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OPC UA Demonstrator: Vernetzte Produktion zum Anfassen

Standard der Zukunft: Die „Open Platform Communications Unified Architecture“, kurz: OPC UA, etabliert sich zusehends im Maschinen- und Anlagenbau. Die offene Schnittstelle ermöglicht die digitale Vernetzung, läuft auf vielen Betriebssystemen und sorgt für herstellerübergreifende Kompatibilität. Die VDMA Sonderschau „The Interoperability Showcase“ zeigt an vier Demonstratoren Standards für herstellerübergreifende Kommunikation von Automatisierungseinheiten: OPC UA, digitaler Zwilling, Verwaltungsschale und UMATI-Dashboards – all diese Begriffe werden an den Demonstratoren greifbar.

Ein besonderes Highlight der automatica 2022: unser Industrie 4.0-Demonstrator, der die Vorteile des Digital Twins in der Produktion begreifbar macht. Der Demonstrator ist einerseits eine reale Montagemaschine mit Rundschalttisch und gleichzeitig deren digitales Abbild, in das die Betrachter virtuell eintauchen können. Er macht sichtbar, wie unterschiedliche Industrie 4.0-Bausteine in einem Gesamtkonzept interagieren und welcher Nutzen daraus resultiert.

Diese Bausteine bestehen aus den OPC UA Companion Specifications, dem Skill-Konzept und dem digitalen Zwilling. Hierbei ist bereits heute die domänenübergreifende Interoperabilität Wirklichkeit – also die Fähigkeit verschiedenster Geräte und Maschinen, einfach und direkt miteinander zu kommunizieren. Diese ist z.B. notwendig, wenn Roboter mit Bildverarbeitungssystemen oder Werkzeugmaschinen kommunizieren – und zwar Hersteller- und Ortsunabhängig. So wird der Weg für Anwendungen wie Geräteverwaltung (Asset Management), Data Mining, Zustandsdatenüberwachung (Condition Monitoring), Virtuelle Inbetriebnahme, maschinelles Lernen und viele weitere Business Cases geebnet.

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OPC UA als Universalschnittstelle

Die Technologie OPC UA wurde als bevorzugter Standard ausgewählt, da sie universell eingesetzt werden kann. Denn Ziel ist: eine Weltsprache der Maschinen zu erschaffen, dank der alle Kommunikationspartner verstehen, was kommuniziert wird. Mit ihr wird also die benötigte Semantik (‚Vokabeln‘) definiert. Das kann eine Temperatur, das Auslösen einer Bewegung, ein Maschinenzustand oder eine Greifkraft sein. Die genaue Bedeutung muss in jedem dieser Fälle klar beschrieben sein.

Diese Kommunikation kann sehr spezifisch ausfallen: Ein Roboter wird andere Informationen vermitteln als ein Bildverarbeitungssystem. Deshalb benötigt jeder Teilbereich des Maschinenbaus seinen ganz eigenen und spezifischen ‚Wegbegleiter‘ – seine eigene OPC UA Companion Specification. Sie definiert das notwendige Vokabular, während die Technologie OPC UA die ‚Grammatik‘ stellt.

Datum Dienstag, 21.06, bis Freitag, 24.06.2022
Zeit täglich
Ort Halle B5, Stand 318
Sprache Deutsch und Englisch

Die Produktion für die Zukunft rüsten.

Was dank Netzwerkschnittstellen und USB-Steckern im Büro schon lange üblich ist, wird in Zukunft auch in der Herstellung Realität sein. Per Plug & Work können Produktionsanlagen nach Bedarf umgestaltet werden – völlig unabhängig davon, von welchem Hersteller die einzelnen Maschinen und Komponenten stammen. Neben Condition Monitoring (Zustandsüberwachung) und Predictive Maintenance (vorausschauende Instandhaltung) ermöglicht OPC UA durch die standardisierte Informationsbereitstellung eine generelle Produktionsoptimierung.

Unverzichtbar: die Definition von Companion Specifications

Der VDMA Robotik + Automation mit seinen mehr als 350 Mitgliedern gehört zu den ersten Fachverbänden weltweit, die eine solche OPC UA Companion Specification für große Teile der Automatisierungsbranche erarbeiten. Sein Ziel: die Weichen für eine effizientere und transparentere Produktion zu stellen, um zukünftig noch flexibler, schneller und individueller auf Kundenwünsche reagieren zu können.

