Innovationen made in NRW OPC UA / umati - VDMA
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Innovationen made in NRW OPC UA / umati
Inhalt
Vorwort 3
Prof. Dr. Andreas Pinkwart
Vorwort 4
Wolf D. Meier-Scheuven
OPC UA – die Weltsprache der Produktion 5
VDMA e. V.
Schritt für Schritt zu OPC UA 8
Reinhardt-Technik GmbH
Smart Factory mit IoT: Vernetzte Kunststoff- 10
Komponenten nutzen OPC-UA-Standard
igus GmbH
Die Spritzgießproduktion spricht OPC 12
ENGEL Automatisierungstechnik Deutschland GmbH
Produktionsdigitalisierung im Mittelstand 14
thyssenkrupp Materials IoT GmbH
OPC UA bringt Skalierbarkeit von Maschinen 16
und Systemen auf neues Niveau
ASENTICS GmbH & Co. KG
umati – OPC UA im Maschinen- und Anlagenbau 19
weltweit in Einsatz bringen
VDMA e. V.
Vernetzung von Werkzeugmaschinen mit umati 20
in der Produktion
ELHA-MASCHINENBAU Liemke KG
OPC UA als Erfolgsfaktor der Produktneuentwicklung 22
Heinrich Georg GmbH
Informationsmodelle für OPC UA im 24
Handumdrehen nutzen
Klingelnberg GmbH
PC-based Control – der umati-Enabler 26
Beckhoff Automation GmbH & Co. KG
OPC UA stellt im lernenden Stahlwerk 28
Kommunikation sicher
SMS digital GmbH
Impressum 30
Liebe Unternehmerinnen,
liebe Unternehmer,
Innovationskraft, technisches Know-how und Umsetzungsstärke sind
Schlüsselmerkmale erfolgreicher Unternehmen. Diese Kompetenzen
haben unsere Industrie zu dem gemacht, was sie heute ist: ein ex-
portstarker Wachstumsmotor, der weltweit Standards setzt, und ein
©: MWIDE NRW/E. Lichtenscheid
entscheidender Wegbereiter des Fortschritts. Und diese Stärken sind
es auch, die bei der Gestaltung der digitalen Transformation den ent-
scheidenden Schub bringen. Die nordrhein-westfälischen Unternehmen
können im Zeitalter der Industrie 4.0 auf diesem Fundament aufbauen,
das Zukunftsfähigkeit und Wettbewerbsstärke sichert.
Prof. Dr. Andreas Pinkwart
Minister für Wirtschaft,
Informations- und Internettechnologien werden Schritt für Schritt
Innovation, Digitalisierung in Produkte, Prozesse und die Fertigung übernommen. Eine zentrale
und Energie des Landes
Nordrhein-Westfalen Herausforderung ist dabei der sichere, standardisierte Daten- und
Informationsaustausch, der die industrielle Zusammenarbeit definiert.
Die Kommunikationstechnologie OPC UA, die im Maschinen- und Anla-
genbau entwickelten OPC-UA-Schnittstellenstandards und die Marke
umati unterstützen bei der industriellen Kommunikation von Maschine-
zu-Maschine oder System-zu-Maschine. Als herstellerunabhängiger
Open-Source-Ansatz und Schnittstellenstandard definiert OPC UA die
„Grammatik der Weltsprache“ des Maschinen- und Anlagenbaus. Dies
ist ein Schritt hin zu digitaler Souveränität und eröffnet Unternehmen
neue Chancen im weltweiten Handel.
Zahlreiche Best-Practice-Beispiele zeigen das Engagement der nord-
rhein-westfälischen Unternehmen für Entwicklung und Beherrschung
dieser maschinellen „Sprache“. Sie mögen Motivation und Impulse
geben, den Blick über die zurzeit alles beherrschende Corona-Pan-
demie hinaus auf die enormen Chancen zu richten, die die maßgeb-
lich aus Nordrhein-Westfalen vorangetriebene digitale Transformation
bereithält. Als Landesregierung nehmen wir diese Motivation in jedem
Fall als Unterstützung unseres Zieles auf, Nordrhein-Westfalen in die
digitale Spitzengruppe zu führen und zum modernsten Industriestand-
ort Europas zu entwickeln.
Herzliche Grüße
Prof. Dr. Andreas Pinkwart
INNOVATIONEN MADE IN NRW 3
Liebe Leserinnen,
liebe Leser,
die zunehmende Digitalisierung von Produkten und Produktionspro-
zessen benötigt eine veränderte Art der industriellen Kommunikation.
Produzierende Unternehmen haben einen individuellen Mix an unter-
schiedlichen Maschinen und Anlagen, Robotern und Systemen, die mehr
oder weniger miteinander verknüpft sind. Ein ideales industrielles oder
technisches Kommunikationsnetzwerk sollte eine Architektur haben,
mit der sich alle Komponenten miteinander verbinden lassen – sowohl
beim Kunden als auch in der eigenen Fertigung.
©: Boge
Ein Schritt auf dem Weg dorthin sind der Technologiestandard Open
Wolf D. Meier-Scheuven
Sprecher des
Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) und standar-
Kompetenznetzes disierte OPC-UA-Schnittstellen sowie die Marke umati, die für die
ProduktionNRW
Community des Maschinen- und Anlagenbaus steht. Letztere hat sich
für die Verbreitung der OPC-UA-Standards im Maschinen- und Anlagen-
bau zusammengeschlossen.
Der Maschinen- und Anlagenbau in Nordrhein-Westfalen hat einen her-
vorragend aufgestellten Mittelstand und die besten Voraussetzungen,
um bei der Digitalisierung ganz vorne mitzuspielen. Ihm kommt als
Anbieter und Anwender von Industrie-4.0-Technologien eine Schlüssel-
rolle zu. Aber industrielle Vernetzung über OPC UA ist nur die eine
Seite der Medaille. Nicht minder wichtig ist die Vernetzung von Unter-
nehmern und Partnern entlang der Wertschöpfungskette. Denn Inno-
vationen gelingen nur selten im Alleingang. Die Vernetzung innerhalb
und außerhalb traditioneller Branchendefinitionen – national und
international – ist insbesondere bei der Umsetzung einer Industrie 4.0
eine wichtige Erweiterung der eigenen Möglichkeiten und bietet weite-
res Wachstumspotenzial.
Netzwerke wie das Kompetenznetz ProduktionNRW sind ein wichtiger
Baustein für den unternehmerischen Erfolg. Wie bei den industriellen
Netzwerken gilt auch hier: Der Erfolg eines Netzwerks stellt sich durch
den aktiven Austausch untereinander ein. In diesem Sinne: Engagieren
Sie sich in unserem Netzwerk und stellen Sie die Weichen für Ihr nächs-
tes unternehmerisches Level!
Ihr
Wolf D. Meier-Scheuven
4 INNOVATIONEN MADE IN NRW
OPC UA – die Weltsprache
der Produktion
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.
Systeme
©: VDMA
Maschinen
OPC UA ermöglicht die Komponenten
hierarchieübergreifende
Kommunikation vom
Shopfloor bis in die Cloud.
