OPC UA: eine gemeinsame Sprache für alle Maschinen

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In der digitalen Produktionswelt müssen Maschinen unterschiedlicher Hersteller miteinander kommunizieren können. Dafür braucht es einheitliche Standards, an deren Entwicklung der VDMA maßgeblich beteiligt ist: die OPC UA Companion Specifications.

Fließbänder oder Montagezellen prägen seit langer Zeit die klare Ordnung in der Fabrik. Aber in der digitalisierten Welt sind Produktionswerke weitaus komplexer organisiert – gerade deshalb braucht es klare Regeln. Zur Gestaltung von komplexen, dezentral organisierten Ökosystemen ist die Interoperabilität, also die nahtlose Zusammenarbeit aller Maschinen und Anlagen erforderlich. Standards ermöglichen die Vernetzung und vereinfachen die Kommunikation über Unternehmens- und Branchengrenzen hinweg. Und so, wie Menschen sich auf Englisch als Weltsprache mit einer Grammatik und Vokabular geeinigt haben, um die Kommunikation zu vereinfachen, muss auch die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation einer einheitlichen, standardisierten Grammatik und einem Vokabular unterliegen.  
 

„Der VDMA hat frühzeitig erkannt, dass die Definition einer Weltsprache für den Maschinen- und Anlagenbau zukunftsentscheidend ist.“

VDMA-Leitfaden OPC UA hilft in der Praxis

„Der VDMA hat frühzeitig erkannt, dass die Definition einer Weltsprache für den Maschinen- und Anlagenbau zukunftsentscheidend ist“, sagt Hartmut Rauen, stellvertretender Hauptgeschäftsführer des VDMA, „Der Maschinen- und Anlagenbau hat sich deshalb auf den Kommunikationsstandard OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture, IEC 62541) geeinigt.“ OPC UA ist ein offener IoT-Schnittstellenstandard für die digitale Produktion von morgen. Dieser ermöglicht skalierbare, systemunabhängige und sichere Kommunikation vom Shop-Floor bis zur Cloud. OPC UA definiert die Grammatik der Weltsprache des Maschinen- und Anlagenbaus.

Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Anwendungszentrum Industrial Automation hat der VDMA den Leitfaden „Industrie-4.0-Kommunikation mit OPC UA“ entwickelt. Als praxisorientiertes Werkzeug zeigt er ganz konkrete Maßnahmen auf, die den Unternehmen dabei helfen, Industrie-4.0-Kommunikation erfolgreich in ihre eigenen Produktionsprozesse einzuführen.

 

OPC UA Companion Specifications definieren den Rahmen

Mit der Festlegung auf OPC UA wurde ein erster Schritt hin zur digital-vernetzten und interoperablen Produktion erreicht. Allerdings ist mit OPC UA „nur“ die Grammatik der Sprache für die Machine-to-Machine-Kommunikation gesetzt. Jetzt muss das Vokabular definiert werden. Die Kernerarbeit des VDMA in der OPC-UA Welt besteht darin, den Duden zu erstellen, also das Vokabular der Funktionsbeschreibung der Maschinenwelten zu standardisieren. OPC UA Companion Specifications heißen diese Standards im Fachjargon, die der VDMA zusammen mit über 400 Unternehmen aus der ganzen Welt entwickelt. Die Offenheit des Ansatzes - open source – bietet allen interessierten Unternehmen die Chance daran zu partizipieren. Mit der Website opcua.vdma.org gibt der VDMA einen Überblick über seine Standardisierungsaktivitäten. Hier finden sich auch die bereits fertig gestellten und die im Entwurf befindlichen OPC UA Companion Specifications – zusammengeführt in einer Datenbank.

 