Die Industrie 4.0-Ansätze der VDMA R+A-Fachabteilungen:

Robotik

Der erste Teil der OPC UA Companion Specification for Robotics – kurz OPC Robotics – befasst sich hauptsächlich mit den zwei wichtigen Anwendungsfällen „Asset Management und Condition Monitoring“. Der Roboter wird verallgemeinert beschrieben als System miteinander verbundener angetriebener Achsen (als ein „motion device system“). Das Ziel: eine standardisierte und herstellerunabhängige Bereitstellung von Zustandsdaten und Geräteinformation an entsprechende IT-Systeme wie MES, Line PLC und Cloud.

In der nächsten Version der OPC Robotics werden Dialogmechanismen ermöglicht, so dass z.B. Nutzer eine Meldung vom Roboter einfach quit-tieren können. Außerdem wird es möglich sein, den Roboter aus der Ferne anzusteuern, um Programme zu laden, zu starten oder zu stoppen, ohne vor Ort zu sein.

Industrielle Bildverarbeitung

Die OPC UA Companion Specification for Machine Vision – kurz OPC Machine Vision – bietet ein generisches Modell für alle Bildverarbeitungs-systeme – von einfachen Bildverarbeitungssensoren bis hin zu komplexen Prüfsystemen. Vereinfacht ausgedrückt definiert sie das „Wesen eines Bildverarbeitungssystems an sich“. Teil 1 beschreibt die Infrastrukturebene, die eine Abstraktion des Bildverarbeitungssystems darstellt. Sie ermöglicht die Steuerung des Systems in einer verallgemeinerten Art und Weise, indem sie das notwendige Verhalten über ein sogenanntes „State Machine“ Konzept abstrahiert. So werden Rezepte, Konfigurationen und Ergebnisse auf einheitliche Weise verwaltet, während die Inhalte hersteller- und/oder anwendungsspezifisch bleiben und als „Black Boxes“ behandelt werden.

Teil 2 der OPC Machine Vision beschreibt die strukturellen Eigenschaften eines Bildverarbeitungssystems und befasst sich mit den Aspekten der Identifikation und Zustandsüberwachung der Komponenten sowie mit dem Bildverarbeitungssystem. Diese beiden Ansätze bilden gemeinsam die digitale Repräsentanz eines beliebigen Bildverarbeitungssystems mit all seinen Eigenschaften und Merkmalen ab.

Integrated Assembly Solutions

Hier wird ein generischer Ansatz mit Hilfe von Fähigkeiten (Skills) verfolgt. Ein plakatives und häufig verwendetes Beispiel für einen Skill ist ‚Objekt bewegen‘. Dieser beschreibt zunächst nur, dass ein Objekt an eine bestimmte Position gebracht werden soll. Die Ausführung kann nun durch einen Industrieroboter, aber auch durch andere Betriebsmittel wie ein Förderband, einen Hallenkran oder durch einen Menschen erfolgen. Die Herausforderung besteht darin, diese Skills derart zu normieren, dass die enthaltenen Parameter für sämtliche Betriebsmittel verwendbar sind. Dafür werden alle Komponenten, wie z.B. Greifer, Linearachsen und Wendeeinheiten, mit standardisierten Fähigkeiten, ressourcen- und herstellerunabhängig, beschrieben. Aus diesen Fähigkeiten können die Anwender den Ablauf ganzer Maschinen zusammensetzen. Fähigkeiten werden mit Hilfe von OPC UA-Methoden beschrieben und somit auch angesteuert. Des Weiteren wird das Skill-Konzept mit OPC UA Informationsmodellen für die Greif- und Fügetechnik ergänzt, um den Digitalen Zwilling weiter zu vervollständigen.

Welchen Nutzen uns das Projekt aufzeigt

  • Signifikante Kosten- und Zeitersparnis
    Eine vereinheitlichte Schnittstelle statt vieler proprietärer Interfaces ist qualitativ hochwertiger und reduziert Zeit sowie Kosten für die Entwicklung, Personal und Inbetriebnahme.
  • Optimale Interoperabilität
    Über OPC UA als einheitliche Sprache können Anlagen, Maschinen und Komponenten direkt miteinander kommunizieren und Daten übertragen, ohne dass die Informationen über ein Gateway übersetzt werden müssen.
  • Höhere Flexibilität
    Steuerungsabläufe lassen sich modifizieren und Komponenten können herstellerübergreifend einfacher ausgewechselt werden.
  • Mögliche Wiederverwendbarkeit
    Dank der standardisierten Beschreibung können Produkte informationstechnisch modelliert werden und für weitere vereinheitlichte Schnittstellen wiederverwendet werden.
  • Mehr Innovationskraft
    Aufgrund der Bildung eines herstellerübergreifenden Verständnisses wächst die Branche weiter zusammen – eine Voraussetzung für Synergien und Produktverbesserungen.
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