OPC UA ist der Industrie-4.0-Vorzugs- Die Kommunikationsebene fokussiert Kommunikation vom Shop-Floor-Level
standard des Maschinen- und Anla- sich auf die Übertragungstechnologi- bis in die Cloud realisierbar.
genbaus. Der VDMA hat frühzeitig en und Protokolle, mit denen Informa-
erkannt, dass OPC UA als Basis für In- tionen transportiert werden können. Die Informationsebene bezieht sich auf
dustrie-4.0-Anwendungsfälle genutzt Komponenten, Maschinen und Anlagen die über OPC UA zu übertragenden und
werden kann. Dabei lässt sich Indust- müssen Daten und Informationen oh- in Informationsmodellen festgelegten
rie-4.0-Kommunikation mit OPC UA in ne Hindernisse austauschen können. Informationen, z. B. die technischen
erster Linie durch zwei Ebenen charak- Durch die Nutzung von OPC UA als Eigenschaften. Dazu zählen unter an-
terisieren: die Kommunikationsebene Kommunikationstechnologie ist eine derem die Beschreibung des Hersteller-
und die Informationsebene. herstellerübergreifende und sichere namens, des Gerätetyps, die Geräte-
INNOVATIONEN MADE IN NRW 5
konfiguration, aber auch Prozessdaten OPC UA als Schnittstelle kann auch in VDMA ist Keyplayer
wie Temperaturen, Drücke, Vorschubge- diesem Zusammenhang in den Berei- Die Inhalte der OPC UA Companion
schwindigkeiten oder Zykluszeiten. Es chen Kommunikation und Informatio- Specifications werden von den VDMA-
werden dabei ausschließlich etablierte nen als Integrator betrachtet wer- Mitgliedern sowie nationalen und in-
Schnittstelleninformationen standardi- den. Denn OPC UA reduziert durch die ternationalen Unternehmen erarbeitet.
siert. Dies bedeutet, dass keine markt- breite Anwendbarkeit die Komplexi- Der VDMA betreut dabei die Arbeits-
wettbewerblichen und urheberrecht- tät der Schnittstellen bezogen auf die kreise in den entsprechenden Fach-
lich relevanten Informationen in den Kommunikationstechnologien. verbänden. Die Inhalte der OPC UA
Standards aufgegriffen werden. Companion Specifications können nur
Durch OPC UA Companion Specifica- aus dem Fachwissen der Unterneh-
Anforderung „Einfache Integration“ tions sind technische Eigenschaften men entstehen. Neben Unternehmen
Ziel ist es, durch die Interoperabilität und Informationen herstellerübergrei- des Maschinen- und Anlagenbaus sind
sowohl auf Kommunikations- als auch fend standardisierbar. Erst durch diese auch Integratoren, Systemanbieter und
auf Informationsebene Plug & Produce standardisierte Beschreibung werden Anwender in die Arbeiten der OPC UA
zu fördern. Eine effiziente Integration die Struktur und die eindeutige Be- Companion Specifications eingebun-
von Komponenten, Maschinen oder An- deutung eines Maschinentyps über die den. Das breite Meinungsbild und die
lagen in bestehende Produktionslinien Schnittstelle festgelegt. Die Bedeutung Mitarbeit sichern die Akzeptanz und
oder Systeme soll so langfristig Reali- der ausgetauschten Informationen damit auch die Anwendung der OPC UA
tät werden. Dabei sind heute sowohl die wird von allen Komponenten, Maschi- Companion Specifications weltweit.
Schnittstellentechnologien als auch die nen und Anlagen im Netzwerk gleich
über die Technologie auszutauschen- verstanden. Hierdurch können diese Zudem erarbeitet der VDMA die OPC
den Informationen von Hersteller zu effizient in die Produktion und in Syste- UA Companion Specifications gemein-
Hersteller unterschiedlich und für den me integriert werden. schaftlich mit der OPC Foundation, was
Kunden individuell entwickelt. wiederum für eine noch höhere Akzep-
©: VDMA
Branchenübergreifende Interoperabilität mit OPC UA
6 INNOVATIONEN MADE IN NRW
tanz und Adaption weltweit sorgt. Hier- Die breite Akzeptanz durch die Stake- Den Stellenwert dieser Harmonisierung
bei zahlt es sich aus, dass der VDMA holder resultiert unter anderem auf hat auch das Bundesministerium für
die OPC UA Companion Specifications dem Open-Source-Ansatz von OPC Wirtschaft und Energie (BMWi) erkannt
frühzeitig als zentrale Initiative zur UA, der auch den OPC UA Companion und fördert entsprechende Aktivitäten
praxisnahen Umsetzung von intero- Specifications zugrunde liegt. Alle OPC im Projekt „Interoperable Interfaces for
perabler Kommunikation identifiziert UA Companion Specifications stehen intelligent Production“ (II4IP). Dieser
und als strategisches und operatives kostenfrei zu Verfügung. Zu diesem übergreifende Standard, der sogenann-
Handlungsfeld in seine Verbandsarbeit Zweck hat der VDMA eine Download- te „OPC UA for Machinery“, wird auf der
integriert hat. seite (verfügbar in Deutsch und Eng- Basis vorhandener oder in Bearbei-
tung befindlicher branchenspezifischer
OPC-UA-Standards des Maschinen-
und Anlagenbaus entwickelt.
©: VDMA
Hierbei ist es wichtig, die Anforderun-
gen des verarbeitenden Gewerbes und
des gesamten industriellen Wertschöp-
fungsnetzwerks zu berücksichtigen
sowie Akteure innerhalb und außerhalb
des Maschinen- und Anlagenbaus zu
integrieren. Damit wird nicht nur die
Interoperabilität zwischen Maschinen
diverser Branchen in der Produktion
gefördert, sondern auch die Geschwin-
digkeit bei der Erarbeitung branchen-
spezifischer OPC UA Companion Spe-
OPC UA auf einen Blick. cifications gesteigert.
Der VDMA hat sich heute zum globalen lisch) eingerichtet, auf die alle Indus- Andreas Faath
Head Industrial Interoperability
Gravitationszentrum zur Erarbeitung trien weltweit zugreifen und dort OPC
VDMA e. V.
von OPC UA Companion Specifications UA Companion Specifications bereits Frankfurt
für den Maschinen- und Anlagenbau in der Entwurfsphase einsehen können vdma.org/opcua
entwickelt. Im Verbund mit bereits über – opcua.vdma.org.
600 nationalen und internationalen
Unternehmen entwickeln bereits rund „OPC UA for Machinery”
25 Teilbranchen in über 35 Arbeitskrei- Schnittstellenharmonisierung für
sen OPC UA Companion Specifications den gesamten Maschinenbau
für verschiedenste Maschinentypen. Es ist offensichtlich, dass bei der hohen
Die Arbeiten der Arbeitskreise sind in Zahl an OPC UA Companion Specifica-
der Regel industriegetragen und wer- tions wiederkehrende Schnittstellenin-
den seitens des VDMA fachlich und halte wie Informationen zur Identifika-
organisatorisch begleitet. Das Engage- tion von Maschinen und Komponenten
ment der Unternehmen unterstreicht oder Zuständen von Maschinen auftre-
die Rolle von OPC UA und der Com- ten. Diese branchenübergreifenden In-
panion Specifications. Ziel ist es, die formationen werden für den gesamten
Standards weltweit zu etablieren. Dies Maschinen- und Anlagenbau übergrei-
muss durch Qualität sowie Angebot fend harmonisiert.
und Nachfrage erfolgen.
INNOVATIONEN MADE IN NRW 7
Schritt für Schritt zu OPC UA
An Anlagen, die in eine Automatisierung integriert werden, stellen die Kunden vor besondere
Anforderungen in Bezug auf Prozesssicherheit und möchten die relevanten Prozessdaten erfassen
und protokollieren.
©: Reinhardt-Technik
Reinhardt-Technik GmbH ist einer der schen einer Zweikomponentendosier-
führenden Anbieter von Dosier- und anlage und einer Spritzgießmaschine.
Mischtechnik zur Verarbeitung von Diese Schnittstelle war rein funktio-
Flüssigkunststoffen in den Bereichen nell und hat keinen Prozessdatenaus-
Kleben, Dichten, Vergießen und Ober- tausch zugelassen. „Bei der Gestaltung
flächenbeschichtung und repräsentiert der OPC-UA-Schnittstelle mussten wir
innerhalb der Wagner-Gruppe das welt- uns nun mit Informationsmodellen,
weite Competence-Center für Kleben Methoden, Events usw. beschäftigen,
und Dichten. was uns zunächst sehr akademisch
und praxisfremd erschien. Im Verlauf
Immer häufiger findet ein umfassender des Projektes wurden uns die Vorteile
Datenaustausch zu weiteren Systemen aber immer deutlicher“, erklärt Thomas
und Anlagen statt. Dabei variieren die Gerke, Senior Manager Systems and
geforderten Schnittstellentypen und Applications.
die entsprechenden Datenstrukturen
meist von Anwendung zu Anwendung Was bringt der Aufwand?