Diese Standards zu entwickeln, ist ein ambitioniertes Ziel – und eines, für dessen Erreichen der VDMA eine entscheidende Rolle spielt. Wir definieren gerade die Weltsprache der Produktion“, sagt Andreas Faath, Projektmanager im VDMA für Maschinenkommunikation. Zusammen mit einem kleinen Team von Fachleuten arbeitet Faath daran, auf Basis von OPC UA Standards für einzelne Maschinengattungen zu entwickeln, wie diese miteinander „reden“ können.
Sie sorgen dafür, dass zwei Maschinen, die miteinander vernetzt werden, die unverzichtbaren Informationen einheitlich austauschen: Um welchen Maschinentyp handelt es sich? Wer ist der Hersteller? Welche Gerätekonfigurationen liegen vor? Und welche Prozessdaten müssen ausgetauscht werden? Diese Kommunikation kann nicht nur horizontal zwischen den Maschinen erfolgen, sondern auch vertikal – also mit übergeordneten Anlagen oder einem System bis hin zur Cloud. „Nur so wird in der Fabrik ein, plug and work‘ möglich“, erläutert Faath. „Wir schaffen quasi die Universalfernbedienung – und das geht theoretisch für jeden Maschinentyp.“ Allerdings benötigt die Entwicklung eines solchen Standards, der sich weltweit durchsetzen soll, seine Zeit: Die Erarbeitung dauert rund 2 Jahre.

„Mit den OPC UA Companion Specifications schaffen wir die Universalfernbedienung.“

OPC UA dreht sich aber nicht nur um Schnittstellen zwischen zwei Maschinen, sondern auch um ganze Prozessketten. Im betrieblichen Alltag geht es nicht nur darum, die Kommunikation zum Beispiel zwischen zwei Spritzgussmaschinen zu erarbeiten, sondern auch deren Anbindung etwa an Robotersysteme. Es kommt daher entscheidend darauf an, dass Maschinenbranchen übergreifend zusammenarbeiten. Das branchenspezifische Vokabular muss passen und aufeinander abgestimmt werden.

 

VDMA ist Key Player

Einig sind sich Fachleute, dass der VDMA die einzige Organisation ist, die derzeit in der Lage ist, diese wichtigen Standards zu schaffen. 3200 VDMA-Mitgliedsfirmen mit Tochter- und Partnerunternehmen rund um den Globus bringen nicht nur Wissen in einem Ausmaß in den Prozess ein, das nirgendwo anders zur Verfügung steht. Zugleich findet der Entwicklungsprozess auf der neutralen Plattform VDMA statt – so entsteht erst gar nicht der Verdacht, dass einzelne Unternehmen ihre Partikularinteressen durchsetzen können. Der VDMA legt somit die Grundlagen für Plug & Produce, die Basis für die einfacherer und schnellere Erschließung datenbasierter Geschäftsmodelle rund um die intelligent vernetzte Produktion.

 

Mit entsprechend viel Engagement sind die VDMA-Fachverbände daher am Werk. Der VDMA koordiniert aktuell die Aktivitäten von über 26 Arbeitskreisen, die eine gemeinsame, branchenübergreifende Sprache zwischen Maschinen und Anlagen definieren. Für einige Maschinengattungen wurden bereits OPC UA Companion Specifications veröffentlicht, darunter Werkzeugmaschinen, Spritzgussmaschinen, Systeme zur industriellen Bildverarbeitung, sowie Roboter. Über 20 weitere Standards sind in der Arbeit, etwa für Gießereimaschinen, Holzbearbeitungsmaschinen oder elektrische Antriebe. Geplant sind rund 15 Neugründungen von OPC UA Arbeitskreisen pro Jahr. „Die kritische Masse an Unternehmen, die hinter OPC UA stehen, ist inzwischen überschritten, OPC UA dient als Basis der Fabrik der Zukunft“, sagt Andreas Faath.


Dies wurde auf der ersten World Interoperability Conference demonstriert, auf der sich über 35 OPC UA Arbeitsgruppen erstmals gemeinsam über 400 internationalen Teilnehmern präsentieren. Die Konferenz wurde auf der Hannover Messe 2019 durch den VDMA mit Partnern wie der OPC Foundation und der Deutschen Messe AG veranstaltet.

 

Online-Schulung unterstützt bei der Umsetzung

Gemeinsam mit dem Münchner Start-Up „University4Industry“ hat der VDMA ein Online-Schulungsprogramm zur Umsetzung von OPC UA entwickelt. Experten aus Industrie und Wissenschaft, darunter Kuka, Bosch Rexroth, Pepperl+Fuchs, Lenze, Vitronic und Fraunhofer IOSB zeigen in den Online-Workshops und Video-Interviews den Nutzen von OPC UA auf und geben praktische Hinweise. Individualisierbare Playlisten und personalisierte Lernfragen runden das Online-Schulungskonzept ab. VDMA-Mitglieder können unter www.u4i.io/vdma kostenfrei auf die Lerninhalte zugreifen.