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Robotik und Bildverarbeitung OPC UA Companion Specifications veröffentlicht

Von Jürgen Schreier 6 min Lesedauer

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PROXIA Software AG

Die OPC UA-Arbeitsgruppen Bildverarbeitung und Robotik des VDMA haben die ersten Versionen ihrer Spezifikationen veröffentlicht. OPC UA ist der designierte Standard, damit Maschinen in der intelligenten Fabrik die gleiche Sprache sprechen.

Die OPC UA Companion Specification für die Robotik bietet ein standardisiertes Informationsmodell, das alle roboterbezogenen Daten unabhängig von Hersteller und Standort einheitlich darstellen kann.(Bild: / CC0)
Die OPC UA Companion Specification für die Robotik bietet ein standardisiertes Informationsmodell, das alle roboterbezogenen Daten unabhängig von Hersteller und Standort einheitlich darstellen kann.
(Bild: / CC0)

Die OPC UA-Arbeitsgruppen Bildverarbeitung und Robotik ders VDMA haben die ersten Versionen ihrer Spezifikationen veröffentlicht. "Interoperabilität ist der Schlüssel zur Differenzierung unserer Produkte in einer vernetzten Welt der Industrie. 4.0. OPC UA ist der designierte Standard, um Maschinen in der intelligenten Fabrik der Zukunft die gleiche Sprache sprechen zu lassen. Mit der heutigen Veröffentlichung der Companion Specifications haben wir einen Meilenstein auf diesem Weg erreicht", so Dr. Horst Heinol-Heikkinen, Vorsitzender der VDMA OPC Vision Initiative.

"Der VDMA hat das Potenzial von OPC UA frühzeitig erkannt und die Standardisierung von Daten und Schnittstellen für Maschinen und Komponenten in seinen Branchen vorbildlich und konsequent mit seinen Mitgliedern vorangetrieben", ergänzt Stefan Hoppe, globaler Vizepräsident der OPC Foundation.

Roboter beschreiben sich selbst

Die OPC UA Companion Specification für die Robotik (kurz OPC UA Robotics) bietet ein standardisiertes Informationsmodell, das alle roboterbezogenen Daten unabhängig von Hersteller und Standort einheitlich darstellen kann. Der nun als Entwurf freigegebene Teil 1 ermöglicht Asset Management, Zustandsüberwachung, vorbeugende Wartung und vertikale Integration - zu jeder Zeit, überall auf der Welt und unabhängig von Hersteller und Robotertyp. Es bietet laut VDMA die ideale Basis zur Datenanalyse und zur Steigerung der Gesamtanlageneffektivität.

Die OPC UA Companion Specification für die industrielle Bildverarbeitung (kurz OPC UA Vision) bietet ein generisches Modell für alle Bildverarbeitungssysteme - von einfachen Vision-Sensoren bis hin zu komplexen Inspektionssystemen. Es definiert sozusagen den Wesenskern eines Bildverarbeitungssystems. Teil 1, der als Release Candidate veröffentlicht wurde, beschreibt den Infrastrukturlayer, der eine Abstraktion des generischen Bildverarbeitungssystems darstellt. Er ermöglicht die vereinheitlichte Steuerung eines Bildverarbeitungssystems und abstrahiert das notwendige Verhalten über ein sogenanntes Statusmaschinenkonzept. Die Verwaltung von Rezepten, Konfigurationen und Ergebnissen erfolgt standardisiert, wobei die Inhalte herstellerspezifisch bleiben und wie Blackboxes behandelt werden.