beim Kunden. Die Gestaltung einer Die größten Vorteile einer OPC-UA-
solchen Schnittstelle erfordert daher Schnittstelle sieht Reinhardt-Technik in
intensive Absprachen und einen er- LSR eTwin Connect mit OPC UA. den folgenden Punkten:
heblichen individuellen Projektierungs-
und Programmieraufwand. Dieser kann Herstellerunabhängig:
mehr als 25 Prozent des Projektum- ten, was die Umsetzung zurzeit noch Mit unterschiedlichen Plattformen kann
fangs ausmachen. Auch die Steue- sehr erschwert und zu erheblichen ein entsprechender Datenaustausch
rungstechnik muss gegebenenfalls an- Mehrkosten führt. unproblematisch umgesetzt werden,
gepasst werden, da Schnittstellentyp ohne einen kosten- und entwicklungs-
und Datenhandling so eng miteinander Seit 2015 arbeitet Reinhardt-Technik intensiven Wechsel der Steuerungs-
verzahnt sind, dass eine Umsetzung sehr intensiv mit dem Hersteller von plattform vornehmen zu müssen.
auf eine andere Plattform einen hohen Spritzgießmaschinen für die Kunst-
Programmieraufwand erfordert. stoffverarbeitung Arburg GmbH & Co. Standardisierte Informationsmodelle:
KG an der Mitgestaltung einer OPC- Durch die OPC Foundation werden
Durchgängige Konzepte müssen her UA-Schnittstelle (Euromap 82.3) zu- in Zusammenarbeit mit dem VDMA
Das Thema Industrie 4.0 kommt immer sammen. Hier geht es maßgeblich um normierte Informationsmodelle (Com-
mehr auch in kleineren und mittelstän- das Zusammenspiel von Misch- und panion Specifications) für eine Viel-
dischen Unternehmen an und entspre- Dosieranlagen mit den Spritzgießma- zahl von Branchen erarbeitet, die
chende Anwendungen erfordern einen schinen zur Verarbeitung von Liquid mittel- und langfristig den Informa-
deutlich größeren und strukturierteren Silicon Rubber (LSR). tionsfluss standardisieren. Zum Bei-
Datenaustausch zwischen verschie- spiel können durch die Verwendung
denen Steuerungen. Hier fehlt es aber Bisher handelte es sich dabei um eine der OPC-UA-Schnittstelle nach OPC
häufig noch an durchgängigen Konzep- klassische Hardwareschnittstelle zwi- 40082-3 beliebige LSR-Dosieranlagen
8 INNOVATIONEN MADE IN NRW
mit beliebigen Spritzgießmaschinen in- leistet. Jedoch muss hier die Netzwerk- ie Instandhaltung möchte
D
teragieren, ohne dass eine gesonderte topologie mit den Anforderungen an „Predictive Maintenance“.
Abstimmung notwendig ist. Echtzeitfähigkeit berücksichtigt wer- er Produktionsleiter möchte
D
den. Dabei wird schnell klar, dass die Mi- „Machine Learning“ für die
Weitgehend selbstbeschreibend: schung eines normalen Netzwerks mit Prozessoptimierung.
Durch die Möglichkeit der semanti- einem echtzeitfähigen Netzwerk nicht er Betriebsleiter möchte auf
D
schen Beschreibung von Maschinen- ohne Probleme funktionieren wird. seinem Handy schnell und
daten kann die Schnittstelle ihre eigene übersichtlich über den Produktions-
Beschreibung mitliefern. Dadurch kann Reinhardt-Technik geht hier zweigleisig status informiert sein.
der Programmierer des Integrators vor und trennt die Funktions- und Da- ie QS möchte eine komplette
D
beziehungsweise des Kunden seine tenschnittstelle voneinander. Der Feld- Prozessdokumentation zu jedem
Seite der Schnittstelle deutlich schnel- bus dient weiterhin zur Steuerung des einzelnen Prozessschritt.
ler gestalten. eigentlichen Prozesses. OPC UA wird
für den nicht zeitkritischen Austausch Die Liste könnte beliebig erweitert wer-
Vollumfänglicher Datenaustausch: von Prozessdaten genutzt. OPC UA den und jeder hat seine berechtigten
Nicht nur klassische numerische Wer- over TSN entwickelt sich nach Unter- Anforderungen. Das Fundament für all
te können über die Schnittstelle aus- nehmenseinschätzung zu einem Feld- diese Analysen sind Daten. Diese müs-
getauscht werden. Auch komplette bussystem, das jedoch zurzeit noch sen aus möglichst vielen Quellen zur
Events und Methoden können ausge- nicht von allen Feldbusgeräten unter- Verfügung stehen, abgerufen und über-
führt werden bis hin zum Austausch stützt wird. mittelt werden. Genau hier liegt der
von kompletten Dateien. Vorteil von OP UA: Es ist eine standar-
OPC UA bringt verschiedene disierte, hersteller- und plattformunab-
Wo liegen die Grenzen von OPC UA? Anforderungen unter einen Hut hängige Schnittstelle.
OPC UA ist nicht echtzeitfähig. Häufig Viele Unternehmen führen momentan
wird dann auf OPC UA over TSN verwie- die Diskussion: „Was ist Industrie 4.0?“ „Die Companion Specifications und die
sen, das eine Echtzeitfähigkeit gewähr- Datenmodelle sind umso anwendungs-
freundlicher, je mehr branchenspezi-
fisches Wissen bei ihrer Definition ein-
fließt. Betriebliches Know-how muss
©: Reinhardt-Technik
dabei nicht preisgegeben werden. Es
ist also für alle von Vorteil, wenn sich
möglichst viele Maschinen- und An-
lagenbauer bei der Erarbeitung der
Companion Specifications einbrin-
gen“, appelliert Gerke. „Durch unsere
Mitarbeit an der Companion-Specifi-
cation-Oberflächentechnik gehen wir
davon aus, zukünftig den Projekt- und
Inbetriebnahmeaufwand deutlich redu-
zieren zu können.“
Marcus Naber
R&D Software engineer
Reinhardt-Technik GmbH
Kierspe
www.reinhardt-technik.de
Eine Gegenüberstellung des Abstimmungsbedarfs und der Möglichkeiten einer OPC-UA-Schnittstelle
mit einer entsprechenden Companion Specification und einem klassischen Feldbus, der meist kunden-
spezifisch umzusetzen ist.
INNOVATIONEN MADE IN NRW 9
Smart Factory mit IoT: Vernetzte Kunststoff-
Komponenten nutzen OPC-UA-Standard
In der heutigen Zeit werden innerhalb von Sekunden unzählige Datenmengen erzeugt. Genauso
wichtig wie diese Datenerzeugung ist Informationsbereitstellung bzw. die Form der Informations-
ausgabe. Die Ausgabe über einen OPC-UA-Server ist die Möglichkeit mit der wahrscheinlich
höchsten Flexibilität, da diese Technik für alle gängigen Anbieter zur Verfügung steht.
Vernetzung ist derzeit das zentrale für den Einsatz in einer vernetzten und form hat der Automatisierungsspezi-
Stichwort, wenn es um Predictive Main- intelligenten Umgebung aus. Ziel ist es, alist Fanuc entwickelt. Mit dem Fanuc
tenance und Industrie 4.0 geht. Als Her- die Wartung und Instandhaltung effizi- Intelligent Edge Link & Drive System
steller und Lieferant von Komponenten enter und wirtschaftlicher zu gestalten. (FIELD) können sich Produktionsma-
aus Hochleistungskunststoffen für die schinen miteinander vernetzen. Um
Bewegung – wie Energieketten, Leitun- Damit das gelingt, kommen dabei unter Daten von Maschinen und Anlagen zen-
gen und Gleitlager – richtet igus, Spezi- anderem industrielle IoT-Plattformen tral auswerten zu können, kann diese
alist für motion plastics, seine mecha- zum Einsatz, denen der Standard OPC industrielle IoT-Plattform Produktions-
nischen Produkte daher immer mehr UA zugrunde liegt. Eine solche Platt- maschinen aller Hersteller über eine
©: igus
Die Integration der igus smart
plastics in das Fanuc-FIELD-
System: Die i.Cee:local-Hardware
sammelt die Daten der i.Sense-
Sensoren und übergibt sie über
einen Converter an das FIELD-
System. Über die igus-App kann
der Instandhalter den Zustand
seiner Komponenten wie Energie-
ketten überwachen.
