Miteinander im Standard sprechen

MES - OPC UA ist gerade in Europa gut akzeptiert und immer mehr in Gebrauch. Bisher stand der einseitige Datentransfer im Fokus. Eine MES-Lösung mit integriertem OPC-UA-Server ermöglicht nun, Daten an verschiedene Empfänger weiterzugeben.

25. März 2019
robotic arms in a car plant

Im Maschinen- und Anlagenbau etabliert sich zunehmend der Standard OPC UA. Die Abkürzung steht für Open Platform Communications Unified Architecture. Der offene Schnittstellenstandard soll die Mechanismen der Zusammenarbeit im industriellen Umfeld definieren. Er befähigt den Maschinen- und Anlagenbau, die Fertigung mithilfe der IT digital zu vernetzen.

Framework für Interoperabilität

Maschinen und Anlagen können so per Plug & Work nach Bedarf umgestaltet werden – unabhängig von welchen Herstellern die Maschinen und Komponenten in der Produktion auch stammen. »OPC UA ist ein Framework für industrielle Interoperabilität. Das bedeutet, dass man damit standardisiert Daten und deren Bedeutung – also Informationen – über Schnittstellen austauschen kann«, erklärt Stefan Hoppe, Globaler Vizepräsident der OPC Foundation. »Das ist wie ein USB-Stecker – es erlaubt Maschinen, Geräte, Dienste und deren Interaktion zu beschreiben.«

Letztlich reduziere OPC UA Kosten für Software-Engineering. »Aktuell drängen Betreiber wie Volkswagen, Miele unter anderem auf eine verbindliche Einführung. Damit erhöht sich der Druck für eine flächendeckende Adaption des Standards.« Ein weiterer Vorteil ist die deutlich verbesserte Security: OPC UA wurde unter dem Aspekt Security by design entwickelt. »Dies wurde vom Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik bestätigt. Maschinenbauer haben eben spezielles Kernwissen in ihrer Domäne – häufig aber nicht in der IT-Sicherheit. Einen transparenten Standard zu nehmen, der validiert wurde und Konsens ist, macht also Sinn«, so Hoppe weiter.

Leichterer Datenzugriff und leichtere Integration

Thomas Krainz, Mitglied der Geschäftsleitung beim MES-Anbieter Industrie Informatik und verantwortlich für den Bereich Strategisches Produktmanagement, setzt auf einen integrierten OPC-UA-Server: »Stand bisher bei der Nutzung der OPC-Technologie der einseitige Datentransfer von der Maschine in die IT im Fokus, so gehen wir mit der MES-Lösung Cronetwork einen Schritt weiter. Mittels integriertem OPC-UA-Server wird die Weitergabe der Daten an die verschiedensten Empfänger möglich.«

Krainz sieht durch die einheitliche Nutzung des Standards deutliche Vorteile für alle Beteiligten: »Als IT-Unternehmen haben wir eine leichtere Kommunikation in den Projekten, die Effizienz steigt zudem. Automatisierer und Steuerungsspezialisten können sich in Zukunft in den Projekten auch um andere Dinge kümmern und müssen nicht immer an individuellen Schnittstellen arbeiten.«

Bei den Maschinenbauern werde für unterschiedliche Systeme und Dienstleister der Datenzugang leichter. Künftig könnten dadurch weitere Zusatzservices und Dienstleistungen zu den Maschinen entstehen. »Es entstehen neue Services um die Standards herum – und das nicht nur aus Sicht eines MES-Anbieters.« Durch den leichteren Datenzugriff werde auch die Kommunikation und Integration für alle leichter. Auf Kundenseite schließlich würden sich Zeit- und Kostenersparnisse bei Implementierung und im laufenden Betrieb ergeben.

