestützten Zustandsüberwachung und Fehlerdiagnose von Anlagen des Harbin Institute of Technology. 4. Perspektiven und Ausblick: Die Computerbranche hat eine neue Revolution erlebt, die moderne Steuerungstechnik und Grafiktechnologie vereint. Ziel ist es, den Menschen jederzeit und überall nahtlose, hochwertige, benutzerfreundliche und kostengünstige Informationsressourcen bereitzustellen und so einen echten Einzug in ihren Alltag zu ermöglichen. Auch das technische Niveau computergestützter Überwachungssysteme hat sich rasant von der anfänglichen analogen Informationsübertragung und -steuerung hin zur digitalen und vernetzten Informationsübertragung und -steuerung entwickelt. Derzeit ist die Nutzung von Internettechnologie der Standard für Fernüberwachungstechnologien. Dank der Unterstützung des TCP/IP-Protokolls und des WWW-Standards ist die Softwarestruktur so organisiert, dass Mitarbeiter durch Zugriff auf den Netzwerkserver schnell alle relevanten Informationen abrufen und zeitnah reagieren können. Zukünftig wird die Entwicklung eingebetteter Systeme noch schneller und ausgereifter verlaufen. Diese neue Technologie wird früher oder später in Fernüberwachungssystemen eingesetzt und stellt eine der zukünftigen Entwicklungsrichtungen von Überwachungssystemen dar. Eingebettete Überwachungssysteme ermöglichen die lokale Informationsverarbeitung, verbessern die Serverleistung und ermöglichen jedem Gerät Internetzugang und Servicefunktionen. Das heißt, jedes Gerät kann unabhängig Dienste bereitstellen, wodurch Qualität und Umfang der Überwachung erheblich verbessert werden [7]. Die Anwendung von Netzwerkkommunikationstechnologie in Mess- und Steuerungssystemen hat auch den Bereich der Sensoren erreicht. Der Netzwerkschnittstellenchip wird in den intelligenten Sensor integriert, und das Kommunikationsprotokoll wird im ROM des intelligenten Sensors verankert, was zur Entstehung von Netzwerksensoren führt [8]. Netzwerksensoren übernehmen alle Funktionen intelligenter Sensoren und können mit Computernetzwerken kommunizieren. Daher werden sie in Feldbus-Steuerungssystemen weit verbreitet eingesetzt und haben sich zu digitalen Sensoren auf Feldebene entwickelt. Viele ausländische Gerätehersteller haben verschiedene Netzwerksensoren entwickelt. Die Forschung an Netzwerksensoren in China befindet sich noch im Grundlagenforschungsstadium, und es sind noch keine ausgereiften Netzwerksensoren auf dem Markt. Die Entwicklung der Überwachungstechnologie ist stets eng mit dem Fortschritt neuester Technologien verbunden, und die Anwender fordern kontinuierlich einen höheren Komfort und eine bessere Echtzeitfähigkeit der Fernüberwachung. Daher ist es unerlässlich, neueste Technologien effektiver und zeitnaher einzusetzen, um die kontinuierliche Weiterentwicklung der Fernüberwachung zu gewährleisten und den Bedürfnissen der Menschen besser gerecht zu werden. Referenzen: [1] Cao Junyi, Liu Shuguang. Fernmess- und -steuerungstechnologie auf Internetbasis [J] 2001, 6: 17-21. [2] Sun Deming, He Zhengjia. Schneller Aufbau eines webbasierten Fernmess- und -steuerungssystems [J]. Computer Engineering and Applications. 2003, 23: 160-162. [3] Zhu Wenkai, Tao Bo, He Lingsong. Internetbasiertes Mess- und Steuerungssystem und vernetzte Instrumente. China Metrology. 2004, 7: 53-54. [4] Yang Shuzi, Shi Tielin, Li Dongxiao. Entwicklung und Design eines verteilten Überwachungs- und Diagnosesystems [J]. Vibration, Testing and Diagnosis. 1997, 17(1): 1-6. [5] Nichols H.MC, Bernard C.B. und Avid MH. Ferndiagnose von Instrumenten über das Internet [J]. IEEE Intelligent System. 1998, (5): 70–76. [6] Ling Zhenbao, Wang Jun, Ma Xinlu. Forschung zu einem Netzwerkmess- und -steuerungsmodell. Instrumentation Technology and Sensors. 2003, 2: 37–38. [7] Zhu Wenkai, Tao Bo, He Lingsong. Eingebettetes E-Wartungsgerät auf Internetbasis. Measurement and Control Technology. 2002, 21(6): 17–21. [8] Zhu Wenkai, He Lingsong, Ding Han et al. Eingebetteter Websensor auf Internetbasis [J]. Sensor Technology. 2002, 8: 1–4.