Effiziente Datenkommunikation in der Industrie: Die Rolle von OPC UA

Motivation:

Die Digitalisierung der Gießereiindustrie eröffnet erhebliche Potenziale zur Nutzung von Daten für die Prozessoptimierung und Qualitätssteigerung. Durch den Einsatz fortschrittlicher Technologien wie Künstlicher Intelligenz (KI) können aus diesen Daten substanzielle Mehrwerte generiert werden. Eine standardisierte Datenschnittstelle würde die Breite und Diversität der Einsatzmöglichkeiten erweitern und somit ein höheres Maß an Flexibilität und Resilienz bei der Optimierung der Gießereiprozesse ermöglichen. Im Rahmen des Teilprojekts werden auf Basis der OPC UA-Technologie digitale Schnittstellen für Betriebsdaten der Gießerei entwickelt, die als Grundlage für darauf aufbauende, KI-gestützte Prozessketten dienen. Diese Schnittstellen werden als Open Source-Industriestandard veröffentlicht, um eine breite Akzeptanz und schnelle Integration innerhalb der Industrie zu fördern. 

Der „Open Plattform Communication Unified Architecture“-Standard (OPC UA) besteht aus einer Reihe von Spezifikationen, die von Industrieanbietern, Endnutzern und Softwareentwicklern entwickelt wurden. Der Standard besteht aus zwei zentralen Komponenten. Einerseits der Definition von Transport Mechanismen für Daten und andererseits einer Modellierungssprache, um Datenmodelle zu formalisieren. Die Transportmechanismen definieren dabei die Schnittstelle zwischen Clients und Servern sowie Servern und Servern, einschließlich der Zugriffsmethoden auf Echtzeitdaten, der Überwachung von Alarmen und Ereignissen, des Zugriffs auf historischen Daten und anderen Anwendungen. Für die Transfermechanismen werden verschiedene Industrie Protokolle wie TCP/IP, MQTT etc. in OPC UA genutzt.

Für die Formalisierung des Informationsinhalt bietet der Standard eine graphische, auf UML basierte, Modellierungssprache für die einzelnen Basiseinheiten im Modell (Knoten). Der Standard bietet Flexibilität für den Inhalt eines Informationsmodells, so können beispielsweise auch die Informationsmodelle innerhalb eines vertikalen Marktes standardisiert werden. Dadurch wird erreicht, dass die Produkte innerhalb der Domäne die gleichen herstellerunabhängigen Schnittstellen haben. Solche Informationsmodelle werden „OPC UA Companion Specifications“ (OPC UA CS) genannt. Die OPC UA CS‘en werden von Organisationen wie dem VDMA in Partnerschaft mit der OPC Foundation in Arbeitsgruppen aus den jeweiligen Industriedomänen erarbeitet und dann als öffentliche Einheitsblätter veröffentlicht. Weitere Details über OPC UA und Begleitspezifikationen unter [1] und [2].

Vorgehensweise:

Der VDMA entwickelt in Zusammenarbeit mit Projektpartnern einen offenen Schnittstellenstandard für die Gießereibranche auf Basis von OPC UA. Diese Standardisierung adressiert zwei Hauptprobleme: die Heterogenität von Speziallösungen und die Übertragbarkeit der Ergebnisse. Die im Rahmen von ReG:AIN entwickelten OPC UA Companion Specifications (CS) werden Betriebsdaten rund um die Gießereiprozesse und Module beschreiben und bestehende „Meta-Standards“ wie „OPC UA for Machinery“ sowie die modulare Strukturierung von „High Pressure Die Casting“ berücksichtigen. Dies fördert die Interaktion mit bestehenden Systemen und vermeidet Insellösungen.

Im Projekt werden interoperable Schnittstellenstandards für verschiedene Gießverfahren definiert. Ziel ist die Standardisierung von Betriebsdaten zur effizienten Nutzung in KI-Prozesskettenmodellen. In der ersten Phase werden, in Arbeitsgruppen aus verschiedensten Anbietern und -Endnutzern in Gießereiindustrie, die offene Felder der Informationsmodellierung analysiert und strukturiert. In der zweiten Phase werden diese in standardisierte OPC UA CS überführt. Nach Fertigstellung werden die Spezifikationen als VDMA-Einheitsblatt und über die OPC Foundation veröffentlicht. Die Softwareimplementierungen werden durch die umati Community [3] veröffentlicht und getestet, um eine einheitliche und branchenübergreifende Implementierung zu realisieren.

Ergebnis:

Im Rahmen des Projektes werden herstellerübergreifende OPC UA Begleitspezifikationen für die Gießereiindustrie entwickelt. Nach Fertigstellung der Spezifikationen werden diese als Open Source über den DIN-Anzeiger als VDMA-Einheitsblatt und global über die OPC Foundation frei verfügbar veröffentlicht. Die Softwareimplementierung dieser Spezifikationen wird ebenfalls veröffentlicht und verprobt.