In Europa am weitesten fortgeschritten

Nach Ansicht von Experten hat der Industrie-4.0-Standort Deutschland speziell und Europa allgemein im internationalen Vergleich die Nase vorn, was Akzeptanz und Nutzung von OPC UA betrifft. »Ich sehe die Adaption in Europa am weitesten fortgeschritten – die Industrie-4.0-Initiative hat einen riesigen Schub gegeben«, verdeutlicht Hoppe. »Der VDMA hat frühzeitig erkannt, dass die standardisierte Beschreibung der Daten und Schnittstellen und deren Bedeutung das Wichtigste für die Umsetzung von Industrie 4.0 und dem Industrial Internet of Things sind.«

»Automatisierer können sich künftig in Projekten um andere Dinge kümmern und müssen nicht an individuellen Schnittstellen arbeiten.«

— Thomas Krainz, Industrie Informatik GmbH

So entstehen beim VDMA derzeit in 15 verschiedenen Fachgruppen von Mitgliedsfirmen sogenannte »OPC UA Companion Spezifikationen«, unter anderem in den Bereichen der Robotik, der Spritzgießmaschinen und der intelligenten Kameras. Dabei geht es darum, standardisierte Daten und Schnittstellen zu definieren. »Der VDMA koordiniert auch diese Gruppen untereinander, um Überlappungen zu vermeiden, was einer Herkulesaufgabe gleichkommt. Andere Länder schauen auf diese Aktivitäten, um diese schnellstmöglich zu übernehmen«, führt Hoppe aus.

Laufende Optimierung

MES-Experte Krainz sieht diese Pole Position ebenfalls: »Speziell im DACH-Bereich wird die OPC-UA-Technologie stark forciert und hat sich etabliert. Diese drei Länder sind geprägt von Standardisierung und laufender Optimierung.« Die ins Leben gerufenen Initiativen rund um Industrie 4.0 durch die Politik unterstreichen zudem die Relevanz von OPC UA.

Glaubt man aktuellen Umfragen, so ist das Thema Standardisierung die wohl größte Herausforderung bei der Umsetzung von Industrie-4.0-Maßnahmen. Vor allem hinsichtlich Maschinen- kommunikation herrscht hier ein Konglomerat an den unterschiedlichsten Kommunikationsprotokollen und Treibern. Anlagenspezifische Individuallösungen stehen an der Tagesordnung.

Daten in Echtzeit dorthin, wo sie benötigt werden

Mit Cronetwork MES durchbricht der Softwareanbieter Industrie Informatik eigenen Angaben zufolge diesen Kreis und setzt mit einem integrierten OPC-UA-Server auf Standardkommunikation im maschinellen Umfeld. So können mittels OPC-UA-Server auch Daten und Informationen in den Shopfloor zurückgeliefert werden.

Ziel dabei ist nicht die Übernahme der Maschinensteuerung, sondern die umfassende Datenerfassung inklusive der Maschinen- und Betriebsdaten und die anschließende Weitergabe unter Einhaltung des OPC-Kommunikationsstandards – und zwar an die verschiedensten Empfänger entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Die möglichen Einsatzgebiete und -szenarien sind dementsprechend vielseitig. »Wir sind in der Lage, sämtliche Daten im MES in Echtzeit und auftragsbezogen dorthin zu liefern, wo sie gerade benötigt werden – egal ob Shopfloor, Steuerungssystem oder interne Logistik«, betont Krainz.

Es liegt in der Natur der Sache, dass sich bei all den Bestrebungen rund um OPC UA auch Fragen nach Aspekten wie Security, Safety oder Investitionssicherheit ergeben: »OPC UA hat eingebaute Security-Mechanismen auf verschiedenen Ebenen wie dem Transport, dem Informationszugriff und der Applikation, was natürlich auch einen positiven Einfluss auf das Thema IT-Sicherheit hat«, erläutert Hoppe.

Kürzlich wurde bei der OPC Foundation eine eigene Gruppe ins Leben gerufen, die sich intensiv mit dem Thema funktionelle Sicherheit beschäftigt. »Was die Investitionssicherheit betrifft, so lässt sich Folgendes sagen: Da OPC UA ein Framework ist – also weit mehr als nur ein Protokoll –, können weitere Protokolle für die Zukunft ergänzt werden«, hebt Hoppe hervor. Der eigentliche Wert der standardisierten Daten und Schnittstellen bleibe aber bestehen, und genau das wissen die Maschinenbauer zu schätzen.

Für Krainz steht fest: »Vor allem Investitionssicherheit ist ein ganz wesentlicher Punkt. Denn die Unabhängigkeit von speziellen Lieferanten und Anbietern wird durch die neuen Standards gewährleistet. Im CRM-Bereich können dadurch ganz neue Geschäftsmodelle entstehen.«

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Hannover Messe

Cronetwork-Module erweitert

MES-Anbieter Industrie Informatik zeigt auf der Hannover Messe unter anderem intelligente Produkterweiterungen im Bereich der fertigungsbegleitenden Prüfung. Wo man früher auf die lose Kopplung an ein CAQ-System setzen musste, kann man heute bei der softwaregestützten Quali- tätssicherung interaktive Wege gehen, teilt das Unternehmen mit. Es übernimmt sämtliche Prüfvorschriften, Prüf- mittel und -pläne aus vorhandenen Quellen in sein System und verwaltet diese. Mit den Informationen bedient der Anbieter nahezu alle weiteren Cronetwork-Module.