Gateway - smart und universell vernetzt

MTConnect ist ein in den USA entwickeltes, auf XML basierendes, offenes und erweiterbares Protokoll für die Erfassung von Maschinendaten aus der Shop-Floor-Ebene. Das unidirektionale Protokoll dient dabei zur vertikalen Vernetzung von Werkzeugmaschinen und IT-Systemen. Wenn eine Werkzeugmaschine die Datenerfassung mittels MTConnect unterstützt, stehen umfangreiche Informationen zur Verfügung. Das 2008 entwickelte Protokoll stellt den Standard für Maschinendatenerfassung im nordamerikanischen Markt dar. Durch ein umfangreich beschriebenes Datenmodell können die Maschinendaten direkt für Verfügbarkeits- und Leistungsanalysen sowie für Visualisierungen und Auswertungen herangezogen werden.

Leider fehlt es MTConnect an den immer wichtiger werdenden Sicherheitsmechanismen zur Verschlüsselung und Absicherung des Datenflusses. Diesen Mangel macht das neue PROXIA XI-Gateway durch die Transformation der Kommunikation, hin zu OPC-UA, wett. Dadurch nutzen Anwender das Beste aus beiden Standard-Architekturen: Das standardisierte Datenmodell von Werkzeugmaschinen aus MTConnect in Verbindung mit den im Standard bereits sicheren Übertragungsmöglichkeiten von OPC-UA macht die Maschinendatenerfassung so nicht nur einfach, sondern auch sicher und zukunftsfähig.

Gerade bei einem heterogenen Maschinenpark, bestehend aus unterschiedlichen Modellen mit verschiedenen Steuerungen und Baujahren, ist die Erfassung von Maschinendaten nicht immer trivial. Anders als es die Diskussion um Industrie 4.0 vermuten lässt, kann damit die vertikale und horizontale Vernetzung der Maschinen und Anlagen in der Praxis nach wie vor sehr kostenintensiv sein. Zwar wurde im Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0) OPC-UA als Kommunikationsstrategie empfohlen, es wird allerdings noch einige Zeit vergehen, bis diese auch vollumfänglich von allen Maschinen, Anlagen und Steuerungen unterstützt wird.

Fähigkeitenbasierte Steuerung für Wandelbarkeit

Neben der Veröffentlichung der beiden neuen Companion Specifications wurde erstmals ein Demonstrator zur fähigkeitenbasierten Steuerung mittels OPC UA vorgestellt. Der Demonstrator ist eine vollwertige Montagezelle, die Fidget-Spinner produziert und Systeme und Komponenten von mehr als 20 Herstellern integriert, die eine Sprache sprechen: OPC UA.

Ein weiterer auf der automatica 2018 in München vorgestellter Demonstrator zeigt die OPC UA Companion Specification für Robotik in Aktion. Führende Roboterhersteller zeigen, wie Zustandsüberwachung unabhängig von Hersteller und Robotertyp in der Cloud realisiert werden kann. Alle relevanten Statusdaten sind auf einem Dashboard übersichtlich dargestellt. Anwendungen dieses Demonstrators sind Asset Management, Zustandsüberwachung, vorbeugende Wartung und vertikale Integration.

Erstes Testbed für die Validierung von OPC UA Companion Specifications

Der VDMA ist Mitbegründer des vorwettbewerblichen und gemeinnützigen Verbandes Labs Network Industry 4.0 (LNI), der neutral Testbeds betreibt und Use Cases auf KMU-Anforderungen und Standardisierung fokussiert. Die Hochschule Ravensburg-Weingarten plant gemeinsam mit Industriepartnern das erste Testbed in ihrem Labor zu etablieren. "Die praktische Validierung durch Anwender, insbesondere durch KMU, ist ein Schlüssel zum Erfolg für darauffolgende internationalen Normungsaktivitäten", betont Dr. Christian Mosch vom VDMA Forum Industrie 4.0. Das Testbed ist ohne Barrieren offen für neue Partner.

Die OPC UA Vision Companion Specification ist ab sofort als VDMA Einheitsblatt 40100 (als Release Candidate) kostenlos erhältlich. Die OPC UA Robotics Companion Specification ist ab sofort als VDMA Einheitsblatt 40010 (als Entwurf) kostenlos erhältlich. Beide Spezifikationen können unter opcua@vdma.org angefordert werden.