10 INNOVATIONEN MADE IN NRWlokale Netzwerktopologie verbinden Mit der Einbindung dieser App können Art, die den Zustand der Komponenten
und ermöglicht so eine umfassende Anwender den Zustand ihrer Energie- erfassen. Sie messen dabei den Zu-
Datenanalyse der gesamten Prozess- ketten und Leitungen jederzeit überwa- stand der Komponenten, die Daten
kette. Dazu kann es sowohl „on pre- chen und die Wartung vorausschauend werden zentral erfasst und auf Wunsch
mise“ oder zukünftig mit Cloudanbin- planen. an ein intelligentes System übermittelt.
dung arbeiten. So lässt sich das Worst-Case-Szenario
Anbindung über i.Cee in einer – Anlagenstillstand und Produktions-
sicheren Umgebung stopp – vermeiden.
So ist bei großen Energiekettensyste-
©: igus
men die Einhaltung der Wartungsan- Die Kommunikationsmodule der
weisungen beispielsweise essenziell für i.Cee:local-Reihe stellen dabei die
eine maximale Lebensdauer. Das soge- Daten über einen integrierten OPC-
nannte i.Cee-System von igus erinnert UA-Server bereit. Ein OPC-UA-Con-
den Kunden zum Beispiel an anstehen- verter des FIELD-Systems verbindet
de Inspektionen oder Wartungsarbei- sich schließlich als OPC-UA-Client auf
ten, ähnlich wie bei einem Auto. Diese das iCee:local-Modul und kommuni-
Informationen erfolgen nutzungsab- ziert über die einheitliche OPC-UA-
hängig, sodass bei geringerer Nut- Architektur. Die Integration der be-
zung auch längere Wartungsintervalle stehenden i.Cee:local-Software in das
möglich sind und Kosten eingespart FIELD-System ließ sich über die gut
werden können. beschriebene OPC-UA-Syntax in kur-
zer Zeit realisieren.
Immer mehr Produktionsbetriebe er-
kennen die Einsparpotenziale durch Durch die Offenheit des FIELD-Systems
die Vernetzung von Maschinen und Ma- hat der Nutzer die Möglichkeit, die Da-
schinenkomponenten auf der Daten- ten und Lebensdaueraussagen der ein-
Die i.Cee-Hardware sammelt unter anderem die und IT-Ebene – bis hin zur unterneh- gesetzten Produkte von igus in einer ge-
Daten der i.Sense-Module und gibt sie via
mensübergreifenden Vernetzung durch schützten lokalen Netzwerkumgebung
i.Cee-Software im gewünschten Format aus.
übergreifende Standards wie OPC UA. zu nutzen. Die Smart-Plastics-App sagt
Alle Sensordaten – beispielsweise die dem Instandhalter, in wie vielen Tagen
Das System sammelt und analysiert Berechnungen der individuellen Le- er die nächste Wartung durchführen
die Maschinendaten vor Ort. So kön- bensdauer und die daraus resultieren- sollte. Ungeplante Anlagenstillstände
nen die Betriebsdaten sowie auch de Alarmierung – können an überge- lassen sich so vermeiden. Die Apps des
Sensordaten der Maschinen über nur ordnete IT-Systeme weitergegeben und FIELD-Systems, so auch die Smart-
einen Server zentral gesammelt und dort ausgewertet oder dokumentiert Plastics-App von igus, kann der Anwen-
abgerufen werden. Die Effizienz lässt werden. Das betrifft beispielsweise Ma- der sich über einen Store herunterla-
sich einfach überwachen, Produkti- nufacturing-Execution-Systeme (MES), den, in dem Anwender die Möglichkeit
onsabläufe lassen sich beschleunigen Zero-Downtime-Systeme (ZDT) und haben, ihre gewünschten Software-
sowie Wartungseinsätze planen. Durch Software für die unternehmensweite lösungen selbst zu wählen.
die Offenheit der Plattform sind alle Instandhaltung.
Maschinen ans System anschließbar.
Apps für das System werden von Fanuc Vorausschauende Wartung Richard Habering
sowie von Drittanbietern angeboten. So durch intelligente Vernetzung Leiter Geschäftsbereich smart plastics
igus GmbH
hat auch igus zusätzlich eine App für Für die Datengenerierung führt igus
Köln
seine smart plastics entwickelt und der beispielsweise unter dem Namen ww.igus.de
FIELD-Plattform zu Verfügung gestellt. i.Sense-Sensoren unterschiedlichster
INNOVATIONEN MADE IN NRW 11Die Spritzgießproduktion spricht OPC
Die Spritzgießbranche war mit der auf OPC UA aufbauenden Host-Schnittstelle zwischen der
Spritzgießmaschine und einem MES (EUROMAP 77) schon früh ins OPC-UA-Geschehen
eingebunden. Die Möglichkeiten der semantischen Modellierung waren ein wesentlicher Treiber.
Der Spritzgießmaschinenbauer ENGEL setzt auf eine durchgängige Kommunikation auf Basis
des I4.0-Schichtenmodells in allen Produkten.
Komplexe Produktionsanlagen, die aus durch immer wieder neue Program- sowie Kodierungs- und Dekodierungs-
vielen Komponenten bestehen, be- miersprachen, Datenformate, Kommu- möglichkeiten werden alle Sicherheits-
dürfen auch intern leistungsfähiger nikationsmodelle, elektrische Schnitt- aspekte sowie die standardisierte Mo-
Schnittstellen. Nur mit verstärkter stellen und immer leistungsfähigere dellierung abgedeckt; unterschiedliche
Modularisierung, beginnend beim Ma- und immer kleinere Komponenten, die Programmiersprachen und Betriebs-
schinenaufbau bis hin zu den Soft- diese Kommunikation möglich machen. systeme werden unterstützt. Anstelle
warelösungen, ist die Komplexität be- Auf vielen Ebenen des ISO/OSI-Refe- eigener Protokolle oder Modellierungen
herrschbar. So sollte die Integration von renzmodells leisteten zudem die Unter- kann man sich mittlerweile aus dem
Optionen in eine Serienmaschine oder nehmen umfangreiche Entwicklungs- OPC-UA-Baukasten bedienen.
ein Retrofit ohne Auswirkungen auf arbeiten.
SPS*-Ablaufprogramme oder auf das Echtzeitkommunikation setzt
Visualisierungssystem sein. Dieser Ein großer Nutzen der OPC-UA-Basis- nächsten Meilenstein
Wunsch ist keinesfalls neu. Bereits vor spezifikation ist deren Umfang, der im Während viele Technologien längst in
20 Jahren gab es Schnittstellen zur Mo- Gegensatz zu früheren Libraries oder breiter Anwendung sind, steht OPC
dularisierung der Steuerungstechnik. Frameworks alle Aspekte erfüllt. Für die
Der Weg bis heute ist gekennzeichnet zahlreichen Kommunikationsmodelle
©: ENGEL
Die vernetzte Spritzgießproduktion: OPC UA ist eine der wesentlichen
Industrie-4.0-Technologien, weil sie eine Modellierung auf Basis vieler
vordefinierter Datentypen aus Basisspezifikationen ermöglicht.
* speicherprogrammierbare
Steuerung
12 INNOVATIONEN MADE IN NRWUA bei Machine-to-Machine-Kommu- Der fehlende OPC-UA-Client wurde in was dem Anwender zahlreiche Vorteile
nikation mit Echtzeitanforderungen eigener Entwicklung erstellt. bietet. Hierzu zählen unter anderem
noch am Anfang. Hierzu zählt die Robo- die gemeinsame Datensatzhaltung, ein
ter-Maschinen-Schnittstelle EUROMAP Schon heute viele Peripheriegeräte besonders schneller Signalaustausch,
79 aus der Kunststoff- und Gummi- über OPC UA ansprechbar die Synchronisation von Roboter- und
industrie, die auf den Pub/Sub-Mecha- Im Unternehmen versucht man, auf Maschinenbewegungen sowie die ge-
nismus mit UDP-Transportprotokoll den Modellen aus den Companion meinsame Darstellung von Roboter und
setzt. Die Herausforderung besteht Specifications aufzubauen. Dazu ist es Maschine auf dem Maschinendisplay.
