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08-04-2020 | Industrie 4.0 | Im Fokus | Article

Maschinen und IT-Systeme sprechen bald die gleiche Sprache

Author:
Thomas Siebel
3:30 min reading time

Cloud, Produktionsleitebene und Maschinen bis hin zu Sensoren sollen im IIoT nahtlos und in Echtzeit kommunizieren. Die nötigen OPC UA-Schnittstellstandards sollen noch in diesem Jahr veröffentlicht werden.

Die Komponente eines beliebigen Herstellers beschaffen, an die Maschine anschließen, kurz warten, bis das IT-System die Komponente erkannt und konfiguriert hat – und losproduzieren: Im Maschinenbau dürfte dieses Plug-and-Produce-Szenario ab dem Jahreswechsel 2020/21 zunehmend Realität werden. Grund zum Optimismus bietet dazu eine gemeinsame Pressekonferenz des Vereins Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken (VDW) und des Verbands Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA). Demnach soll der Corona-Krise zum Trotz noch in diesem Jahr erstmals eine harmonisierte Spezifikation für OPC UA-Schnittstellen im Maschinenbaubau veröffentlicht werden. So unterschiedliche Industrien wie der Automobilbau, die Medizintechnik oder der Verpackungsmaschinenbau dürfen damit bereits ab Jahresende mit Produkten rechnen, die  sich problemlos in eine vollständig vernetzte Produktion einfügen.

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A Framework for Industrial Internet of Things

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OPC UA verbindet Sensoren mit der Cloud

Die beiden Verbände haben sich bereits vor Jahren für den Kommunikationsstandard OPC UA ausgesprochen. Der von der OPC Foundation entwickelte Standard soll es Systemen und Maschinen in der Produktion erlauben, nahtlos und herstellerunabhängig miteinander zu kommunizieren. Aus verschiedenen Gründen stößt der Informationsfluss innerhalb der Produktionskette bislang noch an Grenzen. Mithilfe des OPC UA-Standards sollen sie schrittweise angegangen werden:

  • Für den Informationsaustausch zwischen verschiedenen Kommunikationsebenen – zum Beispiel von Maschine zu Maschine oder zwischen Maschine und System – nutzen die Hersteller mit I/O, Serial oder CAN eine Vielzahl von Schnittstellen. Um das Zusammenwirken der unterschiedlichen Komponenten zumindest zu vereinfachen, hat die OPC Foundation eine Reihe von in der Industrie akzeptierten Protokollen veröffentlicht, wie die Autoren um Burkhard Corves im Kapitel Robotik 4.0  im Handbuch Industrie 4.0: Recht, Technik, Gesellschaft ausführen.
  • Die sogenannte OPC Unified Architecture (OPC UA) geht über diese Protokollsammlung hinaus und soll unter anderem einen einheitlichen Datenzugriff und ein problemloses Migrieren neuer Technologien sicherstellen, wie die Autoren weiter schreiben. Zudem schafft die OPC UA-Spezifikation unter anderem Grundlagen für ein Sicherheitsmodell in der Datenkommunikation, für ein Adressraummodell, ein Informationsmodell oder die Abbildung abstrakter Dienste auf konkrete Technologien.
  • Bislang sind hauptsächlich die höheren Schichten der industriellen Kommunikation wie etwa die  Leitebene an das Internet angebunden, wie die Autoren um Sergej Gamper im Kapitel Untersuchung der Netzlastrobustheit von OPC UA-Standard – Profile, Geräte und Testmethoden im Buch Kommunikation und Bildverarbeitung in der Automation schreiben. Mit dem  Industrial Internet of Things (IIoT) durchdringt das Internet die Produktionsketten nun aber bis hin zur untersten Feldbusebene. Allerdings sind die Anforderungen der Leitebene an Verfügbarkeit und Echtzeitfähigkeit im Vergleich zur Feldebene deutlich geringer. Mit der Weiterentwicklung von OPC UA-Standards soll eine hochleistungsfähige internetbasierte Kommunikation bis auf die Sensor- und Aktorebene von Fabriken und industriellen Anlagen vordringen.

Gemeinsames Auftreten unter der Marke umati

Die Verbände VDW und VDMA haben innerhalb der letzten drei Jahren gemeinsam mit hunderten Industrieexperten und in Abstimmung mit der OPC Foundation den OPC UA-Standard in die Nähe eines breiten industriellen Einsatz‘ gebracht. Mehr als 17 Fachverbände aus den unterschiedlichsten Fachrichtungen des Maschinenbaus haben dabei technologiespezifische Produkt- und Funktionsbeschreibungen in sogenannten OPC UA-Companion Specifications definiert. Diese Informationsmodelle, verknüpft mit dem OPC UA-Standard, bilden nach Darstellung von VDW und VDMA die Basis für eine echte Interoperabilität zwischen Maschinen- und Softwaresystemen, von der Produktionsstätte bis hin zur Cloud. Noch im Sommer oder Herbst des Jahres 2020 sollen erste finale Versionen einer „OPC UA Specification for Machine Tools“ sowie die übergeordnete „OPC UA Specification for Machinery“ veröffentlicht werden. Mit ersten kommerziell angebotenen Produkten, die eine Konnektivität gemäß der neuen Standards erlauben, rechnen die Verbände noch für Ende 2020. Unter dem Markennamen  umati (sic) wollen VDMA und VDW zudem die Verbreitung der OPC UA-Standards im Maschinen- und Anlagenbau vorantreiben.

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