Die vernetzte Zukunft des Maschinen- und Anlagenbaus

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Einheitliche Schnittstellen sind eine wichtige Voraussetzung auf dem Weg zu Industrie 4.0. Der VDMA fokussiert sich dazu auf den Schnittstellenstandard OPC UA. Mit diesem soll Industrie 4.0 in definierten Schritten umsetzbar werden. Eine Bestandsaufnahme.

Der Maschinenbau steht im Zentrum von Industrie 4.0. Denn er ist sowohl Anbieter als auch Anwender. Ein klares und vor allem unternehmenseigenes Verständnis von Industrie 4.0 ist daher wichtig für die Industrie. Umso mehr ist es von Bedeutung, dass sich der Maschinenbau den Herausforderungen der technologischen Weiterentwicklung stellt.

Für den Maschinenbau stehen zwei treibende Motivationsgründe hinter Industrie 4.0: Der erste Grund ist die Erhöhung der Produktivität durch die technologische Verschmelzung von Informations- und Kommunikationstechnologie mit der Produktion. Kunden und Maschinendaten sind vernetzt, Maschinen kommunizieren mit Maschinen, Werkstücke und Maschinen steuern selbstständig die Produktion – und das flexibel, effizient und ressourcenschonend. Der zweite Grund ist, dass der Maschinenbau zukünftig auf zwei Beinen stehen wird. Ergänzend zum Verkauf von physischen Produkten wird der Maschinenbau auf den Daten und Informationen als Produkt der Zukunft setzen.  

Ein Thema, welches eine Voraussetzung auf dem Weg zu Industrie 4.0 darstellt, ist die Festlegung von einheitlichen Schnittstellen in der Produktion. Schnittstellen definieren die Mechanismen der Zusammenarbeit auf Grundlage von Informationen über Produkte, Produktionsprozesse und deren Betriebsmittel. Der herstellerneutrale Austausch dieser Informationen führt zu einer unternehmensübergreifenden Interoperabilität. Diese Interoperabilität befähigt die Unternehmen flexibler zu agieren, da Komponenten, Maschinen und Anlagen nicht für eine spezifische Produktionsaufgabe konfiguriert und programmiert werden. Ihre Fähigkeiten werden als Dienste innerhalb des Wertschöpfungsnetzwerkes abgebildet.

OPC UA: Offener Industrie-4.0-Schnittstellenstandard

Der VDMA verfolgt die Strategie seine Mitgliedsunternehmen zu befähigen, Industrie 4.0 in definierten Schritten anzugehen. Ein wesentlicher Schritt ist die Fokussierung auf den Schnittstellenstandard OPC UA. Dabei handelt es sich um einen in der Normenreihe IEC 62541 spezifizierten offenen Schnittstellenstandard dessen Abkürzung für Open Platform Communications Unified Architecture steht.

OPC UA etabliert sich zunehmend für die Industrie 4.0-Kommunikation bei den kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) des Maschinen- und Anlagenbaus. Der Grund hierfür ist, dass die Unternehmen sowohl die Geräte- als auch Fähigkeitsbeschreibungen ihrer Produkte in OPC UA abbilden können. Geräte- und Fähigkeitsbeschreibungen werden in definierten Spezifikationen, den sogenannten OPC UA Companion Specifications, beschrieben. Eine OPC UA Companion Specification ist ein herstellerübergreifendes Informationsmodell, welches die eigentliche Schnittstelle zwischen Komponenten, Maschinen und Anlagen darstellt. Mit einer konkreten OPC UA Companion Specification kann also eine neue Maschine einfacher in eine Anlage integriert werden, da standardisierte Geräte- und Fähigkeitsinformationen bei allen Herstellern gleichermaßen beschrieben sind. Zu den standardisierten Geräte- und Fähigkeitsinformationen zählen die Beschreibung des Herstellernamens, des Gerätetyps und der Prozessdaten wie beispielsweise Temperaturen, Drücke, Vorschubgeschwindigkeiten oder Zykluszeiten.