im Datenaustausch im Millisekunden- hilfreich, im Normierungsprozess des
takt, der bei Ethernet-basierten Feld- VDMA die eigenen Ideen einzubrin-
©: ENGEL
bussystemen zwar bereits seit zehn gen. Gerade OPC UA bietet viele Um-
Jahren sehr gut funktioniert, jedoch setzungsmöglichkeiten und nicht alle
meist auf proprietären Lösungen mit sind in gleicher Weise performant und
vergleichsweise einfacher Kommunika- können sich auch in der Komplexität
tionsinfrastruktur basiert. Bei der Im- deutlich unterscheiden. Auch bedeutet
plementierung des OPC-UA-Pub-Sub- dieser frühe Umgang mit den Modellen,
Datenaustauschs dagegen müssen dass dann und wann eine Implemen-
performante Lösungen mit möglichst tierung überarbeitet und an eine neue
geringer Latenzzeit an die verwende- Version der Specifications angepasst
ten Netzwerkchips, den TCP/IP-Stack werden muss.
des verwendeten Betriebssystems und
letztlich an das bestehende PLC-Sys- Eine Spritzgießmaschine kann aktuell
tem angepasst werden. bereits eine ganze Reihe an Periphe-
riegeräten wie Temperiergeräte, LSR- Eine besondere Herausforderung stellt die
Kommunikation zwischen Spritzgießmaschinen
Ein immer wichtiger werdender Vor- Dosiersysteme, Granulatmischer oder
und Robotern dar. Informationen über die
teil ist die angekündigte und teilweise Heißkanäle über OPC UA ansprechen Maschinen- und Roboterbewegungen müssen in
bereits verfügbare Kommunikations- und für den Anwender komfortabel Echtzeit übermittelt werden.
infrastruktur auf Basis von Broker- einbinden, inklusive einer gemeinsa-
oder Cloud-Lösungen mit direkter men Datenhaltung und Visualisierung Die neue Schnittstelle erweitert aber
OPC-UA-Integration. Sie wird den glo- am Bedienpanel der Spritzgießma- auch für Anwender von ENGEL-System-
balen Datenaustausch – zum Beispiel schine. Durch standardisierte Schnitt- lösungen noch einmal die Möglichkei-
für Assetmanagement, Condition-Mo- stellen wird das herstellerübergreifen- ten. Hochintegrierte Produktionszellen
nitoring, Update-Management oder de Zusammenspiel der verschiedenen lassen sich damit noch stärker modu-
die zentrale Steuerung von Produkti- Komponenten innerhalb der Produk- lar aufbauen, wobei die Verbindung der
onsanlagen – beflügeln. Auch ENGEL tionszelle erheblich vereinfacht. Module untereinander auf bekannter
fasst diese Lösungen in seinem leis- strukturierter Ethernet-Verkabelung
tungsfähigen Kundenportal e-connect ENGEL gehörte zu den Treibern der basieren kann. Dies wird die Konfigu-
zusammen und arbeitet an weiteren EUROMAP 77 und 82.1 und bringt jetzt ration und das Anpassen von Produk-
Produkten. auch sein Know-how für die Erstellung tionszellen an neue Aufgaben weiter
der EUROMAP 79 für den Betrieb von vereinfachen und damit Investitionen
Ein weißer Fleck bei OPC-UA-Client- Handhabungssystemen ein. Der Stand- noch besser absichern.
Implementierungen sind die zuseh- ort Hagen in Nordrhein-Westfalen ist als
ends auch in der Industrie Einzug hal- Sitz der ENGEL-Automatisierungstech-
tende Browser-Technologien auf Basis nik für weltweite Automatisierungspro-
Andreas Themann
HTML5. Gerade im Visualisierungsbe- jekte ein Schlüsselwerk. Sowohl Linear- Geschäftsführer
reich setzt sich diese Technik immer als auch Knickarmroboter der eigenen ENGEL Automatisierungstechnik
Deutschland GmbH
mehr durch und kaum ein Steuerungs- Baureihen viper und easix werden dort
Hagen
hersteller kann hier noch auf eine Lö- vollständig in die CC300-Steuerung www.engelglobal.com/de
sung aus dem eigenen Haus verzichten. seiner Spritzgießmaschinen integriert,
INNOVATIONEN MADE IN NRW 13Produktionsdigitalisierung im Mittelstand
Standardisierte Maschinenschnittstellen wie umati/OPC UA helfen gerade auch im Mittelstand,
die Digitalisierung voranzutreiben. Andere Bausteine sind heute aber noch deutlich relevanter.
Die thyssenkrupp Materials IoT GmbH Die Rolle von standardisierten erungsseite können häufig mit der Ent-
ist der Industrie-4.0-Serviceprovider Maschinenschnittstellen wicklung nicht Schritt halten. Das heißt,
von thyssenkrupp mit einer eigenen In- Standardisierte Schnittstellen wie auf absehbare Zeit sind vielfältige Ma-
dustrial-Internet-of-Things(IIoT)-Platt- umati/OPC UA helfen bei der Entwick- schinenschnittstellen in Produktions-
form, toii®. Neben den bisher mehr als lung und Implementierung von digita- betrieben die Realität der Digitalisierer
30 digitalisierten Produktionsstandor- len Anwendungen in der Produktion, und ein Plug & Play wie am heimischen
ten von thyssenkrupp digitalisiert der den Aufwand und damit Kosten für Computer ist noch Zukunftsmusik.
Dienstleister auch Produktionsbetrie- die Maschinenanbindung zu reduzie-
be außerhalb des Mutterkonzerns und ren. Bei der Einführung von standar- Eine typische „Digitalisierungsreise“
dies nicht nur in der metallverarbeiten- disierten Einstiegssoftwareprodukten Von papierbasierten, intransparenten,
den, sondern auch in völlig branchen- ist die Schnittstellenentwicklung zu unflexiblen und fehleranfälligen Pro-
fremden Industrien wie zum Beispiel Maschinen der größte Kostentreiber duktionen bis hin zur Smart Factory
im Kunststoffbereich. überhaupt. läuft eine typische Digitalisierungsreise
für mittelständische Betriebe ähnlich
In den Betrieben von thyssenkrupp, Gerade für den Mittelstand gilt es, die wie bei größeren Betrieben ab. Häufig
aber auch bei den externen Kunden, Hürde für den Einstieg in die Digitalisie- entscheiden sich Mittelständler aus
gibt es häufig eine sehr ähnliche digi- rung so niedrig wie möglich zu gestal- Kostengründen gegen eine mächtige
tale Transformationsreise. Dabei ist das ten. Leider kann man hier keine Wunder Lösung beim Manufacturing Execution
Ziel meist die Produktivitätssteigerung durch Schnittstellenstandards über System (MES). Nachfolgend werden
und damit der Erhalt der langfristigen Nacht erwarten, da der Investitions- daher Anwendungen in mittelstän-
Wettbewerbsfähigkeit. zyklus des Maschinenparks – häufig disch geprägten Produktionsstandor-
zwischen 25 und 50 Jahren – deutlich ten durch – aber nicht nur – Maschi-
Die notwendigen Bausteine für eine Di- länger ist als der von Softwareproduk- nendatenerfassung aufgezeigt.
gitalisierung, die sich in der Wirtschaft- ten. Auch Retrofits auf Maschinensteu-
lichkeit niederschlagen, sind dabei
1. der richtige Use Case mit klarem
©: tMiOT
Business Case
2. ein Verständnis des Kontextes,
das heißt der Produktions-
prozesse und der aktuellen
Produktions-IT-Landschaft
3. die Wahl beziehungsweise
Entwicklung und Implementierung
der richtigen Digitalisierungslösung
4. ein erfolgreiches Change-
Management, um alle Mitarbeiter
mitzunehmen
5. eine Anpassung des Shopfloor-
Managements
Dashboard eines Längsteilers im Stahlservice-Center.
