OPC UA erleichtert den Zugang zu Maschinen und Daten

Framework sorgt für industrielle Interoperabilität

Im Maschinen- und Anlagenbau etabliert sich zunehmend der Standard „Open Platform Communications Unified Architecture“ (OPC UA). 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.

  • Eine standardisierte und einwandfreie Kommunikation zwischen IT und Maschinen ist ein wesentlicher Erfolgsfaktor von Digitalisierungsmaßnahmen.

  • Thomas Krainz, Mitglied der Geschäftsleitung beim MES-Anbieter Industrie Informatik

  • Stefan Hoppe, Geschäftsführer der OPC Foundation Europe: „Man kann mit OPC UA standardisiert Daten und deren Bedeutung – also Informationen – über Schnittstellen austauschen.“

Das Ziel von OPC UA liegt auf der Hand: Maschinen und Anlagen sollen per Plug & Work nach Bedarf umgestaltet werden können – unabhängig davon, welche Herstellern die Maschinen und Komponenten in der Produktion auch geliefert haben. Und auch unabhängig davon, welche Software auf Shopfloor und im Rechenzentrum für die Steuerung der Produktion zuständig ist.

Kosten sparen beim Software-Engineering

„OPC UA ist ein Framework für industrielle Interoperabilität. Das bedeutet, dass man damit standardisiert Daten und deren Bedeutung – also Informationen – über Schnittstellen austauschen kann“, sagt Stefan Hoppe, Geschäftsführer der OPC Foundation Europe. „Das ist wie ein USB-Stecker - es erlaubt Maschinen, Geräte, Dienste und deren Interaktion zu beschreiben. Letztlich reduziert OPC UA Kosten für Software-Engineering. Aktuell drängen Betreiber wie Volkswagen, Miele u.a. auf eine verbindliche Einführung, damit erhöht sich der Druck für eine flächendeckende Adaption des Standards.“

Als weiteren großen Vorteil führt Hoppe die deutlich verbesserte Security an, denn OPC UA sei unter der Leitlinie „Security by design“ entwickelt worden. „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“, weiß Hoppe.

Kommunikation erleichtert

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 bei der Nutzung der OPC-Technologie bisher der einseitige Datentransfer von der Maschine in die IT im Fokus, so gehen wir mit unserem MES-System Cronetwork einen Schritt weiter. Ein integrierter OPC-UA-Server macht die Weitergabe der Daten an verschiedenste Empfänger möglich“.

Ein „Stolperstein“ ist allerdings noch, dass OPC UA noch nicht wirklich genormt ist. Daraus folgt: Jeder kann OPC so verwenden, wie er es für richtig hält. Ein Gremium arbeitet aktuell daran, das zu ändern. Krainz erwartet von einer einheitlichen Nutzung eines kommenden OPC-UA-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 wird für unterschiedlichste IT-Systeme und auch für Dienstleister der Datenzugang einfacher. Künftig werden dadurch auch weitere Zusatzservices und Dienstleistungen zu den Maschinen möglich, glaubt Krainz. „Es entstehen neue Services um die Standards herum – und das nicht nur aus Sicht eines MES-Anbieters.“ Der leichtere Datenzugriff mache auch die Kommunikation und Integration für alle einfacher. Auf Kundenseite schließlich würden sich Zeit- und Kostenersparnisse bei Implementierung und im laufenden Betrieb ergeben.

Rasche Adaption in Europa

Nach Ansicht von Experten hat der Industrie-4.0-Standort Deutschland speziell, aber auch Europa allgemein bei Akzeptanz und Nutzung von OPC UA im internationalen Vergleich die Nase vorn. Stefan Hoppe etwa sieht die Adaption in Europa am weitesten fortgeschritten, die Industrie-4.0-Initiative habe OPC UA einen riesigen Schub gegeben. So ist Volkswagen im September der OPC Foundation als 600. Mitglied beigetreten. Und der VDMA habe bereits 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.“

So entstehen beim VDMA derzeit in 15 verschiedenen Fachgruppen von Mitgliedsfirmen sogenannte ‚OPC-UA-Companion-Spezifikationen‘ in den Bereichen der Robotik, der Spritzgießmaschinen, der intelligenten Kameras usw. – mit der Aufgabe der Definition von standardisierten Daten und Schnittstellen.

Herkulesaufgabe Standardisierung

„Der VDMA koordiniert auch diese Gruppen untereinander, um Überlappungen zu vermeiden, was einer Herkulesaufgabe gleichkommt“, so Hoppe. „Andere Länder schauen auf diese Aktivitäten, um diese schnellstmöglich zu übernehmen.“ MES-Experte Krainz sieht diese „Pole Position“ ebenfalls: „Speziell im deutschsprachigen Raum wird die OPC-UA-Technologie stark forciert und hat sich etabliert. Diese drei Länder sind geprägt von Standardisierung und laufender Optimierung.“ Die von der Politik ins Leben gerufenen Initiativen rund um Industrie 4.0 unterstreichen zudem die Relevanz von OPC UA.