Das Prinzip ähnelt dem bekannten USB-Standard. Smartphones, Drucker und Peripheriegeräte können über den USB-Standard mit dem Computer einfach verbunden werden. Grundlage sind auch hier die standardisierte Beschreibung von Geräte- und Fähigkeitsinformationen. Smartphones, Drucker und Peripheriegeräte geben selbstständig Auskunft über ihren Herstellernamen, dem Gerätetyp und deren Fähigkeiten

Handbücher und Datenblätter werden künftig ersetzt

OPC UA Companion Specifications ersetzen in Zukunft Handbücher und Datenblätter. Bis heute sind Handbücher und Datenblätter die Grundlage, um bei Inbetriebnahme und Umbau von Maschinen und Anlagen die Steuerungsprogramme manuell anzupassen. Über die manuelle Anpassung hinaus unterscheiden sich zudem die in Handbüchern und Datenblättern enthaltenen Informationen von Hersteller zu Hersteller. Beide Gründe stehen bisher der unternehmensübergreifenden Interoperabilität im Weg und behindern die erfolgreiche Umsetzung von Industrie 4.0.

Die Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus verfolgen mit der Entwicklung von OPC UA Companion Specifications klare Ziele: Geben zukünftig die Komponenten, Maschinen und Anlagen mit den OPC UA Companion Specifications selbstständig und herstellerunabhängig Auskunft über ihre eigenen Geräte- und Fähigkeitsinformationen, sind Anwendungsszenarien wie Plug & Work in der Produktion greifbar. Über Plug & Work hinaus kann die feldbusunabhängige Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) der Komponenten und Maschinen und die vorausschauende Instandhaltung (Predictive Maintenance) als unmittelbare Nutzen für die Industrie abgeleitet werden.

Der VDMA setzt OPC UA um

Die große Stärke des VDMA ist die Erarbeitung von Sicherheitsnormen (Safety) und die mechanische Normung bei Komponenten, Maschinen und Anlagen. Mit der Schnittstellenstandardisierung in OPC UA Companion Specifications kommt ein weiteres Standardisierungsfeld hinzu. Eine wichtige Voraussetzung zur erfolgreichen Umsetzung der Schnittstellenstandards ist, dass die OPC UA Companion Specifications einerseits kostenfrei verfügbar sind und andererseits keinen individuellen Unternehmensinteressen folgen.

Die Fokussierung auf den Schnittstellenstandard OPC UA stellt die Standardisierungsaktivitäten im VDMA aber auch vor neuen Herausforderungen. Die größte Herausforderung ist es, die Kohärenz der OPC UA Companion Specifications sicherzustellen. Nur mit kohärenten Schnittstellenstandards kann letztlich auch die Interoperabilität der Komponenten, Maschinen und Anlagen in der Produktion gewährleistet werden. Hier setzt sich der VDMA für den gesamten Maschinen- und Anlagenbau ein. Sieben von 52 im VDMA repräsentierten Branchen sind dabei, konkrete Schnittstellen in OPC UA Companion Specifications herstellerunabhängig zu beschreiben. Und mindestens sechs weitere Branchen werden folgen – Tendenz steigend. Denn OPC UA ist auch in vielen weiteren Vorstands- und Arbeitskreisen im VDMA als strategisch wichtiges Themenfeld angekommen. 


VDMA-Leitfaden „Industrie-4.0-Kommunikation mit OPC UA“

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Der VDMA-Leitfaden „Industrie-4.0-Kommunikation mit OPC UA“ versteht sich als praxisorientiertes Werkzeug. Er zeigt Maßnahmen auf, die dazu beitragen, die Industrie-4.0-Kommunikation erfolgreich im eigenen Unternehmen einzuführen.

Das PDF-Dokument ist auf dieser Seite als Download verfügbar, die Printausgabe des Leitfadens erhalten Sie bei Anita Siegenbruk, anita.siegenbruk@vdma.org

 

 

Der Artikel ist erschienen in VDMAimpulse, dem englischsprachigen Online Magazine, exklusiv für VDMA-Mitglieder. Lesen Sie mehr über spannende Themen, die die Branche bewegen unter: http://www.vdmaimpulse.org/

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