14 INNOVATIONEN MADE IN NRWAusgangspunkt ist meist ein mangel- erfassung der Maschinenführer mit voll ohne diese Art der Automatisie-
hafter Informationsstand über Pro- einer sehr einfachen Maschinendaten- rung betrieben werden. Hierbei helfen
duktivitätsdaten. Diese sind – wenn erfassung. bidirektionale Maschinenanbindungen,
überhaupt vorhanden – nur lückenhaft zum Beispiel über OPC UA.
und dann meist zu spät verfügbar, um Systematische
innerhalb von Schichten Optimierun- Maschinendatenerfassung Mit einem übergreifenden Auftragsma-
gen anzustoßen beziehungsweise bei Weiterführende Transparenzprodukte nagement über mit OPC UA kommuni-
Schichtübergabe datengetrieben von setzen auf systematische Maschinen- zierende Maschinen und angebundene
Schicht zu Schicht voneinander zu datenerfassung. Hier kann OPC UA sei- manuelle oder autonome Intralogistik
lernen. Die ersten Digitalisierungs- ne Stärken ausspielen – wie auch beim lassen sich alle Produkte innerhalb der
schritte zielen daher auf Transparenz Thema Datensicherheit. Umfangreiche Produktion verfolgen, egal ob geogra-
bei Performancekennzahlen ab. Dashboards mit Key-Performance-Indi- phisch oder entlang des Produktions-
katoren (KPIs), die aus Maschinenda- fortschritts. Mit systematischer Aus-
ten errechnet werden, sind so möglich. wertung der Durchlaufzeiten können
Über weiterführende Betriebsdaten- weitere Optimierungspotenziale identi-
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erfassung können zum Beispiel Stö- fiziert und genutzt werden.
rungsgründe detailliert erfasst und
später ausgewertet werden.
©: tMiOT
Alle Transparenzprodukte bieten so
eine Basis für datengetriebene Ent-
scheidungen zu weiteren Optimierun-
gen und gegebenenfalls weiterführen-
den Digitalisierungen der Produktion.
Häufig ist der nächste Schritt, Teilpro-
zesse – wie beispielsweise die Quali-
tätssicherung – zu digitalisieren. Die
Einbindung von manuellen Funk- oder
vollautomatischen Messsystemen bie-
tet eine lückenlose Qualitätskontrolle.
Digitalisierte Säge in der Anarbeitung. Die smarte Produktion
Die nächste Ausbaustufe hin zur Smart Dickenmessprotokoll aus radiologischer
Dickenmessung.
Factory ist die völlig papierlose Pro-
Hier gibt es Einstiegsprodukte, um in duktion. Diese bietet neben erhöhter
Echtzeit die Frage „Produzieren die Ma- Flexibilität auch erhebliche Produkti- Die oben skizzierten Anwendungen
schinen oder nicht?“ für den gesamten vitätsgewinne, vor allem bei häufigen sind das Fundament für die Wettbe-
Standort zu beantworten. Wenn nicht, „Rezeptwechseln“ in Produktionen mit werbsfähigkeit von produzierenden
werden die Gründe dafür systematisch hoher Produktvielfalt. Dabei werden Betrieben und können durch weitere
erfasst: Wird gerade gerüstet? Wird auf Produktionsaufträge direkt aus dem Lösungen aus den Bereichen Advanced
Material gewartet? Oder gibt es einen ERP (Enterprise-Ressource-Planning) Data Analytics und Artificial Intelligen-
Defekt? Diese Informationen können in die Maschinensteuerung übertragen. ce ergänzt werden.
über beliebige Zeiträume ausgewertet Gerade bei einer Vielzahl von Produkti-
werden und erlauben so Rückschlüsse onsparametern wird hier erheblich Zeit
auf Optimierungspotenziale. gespart und gleichzeitig die Eingabe- Sebastian Lang
qualität maximiert. Managing Director
thyssenkrupp Materials IoT GmbH
Diese Lösungen benötigen keine aus-
Essen
gefeilten Maschinenschnittstellen, son- Komplexe und moderne Maschinen www.thyssenkrupp-materials-iot.com
dern nutzen eine reine Betriebsdaten- können heute zum Teil nicht mehr sinn-
INNOVATIONEN MADE IN NRW 15OPC UA bringt Skalierbarkeit
von Maschinen und Systemen
auf neues Niveau
IM GESPRÄCH MIT DR. HORST HEINOL-HEIKKINEN
Interview mit Dr. Horst Heinol-Heikkinen,
Geschäftsführender Gesellschafter der
ASENTICS GmbH & Co. KG in Siegen.
tions- bzw. Teilmodelle – die im Optimal-
fall Companion Specifications sind –
im Rahmen einer Asset Administration
Shell zusammen. Einer von mehreren
Beiträgen, die digitale Zwillinge leisten,
ist Interoperabilität mit beliebig ande-
ren Assets.
©: Asentics
Wie wird dadurch der Status der
Dr. Horst Heinol-Heikkinen Bildverarbeitung ausgebaut?
Heinol-Heikkinen: Uns als Systemher-
steller hilft OPC UA dabei, dass wir das
Was leisten die Companion Specs deutlich vereinfachter Informations- immense Daten- und Informationspo-
für Ihr Unternehmen? austausch zwischen der Bildverarbei- tenzial, das unsere Produkte vorhalten,
Heinol-Heikkinen: Mit den Compa- tung bis in die IT-Unternehmensebene auch vollumfänglich nutzbar machen
nion Specifications vereinfachen und hinein stattfinden. Bei der Umsetzung können. Wir reden also über mögliche
akzelerieren wir die Konnektivität der dieses Ziels kommen unsere aktuellen digitale Wertschöpfungsstrategien!
Bildverarbeitungssysteme mit ihrer Informationsmodelle wie die VDMA Produkte werden so einfacher und si-
Umwelt, wodurch bedeutende Aspekte Companion Specifications jedoch an cherer – und hoffentlich für unsere
wie zum Beispiel die Inbetriebnahme ihre Grenzen, da sie in der Regel mittels Kunden auch attraktiver! Keine andere
und Implementierungszeiten erheb- großem Domänenwissen die physika- Technologie hat im Rahmen von Indus-
lich reduziert werden. Diese Zeit- und lischen Funktionsumfänge einzelner trie 4.0 so viel Informationsmacht wie
auch Kostenersparnisse sind wichtige Assets digital repräsentieren. Es fehlt die Bildverarbeitung. OPC UA schafft
Schritte, um die „tägliche“ Automati- noch „der Blick fürs Ganze“. für uns die notwendige Barrierefreiheit.
sierung fortschrittlicher zu machen.
Hier kommt das Thema „digitaler Zwil- Natürlich ist das Tool Vision als Qua-
Wo stoßen OPC UA oder die ling“ mit seiner Asset Administration litätskontrollinstrument eine große Sa-
Companion Specs an ihre Grenzen? Shell (AAS) ins Spiel, der das Ganze che, aber Vision kann auch verwendet
Heinol-Heikkinen: Das langfristige Ziel von oben in einem größeren Umfang werden, um Informationen über den
ist es, die Fesseln, die die Bildverarbei- und vor allem aus der Anwendung Zustand der Maschine zu geben, ob sie
tung bei der Bottom-up-Kommunika- heraus betrachtet. Der digitale Zwilling ordnungsgemäß funktioniert oder ob in
tion aus der sogenannten Feldebene fasst gemäß dem eigenen Wunsch bestimmten Bereichen Verschleiß oder
heute hat, zu lösen. Damit kann ein nach Komplexität und Tiefe Informa- Beschädigungen vorliegen. Kameras
16 INNOVATIONEN MADE IN NRWkönnen auch verwendet werden, um tions die semantische Selbstbeschrei- Welche Beispiele gibt es zurzeit
die Fabrikhalle zu beobachten. Mit der bung aller Prozessteilnehmer. Das für die Integration von Bild-
Vision-Technologie kann mehr erreicht verändert alles: Denn statt starr eine verarbeitung in die Automatisierung
und Geschäftsfelder können enorm angestammte Aufgabe zu erfüllen, von Produktionsprozessen,
skaliert werden. Hierzu bedarf es der rücken jetzt Flexibilität und Wandel- wo die Companion Specs zum
Industrie-4.0-Infrastruktur. barkeit in den Vordergrund. Das ist ein Tragen kommen?
Paradigmenwechsel und ermöglicht Heinol-Heikkinen: Zur Implementie-
Für all diese möglichen Anwendungs- die hochdynamische Kommunikation rung von Bildverarbeitung in den Ferti-
fälle sind OPC UA, die Companion Spe- für wechselnde Aufgaben. gungsprozess haben wir zuerst das
cifications und der digitale Zwilling mit sogenannte generische Verhaltens-
seiner AAS essenzielle Faktoren. Ein weiterer enormer Vorteil ist die Tat- modell, also die State Maschine eines
sache, dass die Implementierung der Bildverarbeitungsgerätes, spezifiziert.
