Leichterer Zugang zu Maschinen und Daten mit OPC UA

GP 11/2019
Betriebswirtschaft und Management
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.

Mithilfe des Standards OPC UA kann der Maschinen- und Anlagenbau die Fertigung mit der IT digital vernetzen. 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 reduziert Kosten für 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“, sagte Stefan Hoppe, OPC Foundation Globaler Vize Präsident. „Das ist wie ein USBStecker − es erlaubt Maschinen, Geräte, Dienste und deren Interaktion zu beschreiben. Letztlich reduziert OPC UA Kosten für Software-Engineering. Aktuell drängen Betreiber wie Volkswagen oder Miele auf eine verbindliche Einführung, damit erhöht sich der Druck für eine flächendeckende Adaption des Standards.“ Ein weiterer großer Vorteil ist auch 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.

„Leichtere Kommunikation und Steigerung der Effizienz“

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 der MES-Lösung (MES = Manufacturing Execution System) cronetwork Release 19 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 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 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 Zeitund Kostenersparnisse bei der Implementierung und im laufenden Betrieb ergeben.


„Adaption 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, Stefan Hoppe sagt dazu: „Ich sehe die Adaption in Europa am weitesten fortgeschritten, die Industrie-4.0-Initiative hat einen riesigen Schub gegeben. 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.“

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 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“, so Hoppe weiter. MES-Experte Thomas Krainz sieht diese Pole Position ebenfalls: „Speziell im DACH-Bereich wird die Technologie der OPC UA stark forciert und hat sich etabliert. Diese drei Länder sind geprägt von Standardisierung und laufender Optimierung.“ Initiativen der Politik rund um Industrie 4.0 unterstreichen zudem die Relevanz von OPC UA.

Daten in Echtzeit und auftragsbezogen liefern

Glaubt man aktuellen Umfragen, so ist das Thema Standardisierung – wie bereits oben angedeutet − die wohl größte Herausforderung bei der Umsetzung von Industrie-4.0-Maßnahmen. Vor allem hinsichtlich der Maschinenkommunikation herrscht hier ein wildes Konglomerat an Kommunikationsprotokollen und Treibern. Anlagenspezifische Individuallösungen stehen an der Tagesordnung. Mit cronetwork MES durchbricht der Softwareanbieter Industrie Informatik 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 vielmehr die umfassende Datenerfassung inklusive der Maschinen- und Betriebsdaten und die anschließende Weitergabe unter Einhaltung des OPC Kommunikationsstandards – und zwar an verschiedene 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“, erläutert Thomas Krainz weiter.


IT-Security, Safety und Investitionssicherheit

Es liegt in der Natur der Sache, dass sich bei all den Bestrebungen rund um OPC UA auch Fragen nach Aspekten wie IT-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“, sagt Stefan 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“, so Hoppe weiter. Der eigentliche Wert der standardisierten Daten- und Schnittstellen bleibe aber bestehen, und genau das schätzten 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.“
Aber OPC UA ist für viele Unternehmen nicht nur Zukunftsmusik, sondern bereits 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 Thomas Krainz. Diese Entwicklung erstrecke sich wesentlich über die gesamte IT-Branche.

Spezifikation des Standards OPC UA

OPC UA entwickelt sich 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 1:1 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“, erläutert Stefan 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 Sensoren − Daten sicher an internetbasierte Broker-Anwendungen über öffentliche Wide Area Networks (WANs) liefern können“, so Hoppe.


Aufgabenverteilung durch OPC UA-Standard

Für Krainz sind gerade die VDMA-Bestrebungen „sehr positiv anzusehen, weil hier auch die Maschinenbauer eingebunden werden. Grundsätzlich sind sämtliche Bestrebungen der Verbände sehr positiv erwähnenswert.“ Die Technik für Maschinenbauer solle man jedoch nicht zu weit aufblasen, warnt Thomas Krainz vom MES-Spezialisten Industrie Informatik. 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 der Nutzer 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 hinund herschieben lassen“, so Kranz weiter.