Glaubt man aktuellen Umfragen, so ist – wie bereits angedeutet – die Standardisierung die wohl größte Herausforderung bei der Umsetzung von Industrie-4.0-Maßnahmen. Vor allem hinsichtlich Maschinenkommunikation herrscht hier ein wildes Konglomerat an Kommunikationsprotokollen und Treibern. Anlagenspezifische Individuallösungen sind an der Tagesordnung. Mit Cronetwork will der Softwareanbieter Industrie Informatik diesen Teufelskreis durchbrechen – mit einem integrierten OPC-UA-Server und Standardkommunikation im maschinellen Umfeld.

Daten in Echtzeit liefern

Ziel ist es, mit dem OPC-UA-Server auch Daten und Informationen in den Shopfloor zurückzuliefern – also nicht die Übernahme der Maschinensteuerung durch das MES, sondern vielmehr 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 Einsatzszenarien sind 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“, verspricht Thomas Krainz.

Es liegt in der Natur der Sache, dass sich all diese Bestrebungen auch Fragen nach Security, Safety und Investitionssicherheit aufwerfen: „OPC UA hat eingebaute Security-Mechanismen auf verschiedenen Ebenen – wie etwa beim Transport, Informationszugriff oder auch in der Applikation“, beschreibt Stefan Hoppe die Sicherheitsmaßnahmen. Erst kürzlich sei bei der OPC Foundation eine eigene Gruppe ins Leben gerufen worden, die sich intensiv mit dem Thema ‚Funktionelle Sicherheit‘ beschäftigt.

Was die Investitionssicherheit betrifft, kann Hoppe Folgendes sagen: „Da OPC UA ein Framework ist, können weitere Protokolle in Zukunft ergänzt werden“, so weiter. Der eigentliche Wert der standardisierten Daten- und Schnittstellen bleibe dabei bestehen – und genau das schätzen die Maschinenbauer. Für Thomas Krainz steht fest: „Vor allem Investitionssicherheit ist ganz wesentlich. Denn die Unabhängigkeit von speziellen Lieferanten und Anbietern wird durch die neuen Standards gewährleistet. Im CRM-Bereich können dadurch ganz neue Geschäftsmodelle entstehen.“

Dementsprechend OPC UA ist für viele Unternehmen nicht nur Zukunftsmusik, sondern heute bereits gelebte Realität, die in vielen Projekten umgesetzt wird: „Da früher ohne Standards manche Projekte – etwa aus Kostengründen – bereits in der Idee versandet sind, wurden sie 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 sei aber nicht MES-spezifisch, sondern erstrecke sich über die gesamte IT-Branche.

Die Pubsub-Spezifikation

Zumal sich OPC UA weiter entwickelt, um zusätzliche Einsatzgebiete der Kommunikation abdecken zu können. So hat die OPC Foundation bereits im Frühjahr dieses Jahres die „OPC UA Pubsub-Spezifikation“ veröffentlicht. Diese erweitert den bisherigen Einsatzbereich einer 1:1 bestätigten Kommunikation um einen 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“, erläutert Stefan Hoppe. „Auf der anderen Seite ermöglicht die Pubsub-Umsetzung per ‚Message Queue Telemetry Transport‘ – kurz MQTT – auch die Verwendung von OPC UA in hochskalierbaren und cloudbasierten Anwendungen, wo eine praktisch unbegrenzte Anzahl von Edge-Datenquellen – wie etwa Sensoren – Daten sicher an internetbasierte Broker-Anwendungen über öffentliche WANs liefern kann.“

Aufgabenverteilung nicht gefährdet

Krainz sieht gerade die VDMA-Bestrebungen sehr positiv, weil dabei auch die Maschinenbauer eingebunden werden. Grundsätzlich hält er aber sämtliche Bestrebungen der Verbände für sehr positiv. „Die Technik für Maschinenbauer solle man jedoch nicht zu weit aufblasen“, warnt Krainz. Es gebe schon erste Klagen, dass OPC UA immer mehr könne und Maschinenbauer dem nicht mehr ganz den IT-Entwicklungen folgen können. „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, doch das bedeute noch nicht, dass man auch Erfahrung und Know-how mitkaufe, denn: „Das Ganze ist eine Frage von Kernkompetenzen, welche sich nicht von heute auf morgen zwischen Hard- und Software beliebig hin- und herschieben lassen.“

Bildquelle: Industrie Informatik, Nataliya Hora / Fotolia, OPC Foundation

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