Wir verlassen also die Abhängigkeit von Companion Specifications nur ein ein- Dies löst ein seit Langem unangeneh-
sonst limitierenden Schnittstellen, da- ziges Mal stattfinden muss. Selbst bei mes Problem, nämlich die Komple-
raus ergeben sich völlig neue Möglich- einem Wechsel des Bildverarbeitungs- xität, die Uneinheitlichkeit und die
keiten, in deren Mittelpunkt Informatio- anbieters garantiert der vereinbarte hieraus immer wieder resultierenden
nen, deren „barrierefreie“ Übermittlung Standard die problemlose Integration Verständnisschwierigkeiten zwischen
und „sinnstiftende“ Nutzung stehen. in bestehende Infrastrukturen. Wir zwei Gewerken – dem Bildverarbei-
Dies zusammengenommen wird den begeben uns also auf ein völlig neues tungsintegrator und seinem Kunden.
Status der Bildverarbeitung im Markt Niveau hinsichtlich der Skalierbarkeit Das einvernehmliche Verständnis dar-
nicht nur festigen, sondern wird zu sei- von Maschinen und Systemen. über, wie und vor allem wann ein Bild-
nem Ausbau verhelfen. verarbeitungsgerät mit der richtigen
Die Benefits und das konkrete Arbei- Frage ansprechbar ist, ist eine enorme
Was bedeutet das für Ihre Kunden? ten an Industrie 4.0 überwiegen die- Erleichterung zum Aufbau der stabi-
Heinol-Heikkinen: Mit OPC UA erhal- se Kosten um ein Vielfaches. Es geht len und sicheren Kommunikation zwi-
ten wir die durchgehende Vernetzung auch um die Zukunftsfähigkeit ihres schen diesem Gerät und beispielsweise
und mittels der Companion Specifica- Unternehmens. SPS, Manufacturing Execution System
©: Asentics
Prüfautomaten verwenden neben den OPC-Companion-Spezifikationen Bildverarbeitung für Robot-Vision-Anwendungen verwendet die OPC-UA-
(VDMA 40100) zusätzliche OPC-UA-Teilmodelle zur Kommunikation, Companion-Spezifikationen (VDMA 40100).
zum Beispiel mit ERP-Systemen.
INNOVATIONEN MADE IN NRW 17(MES) etc. Die Lösung dieses Prob- Welche Märkte tun sich dabei auf? zen und Umfang selbst bestimmen
lems sollte nicht unterschätzt werden. Heinol-Heikkinen: Es wird sich alles kann: beispielsweise nur eine einzige
um die Digitalisierung der Wertschöp- Maschine, eine komplette Produktions-
Welche Szenarien ermöglicht OPC fungskette drehen. Hardware muss linie oder eine gesamte Fertigung oder
UA in Zukunft für Ihre Kunden? zu Software abstrahiert und vernetzt Fabrik. Jeder dieser Abschnitte kann
Heinol-Heikkinen: In Zukunft wird werden können. Alle industriellen Bran- Unmengen an Informationen sammeln
OPC UA ein Werkzeug sein, mit dem chen und Technologien sind an der und liefern, immer mit dem Zweck ver-
man den gesamten Serviceprozess un- Interoperabilität von verschiedenen bunden, die eigene Wertschöpfungs-
serer Asentics-VARIO-Systeme deut- Maschinen und verschiedenen IT-Ebe- kette deutlich effizienter zu gestalten.
lich vereinfachen und automatisieren nen interessiert. Es tut sich also für alle Märkte und für
kann. Unsere Prüfmaschinen erlangen alle Marktteilnehmer „etwas auf“!
in gewisser Weise ein Bewusstsein, Nicht nur aus der Sicht der Bildverarbei-
denn sie haben Kenntnisse darüber, ter sind als konkrete Beispiele die Re- Welche Tipps haben Sie für
wann bestimmte Verschleißteile ge- moteinbetriebnahme und der Remo- andere Unternehmen?
wechselt werden müssen, machen teservice von Systemen zu nennen. Heinol-Heikkinen: Ohne finanzielle
darauf frühzeitig aufmerksam, kom- Diese leisten wertvolle Dienste, ohne und menschliche „Ressourcen“ wird
munizieren mit dem ERP-System oder die Fabrik physisch zu besuchen. Ich es nicht gehen. Die Entwicklung der
fordern diese direkt bei uns an. glaube, dass solche Szenarien gerade eigenen Unternehmensperspektive für
das Industrie-4.0-Zeitalter ist von der
Entwicklung eigener technischer I4.0-
Kompetenzen kaum zu isolieren. Früh-
zeitig mitmachen, ist meine Antwort
als Inhaber eines Technologieunter-
nehmens, das sich Technologieführer-
schaft auf die Fahnen geschrieben hat!
Die Summe aller domänen- Denjenigen, die sich mit dem Thema
spezifischen Teilmodelle
(zum Beispiel OPC UA CS) OPC UA oder gar mit der Realisierung
unter der Asset Administra- von digitalen Zwillingen beschäftigen,
tion Shell ergibt den inter-
operablen digitalen Zwilling
sich allerdings nicht in den geeigne-
©: Asentics
„Machine Vision System“. ten Gremien engagieren, sondern dies
vielmehr isoliert für ihre eigenen Pro-
dukte und auf ihrem eigenen Wege
tun, möchte ich zurufen: „Industrie-
Zum Beispiel der Austausch von Daten durch unsere aktuellen Beschränkun- 4.0-Kommunikation ist wahrscheinlich
zwischen einem MES und dem Bild- gen der Pandemie einen ungeahnten die mächtigste und bedeutendste
verarbeitungssystem, um mit zentral Schub erhalten werden. Der digitale „Schnittstelle“, an die wir uns bis heu-
gespeicherten und verwalteten Daten Zwilling beschreibt Möglichkeiten, dies te mit dem Ziel der Standardisierung
einen Produkt- oder Aufgabenwechsel zu tun. gewagt haben. Erfolgreich wird das
für das Bildverarbeitungssystem und nur, wenn wir in großer Gemeinsamkeit
andere Teilnehmer zu orchestrieren. Mit dem digitalen Zwilling wird es dar- gehen. Wir Menschen, die wir daran
Die Idee ist, die Daten während oder über hinaus möglich sein, unbeschreib- arbeiten, müssen vor allem „interope-
nach jeder Aufgabe auf ein anderes lich viele Informationen während des rabel“ sein – dann werden es unsere
Gerät oder eine andere Maschine zu gesamten Lebenszyklus eines Assets Maschinen vielleicht auch!
übertragen und so Verständnis und zu sammeln, die dem Endkunden –
möglicherweise sogar Interaktion zu also dem Eigentümer der Assets –
generieren. Wir schaffen hiermit also ei- enorm viel Nutzen aus sehr unter- www.asentics.de
nen weiteren wichtigen Ausgangspunkt schiedlicher Perspektive bringen. Das
für „Maschinen sprechen miteinander“. Großartige dabei ist, dass man Gren-
18 INNOVATIONEN MADE IN NRWumati – OPC UA im Maschinen- und Anlagenbau
weltweit in Einsatz bringen
umati steht für „universal machine technology interface“. Es bildet den Rahmen für die weltweite
Verbreitung von Schnittstellenstandards auf Basis von OPC UA im Maschinen- und Anlagenbau.
engagieren sich die beteiligten Partner
gemeinsam zur praktikablen Verein-
©: umati
heitlichung der Implementierung der
Standards in ihren Produkten. Dies er-
umati – eine starke Community für Hersteller und Anwender. möglicht den Kunden eine möglichst
einfache Anbindung der Maschinen
an ihre individuellen IT-Ökosysteme.