Buchtipp

Ohne eine herstellerunabhängige Vernetzung von Geräten und Anlagen ist Industrie 4.0 nicht umsetzbar. OPC UA ist genau dafür konzipiert – doch der Einstieg ist nicht immer einfach. Das "Praxishandbuch OPC UA" gibt einen umfassenden Überblick und zeigt auf, was am Markt verfügbar ist, welche Tools bei der Umsetzung helfen und wie es andere realisieren.

Mehr erfahren bei Vogel Fachbuch

Statements

Dr. Horst Heinol-Heikkinen: „Interoperabilität ist der Schlüssel zur Differenzierung unserer Produkte in einer vernetzten Welt der Industrie 4.0. Der VDMA hat sich entschieden, als Katalysator zu fungieren: Gemeinsam mit seinen Mitgliedern erstellt der Verband markt- und branchenspezifische OPC UA Companion Specifications. Als Vorsitzender der VDMA OPC Vision Initiative bin ich stolz darauf, dass unsere Branche eine Vorreiterrolle einnimmt und erstmals den Release Candidate der OPC UA Vision Companion Specification präsentiert. Mein aufrichtiger Dank gilt meinen Kolleginnen und Kollegen in der Arbeitsgruppe für ihr herausragendes Engagement, der OPC Foundation für die großartige Zusammenarbeit und natürlich meinem Verband, dem VDMA, für mutige und wegweisende Entscheidungen. Weiter so!”

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Dr. Horst Heinol-Heikkinen, Vorsitzender der VDMA OPC Vision Initiative und Geschäftsführender Gesellschafter, ASENTICS GmbH & Co. KG

Stefan Hoppe: „Der VDMA hat frühzeitig das Potential von OPC UA erkannt und darauf basierend die Standardisierung von Daten- und Schnittstellen für Maschinen und Komponenten seiner Branchen vorbildlich und konsequent mit seinen Mitgliedern vorangetrieben. Die VDMA Standardisierungen helfen Kosten zu reduzieren - für Inbetriebnahmen und für den Informationsaustausch mit Maschinen bei gleichzeitig deutlich gestiegener IT Sicherheit - wichtige Schlüsselfaktoren in einer vernetzten Welt.“

Stefan Hoppe, OPC Foundation, Globaler Vizepräsident

Dr. Christian Mosch: „Die Veröffentlichung der OPC UA Companion Specifications für die Robotik und IBV ist ein wichtiger Schritt in Richtung herstellerübergreifender Interoperabilität im Maschinenbau. Die Industrie-4.0-Kommunikation von morgen wird auf dieser Entwicklung aufsetzen und weiter ausgestaltet werden.“

Dr. Christian Mosch, VDMA Forum Industrie 4.0

Heinrich Munz: „OPC UA Companion Specifications – semantische Selbstbeschreibungen für die Maschinen im Fokus des VDMA - sind das informationstechnische Bindeglied, um die OT-Welt mit der IT-Welt zu verbinden. Dadurch wird Industrie 4.0 erst richtig möglich.“

Heinrich Munz, KUKA AG, Lead Architect Industry 4.0

Friedrich Durand: „Die VDMA OPC UA Initiative bietet uns die Möglichkeit, mechatronische Systeme mittels normierter Fähigkeiten („Skills“) zu beschreiben. Diese „gemeinsame Sprache für mechatronische Systeme“ wird die Planung und die Auslegung der Systeme grundlegend effizienter und weniger fehlerbehaftet machen. Dabei wird OPC UA eine tragende Rolle bei der Umsetzung der Kommunikation spielen. Der auf der automatica 2018 präsentierte Demonstrator zeigt die Machbarkeit solcher Technologien im Sinne der I4.0 und die sehr gute Zusammenarbeit aller Partner bei der Definition und Umsetzung dieser Ideen.“

Friedrich Durand, Afag GmbH, CTO

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