Durch die vollständige Integration in Cronetwork MES ergeben sich weitere Anwendungsfälle. Der Zugriff auf alle Produktfunktionen erlaubt unter anderem die umfassende Interaktion mit der Automatisierungs- und Maschinenebene. Wenn etwa Prüfvorschriften an einer Anlage nicht erfüllt oder eingehalten werden, kann das System automatisiert organisatorische Maßnahmen und Workflows einleiten – bis hin zum automatischen Anhalten der Anlage.

OPC UA weiter gedacht

Aber OPC UA ist für viele Unternehmen nicht nur Zukunftsmusik, sondern bereits gelebte Realität, die in vielen Projekten umgesetzt und realisiert werden konnte: »Da früher ohne Standards viele Projekte bereits in der Idee versandet sind – etwa aus Kostengründen –, wurden viele Lösungen nicht umgesetzt. Heute können wir jedoch unsere MES-Lösung ordentlich weiterentwickeln, weil wir mit OPC UA einen leichteren Zugang zu Maschinen und den damit verbundenen Daten haben«, berichtet Krainz. Diese Entwicklung erstrecke sich wesentlich über die gesamte IT-Branche.

OPC UA entwickelt sich zudem weiter, um weitere Einsatzgebiete der Kommunikation abdecken zu können. So hat die OPC Foundation im Frühjahr dieses Jahres die »OPC UA Pubsub Spezifikation« veröffentlicht. Diese erweitert den bisherigen Einsatzbereich einer eins zu eins bestätigten Kommunikation mit einem unbestätigten Broadcast Ansatz. »Pubsub ermöglicht die weitere Übernahme von OPC UA in kleinste eingebettete Geräte, welche eine optimierte Kommunikation mit geringer Leistung und geringer Latenz in lokalen Netzwerken erfordern«, weiß Hoppe. »Auf der anderen Seite ermöglicht die Pubsub- Umsetzung per MQTT, Message Queue Telemetry Transport, auch die Verwendung von OPC UA in hochskalierbaren und cloudbasierten Anwendungen, wo eine praktisch unbegrenzte Anzahl von Edge-Datenquellen, wie etwa Sen- soren, Daten sicher an internetbasierte Broker-Anwendungen über öffentliche Wide Area Networks, WANs, liefern kann.«

Aufgabenverteilung durch Standard nicht gefährdet

Für Krainz sind gerade die VDMA-Bestrebungen sehr positiv anzusehen, weil hier auch die Maschinenbauer eingebunden werden. Grundsätzlich sind sämtliche Aktivitäten der Verbände positiv erwähnenswert. »Die Technik für Maschinenbauer sollte man jedoch nicht zu weit aufblasen«, warnt Krainz. Hier gebe es schon Klagen, dass der OPC-UA-Standard immer mehr könne und man auf Maschinenbauerseite nicht mehr ganz den IT-Entwicklungen folgen könne. »Man muss daher aufpassen, dass die Komplexität nicht noch mehr zunimmt und lösbar bleibt. Andernfalls würde der Standard dann recht früh scheitern.«

Krainz sieht auch die Aufgabenverteilung unter den Nutzern des OPC-UA-Standards nicht gefährdet: »Die Kernkompetenzen von Maschinenbauern liegen bei Mechatronik-Themen zwar näher in unserer Richtung, aber aus einem Maschinenbauer wird deswegen trotzdem noch kein IT-Unternehmen.« Zukäufe seien zu beobachten, das bedeute jedoch noch nicht, dass man auch Erfahrung und Know-how mitkaufe. »Das Ganze ist eine Frage von Kernkompetenzen, welche sich nicht von heute auf morgen zwischen Hard- und Software beliebig hin- und herschieben lassen«, so Krainz abschließend.

Hannover Messe: Halle 7, Stand C12

Erschienen in Ausgabe: 02/2019
Seite: 96 bis 98