OPC-UA-Spezifikationen gibt es vie- tion entstehen. umati ist dafür die glo- Dies vereinfacht, einen Mehrwert aus
le, je nach Maschinentyp und Anwen- bale Marke und Community. Datennutzung zu erzielen.
dungsfeld. Aus technologischer Sicht
ist diese Vielfalt sinnvoll, denn unter- umati verfolgt die Ziele, dass Maschi- Getragen wird umati von VDMA und
schiedliche Technologien haben unter- nen jeglicher Art sich einheitlich ver- VDW gemeinsam. Die Fertigungsleiter
schiedliche Bedürfnisse im Austausch netzen lassen, Daten je nach Kunden- dieser Welt müssen darauf vertrauen
von Daten. Die Nutzer von Maschinen bedarf genutzt werden können und die dürfen, dass die Maschinen unter-
und Anlagen, also produzierende Un- Verbreitung der Standards internatio- schiedlichster Hersteller die gleiche
ternehmen, nutzen jedoch in ihren nal anschlussfähig ist. Sprache sprechen und sie den An-
Betrieben eine individuelle Zusam- spruch von umati – Connecting the
menstellung von Maschinen, Anlagen, Dieser Anspruch geht über die reine World of Machinery – umsetzen können.
Komponenten und IT-Systemen unter- Standardisierungsarbeit hinaus. Dem
schiedlicher Hersteller. Deshalb ist es Versprechen „Konnektivität – einfach,
notwendig, die Implementierung der nahtlos und sicher“ verpflichten sich Andreas Faath
verschiedenen OPC-UA-Spezifikatio- die Partner, die an umati beteiligt sind. Head Industrial Interoperability
VDMA e. V.
nen zu koordinieren und weitestgehend Als Initiative von der Industrie des Ma-
Frankfurt
zu vereinheitlichen. Nur so kann eine schinen- und Anlagenbaus für die In- vdma.org/opcua
umfassende Weltsprache der Produk- dustrie und ihre Kunden gegründet,
INNOVATIONEN MADE IN NRW 19Vernetzung von Werkzeugmaschinen
mit umati in der Produktion
Die Vernetzung und Datenerfassung in der Produktion ist ein wichtiger Bestandteil zur Entdeckung
von Optimierungspotenzialen. Die Schnittstelle umati bietet dabei die Grundlage, Daten der
Werkzeugmaschinen in der Produktion einheitlich über einen OPC-UA-Server zur Verfügung zu
stellen und über Datenerfassungstools abzurufen und auszuwerten.
Konzept zur Datenerfassung
©: ELHA-MASCHINENBAU Liemke KG
der unterschiedlichen
Werkzeugmaschinen mit
umati in der Produktion.
Zur Erfassung von Daten der Werkzeug- die Maschinen mit Steuerungen ohne in dem umati-Informationsmodell be-
maschinen in der Produktion stattet Schnittstellen zu den internen Daten reitgestellt werden. Zudem werden die
ELHA-MASCHINENBAU Liemke KG ihre betrieben. Andere Maschinen haben von ELHA-MASCHINENBAU gebauten
Maschinen mit einem OPC-UA-Server Steuerungen, die ihre Daten über OPC Werkzeugmaschinen mit einer umati-
aus, auf dem die Daten über umati be- UA in herstellerspezifischen Informa- Schnittstelle ausgestattet, wodurch
reitgestellt werden. Der Maschinenpark tionsmodellen bereitstellen. Damit die diese in der Inbetriebnahme-Phase
setzt sich aus unterschiedlichen Ma- Daten dieser Maschinen einheitlich er- auch an die Datenerfassung angebun-
schinen zusammen. Teilweise werden fasst werden können, sollen die Daten den werden können.
20 INNOVATIONEN MADE IN NRWZur Bereitstellung der umati-Schnitt- Konzept 3: umati-Schnittstelle schinen ohne moderne Steuerung der
stelle wurden aufgrund der unter- integriert in die Maschinensteuerung Produktionsstatus ermittelt und diese
schiedlichen Voraussetzungen drei Bei den Werkzeugmaschinen, die von Maschinen mit einem OPC-UA-Server
verschiedene Konzepte entwickelt, die ELHA-MASCHINENBAU gebaut wer- mit umati-Informationsmodellen aus-
jeweils für eine Gruppe von Werkzeug- den, werden die Daten zur Bereitstel- gestattet werden können. Besteht bei
maschinen geeignet sind. lung der umati-Schnittstelle direkt in einer Maschine Zugriff auf die Daten
der Steuerung ermittelt. Das umati-In- der Maschinensteuerung, können die
Konzept 1: umati-Schnittstelle ohne formationsmodell wird auf dem OPC- Variablen des umati-Informationsmo-
Daten der Maschinensteuerung UA-Server der Steuerung in der Werk- dells komplett bereitgestellt werden.
Können keine Daten aus der Steuerung zeugmaschine zur Verfügung gestellt. Die Dashboards bieten einen guten
der Werkzeugmaschine ausgelesen In diesem Konzept werden Produk- Überblick über die Produktion und es
werden, lässt sich der Produktionszu- tions-, Überwachungs- sowie Alarm- können Optimierungspotenziale in
stand der Maschine über eine Mes- und Meldungsdaten bereitgestellt. den Produktionsaufträgen aufdeckt
sung der aufgenommenen Leistung der werden. So lässt sich beispielsweise
Werkzeugmaschine bestimmen. Dafür Die Maschinen mit der umati-Schnitt- durch eine optimierte Organisation der
werden Stromwandler in der Zuleitung stelle sind mit dem Produktionsnetz- Produktionsaufträge die Effizienz der
installiert, die über eine speicherpro- werk verbunden. Zur Erfassung der Produktion erhöhen. Während der In-
grammierbare Steuerung (SPS) ausge- Daten der umati-Schnittstellen ist ein betriebnahme-Phase der eigengebau-
wertet werden. Die SPS errechnet die Cloudcomputer mit der IIoT-Datener- ten Werkzeugmaschinen können die
aufgenommene Leistung und ermittelt fassungssoftware von ELHA-MASCHI- Inbetriebnahme-Fortschritte in Dash-
daraus den Produktionszustand. Wei- NENBAU in das Netzwerk eingebun- boards übersichtlich sichtbar gemacht
tere Daten der Maschine wie der Zu- den. Der OPC-UA-Client der Software werden.
stand der Meldeampel lassen sich ist mit den OPC-UA-Servern der ein-
über die digitalen Eingänge der SPS zelnen Werkzeugmaschinen verbunden Zukünftig können weitere datenbasier-
erfassen. Über den OPC-UA-Server der und kann so auf die Daten der umati- te Analysen Optimierungspotenziale
SPS werden die Daten in dem umati- Schnittstelle zugreifen. Die Software aufdecken und so kann der Produk-
Informationsmodell bereitgestellt. überprüft, nachdem die Verbindung tionsprozess verbessert werden. Eine
zur Maschine aufgebaut wurde, wel- Anbindung der Maschinen an das ERP-
Konzept 2: umati-Schnittstelle mit che Daten über das umati-Informati- System zur Verknüpfung von Auftrags-
Daten der Maschinensteuerung onsmodell der Maschine bereitgestellt und Produktionsdaten ist durch die
Stehen Daten aus der Steuerung der werden, und speichert diese anschlie- einheitlichen umati-Informationsmo-
Werkzeugmaschine über OPC UA zur ßend zyklisch in einer SQL-Datenbank. delle zukünftig auch möglich.
Verfügung, werden diese über einen Über webbasierte Dashboards sind die
OPC-UA-Client erfasst. Aus den erfass- erfassten Daten in übersichtlichen Dia-
ten Daten werden die erforderlichen grammen abrufbar. Henrik Stratmann
Daten zur Bereitstellung einer ausführ- Manager Entwicklung Digitale
Dienstleistungen
lichen Schnittstelle ermittelt. Diese Dashboards liefern Überblick ELHA-MASCHINENBAU Liemke KG
Daten werden über einen OPC-UA-Ser- Durch die drei unterschiedlichen Kon- Hövelhof
ver im umati-Informationsmodell zur zepte lassen sich alle Maschinen in der www.elha.de
Verfügung gestellt. Dabei lassen sich Produktion an die Datenerfassung an-
neben den Produktionsdaten weitere binden, wodurch die Dashboards über
Daten einzelner Kanäle und Spindeln umfangreiche Informationen aus der
sowie Alarme und Meldungen der Steu- Produktion verfügen. Das Auswerten
erung über das umati-Informationsmo- der aufgenommenen Leistung bietet
dell bereitstellen. den Vorteil, dass auch bei älteren Ma-
INNOVATIONEN MADE IN NRW 21Sie können auch lesen
