OPC UA Demonstrator: Industrie 4.0 wird Realität

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.

Mit seinem OPC UA Demonstrator präsentierte der VDMA Robotik + Automation den zukunftsfähigen Ansatz eines standardisierten und herstellerunabhängigen Datenaustauschs. Dieser Kommunikationsstandard läuft über verschiedene Ebenen der Automatisierungspyramide und löst den streng hierarchischen Datenfluss auf. Oder anders: Er ist Enabler der digitalen Vernetzung in der Produktion.

OPC UA Demonstrator in Bildern

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.

Doch es kommt auf die Details an: selbst wenn alle Maschinen und Systeme OPC UA nutzen, so können sie sich noch immer nicht vollständig „verstehen“. Voraussetzung dafür ist die Festlegung eines einheitlichen Kommunikationsmediums (z. B. Telefonie über Kabel oder Funk) sowie der Form und Bedeutung von Informationen (Semantik). Ganz konkret: welche Informationen – seien es Messwerte, Alarme oder Zustände – werden in welcher Form bereitgestellt, d.h. als welcher Datentyp und als welche Einheit? Hier sind die Hersteller gefragt, die im VDMA hierfür sogenannte Companion Specifications erarbeiten.

Mehr Effizienz, mehr Flexibilität, mehr Wettbewerbsvorteil

Der VDMA Robotik + Automation mit seinen mehr als 280 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.

Ein Demonstrator – zwei Use Cases auf der automatica 2018

Der OPC UA Demonstrator vereinte die Use Cases Steuerung und Zustandsüberwachung und machte das Potenzial von OPC UA (be)greifbar. Nicht abstrakt, sondern ganz konkret – in Form einer vollautomatisierten Montageanlage, auf der Fidget Spinner montiert wurden. Interessierte Besucher konnten hier ihre individuell gestalteten Exemplare in Auftrag geben, die dann live vor Ort produziert wurden.

Beteiligt waren über 20 Komponentenhersteller, Systemintegratoren und Softwarespezialisten, die neben einem Rundschaltisch, Achsen und Greifern auch Bildverarbeitungssysteme- und Roboter integrierten. Das Condition Monitoring erfolgte cloud-basiert – unabhängig von Hersteller und Robotertyp. Alle relevanten Zustandsdaten ließen sich in Echtzeit auf einem Dashboard nachverfolgen.

Fit for Future - Kommunikationsstandard OPC UA

Teaser image of movingimage video

Offene Kommunikationsstandards sind existentiell für die Produktion der Zukunft. OPC UA ermöglicht eine einheitliche, plattform- und herstellerunabhängige Zusammenarbeit unterschiedlicher Maschinen und Systeme. Was sich hinter den VDMA OPC UA Companion Specification versteckt, veranschaulicht dieses Erklärvideo.

Die OPC UA-Ansätze der VDMA R+A-Fachabteilungen:

Robotik

Zunächst wird ein Motion Device System (Bewegungsgerätesystem) beschrieben, z.B. Mess- und Zustandswerte sowie Eigenschaften von Roboterachsen. Das Ziel: eine standardisierte und herstellerunabhängige Bereitstellung von Zustandsdaten und Geräteinformation an übergelagerte IT-Systeme wie MES, Line PLC und Cloud. Im nächsten Schritt werden Meldungsmechanismen und eine Zustandsmaschine zur Interaktion integriert und das Informationsmodel mit geometrischen Beschreibungen erweitert.

Industrielle Bildverarbeitung

Mit dem ersten Teil der Companion Specification wird das Bildverarbeitungssystem gesteuert. Hierzu müssen die Aktivitäten eines Bildverarbeitungssystems mit der Mechanik der Maschine oder Anlage synchronisiert werden. Dazu wurde ein fähigkeitenbasierter Modellierungsansatz gewählt, der das Systemverhalten mittels einer State Machine (Statusmaschine) abstrahiert und somit das Bildverarbeitungssystem über Methodenaufrufe steuert.

Integrated Assembly Solutions

Hier wird ein generischer Ansatz mit Hilfe von Fähigkeiten (Skills) verfolgt. Alle Komponenten, wie z.B. Greifer, Linearachsen und Wendeeinheiten, können mit standardisierten Fähigkeiten, ressourcen- und herstellerunabhängig, beschrieben werden. Viele Montage- und Handhabungsaufgaben nutzen dabei eine Komposition von Skills. Aus diesen Fähigkeiten können die Anwender den Ablauf ganzer Maschinen zusammensetzen. Fähigkeiten werden mit Hilfe von OPC UA-Methoden beschrieben und somit auch angesteuert.

Welchen Nutzen uns das Projekt aufzeigt

  • Signifikante Kosten- und Zeitersparnis
    Eine vereinheitlichte Schnittstelle statt vieler proprietärer Interfaces ist qualitativ hochwertiger und re-duziert Zeit sowie Kosten für die Entwicklung, Personal und Inbetriebnahme.
  • Optimale Interoperabilität
    Über OPC UA als einheitliche Sprache können Anlagen, Maschinen und Komponenten direkt mitei-nander kommunizieren und Daten übertragen, ohne dass die Informationen über ein Gateway über-setzt werden müssen.
  • Höhere Flexibilität
    Steuerungsabläufe lassen sich modifizieren und Komponenten können einfacher, herstellerübergrei-fend ausgewechselt werden.
  • Garantierte 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, was die Voraussetzung für Synergien und Produktverbesserungen ist.

Partner

VDMA e. V.
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ABB Ltd.
Afag Automation AG
Asentics VARIO GmbH
ASYS Group GmbH
CAX-Service GmbH
CODESYS Group
elrest Automationssysteme GmbH
Engel
Festo AG & Co. KG
fortiss GmbH
Fraunhofer IGCV
HAHN Automation GmbH
ISRA VISION AG
Institut für industrielle Informationstechnik
Keba AG
KraussMaffei Technologies GmbH
Kuka AG
Microsoft Corporation
Mitsubishi Electric Corporation
OPC Foundation
Schunk GmbH & Co. KG
Siemens Ingenuity for Life
Unified Automation GmbH
VITRONIC Dr.-Ing. Stein Bildverarbeitungssysteme GmbH
Weiss
Weiss Robotics GmbH & Co. KG
Yaskawa Electric Corporation
Zeltwanger Automation GmbH
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