OPC UA-Lösungen
Die Technologie für Interoperabilität in der Fertigung
OPC UA ist die Technologie, um Interoperabilität im Fertigungsumfeld herzustellen. Um eine Plug-and-Play-Schnittstelle zwischen einzelnen Kommunikationsteilnehmern zu ermöglichen, müssen entsprechende Dienste und Services von der Datenquelle bereitgestellt werden. Kommerzielle SDK´s oder Open Source Bibliotheken bieten eine gute Grundlage für die Entwicklung von OPC UA Diensten. Wir kennen Werkzeuge, verstehen die Technologie und können die passenden Lösungen entwickeln.
Unterschiedliche Herausforderungen – eine Lösung
Hersteller von Geräten, Maschinen und Anlagen und deren Kunden (Fertigungsunternehmen und Maschinenbetreiber) stehen vor unterschiedlichen Herausforderungen und haben verschiedene Anforderungen. Wenn es aber um den Datenaustausch von Maschinen untereinander oder zu IT-Systemen geht, nähern sich ihre Interessen an.
Zur Lösung der Anforderungen beider Seiten steht OPC UA als Technologie zur Verfügung. OPC UA ist ein Kommunikationsstandard sowohl für Geräte‑, Maschinen- und Anlagenbauer als auch für Fertigungsunternehmen und Betreiber. Wir kennen beide Sichtweisen aus jahrzehntelanger Erfahrung und können Sie bei der Umsetzung unterstützen!
Definition von OPC UA
OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) ist ein offener Schnittstellenstandard für die Industrie‑4.0‑Kommunikation und in der IEC/DIN EN 62541 spezifiziert. OPC UA zeichnet sich durch Interoperabilität aus, der Fähigkeit zur Zusammenarbeit verschiedener Systeme durch Einhaltung gemeinsamer Standards.
Das Informationsmodell
Das Informationsmodell („Betriebsanleitung“) beschreibt die Nutzung von Komponenten, Maschinen und Anlagen durch den Menschen oder durch andere Geräte. Es beschreibt, wie Daten und Informationen im Adressraum der OPC UA Server verwaltet werden. Das Informationsmodell kann je nach Anwendung und OPC UA Server individuell strukturiert werden. Wenn Informationsmodelle weiteren Regeln folgen und von bestimmten Interessensgruppen (z. B. Branchenverbänden) definiert werden, nennt man diese Companion Specifications.
Companion Specifications
Companion Specifications sind domänenspezifische, standardisierte Informationsmodelle, bei denen Daten, Beschreibungen, Regeln, Funktionen, Objekte, Methoden und Ereignisse für bestimmte Branchen oder Maschinenarten bereits ausgearbeitet und definiert sind. I. d. R. wird die Entwicklung solcher Companion Specifications von den entsprechenden Verbänden oder mehreren Herstellern gemeinsam vorangetrieben. Im Rahmen der Entwicklung werden entsprechende Konformitätstests und eine Zertifizierung durchgeführt.
Wir unterstützen Sie bei der Entwicklung von OPC UA-Lösungen und übernehmen die Festlegung der Anforderungen, die Auswahl geeigneter Technologien, Infrastrukturen und OPC UA-Profilen.
Wolfram Schäfer
Geschäftsführer IT Engineering Software Innovations
Vorteile von OPC UA für Maschinenbauer
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- OPC UA steht als offener Kommunikationsstandard kostenlos zur Verfügung
- OPC UA ermöglicht herstellerunabhängigen und interoperablen Informationsaustausch
- OPC UA ermöglicht standardisierte, robuste, zellenübergreifende Industrie‑4.0‑Kommunikation
- OPC UA bietet sehr hohe, durchgängige Skalierbarkeit vom Sensor bis in IT-Enterprise-Ebene
- OPC UA reduziert den Aufwand für Integration von Geräten und Maschinen in Anlagen
- OPC UA schafft IT-sichere Industrie‑4.0‑Kommunikation
- OPC UA bietet Differenzierungspotenziale und Wettbewerbsvorteile durch Entwicklung neuer Dienste
- OPC UA befähigt zur Umsetzung neuer Kundenszenarien und Geschäftsmodelle
Vorteile von OPC UA für die Fertigung
- OPC UA befähigt den Maschinen- und Anlagenbau, seine Produktion digital zu vernetzen
- Maschinen können durch die vereinfachte Integration von Komponenten herstellerunabhängig per Plug & Work bzw. Plug & Produce umgestaltet werden
- nach Bedarf können Datenanalyse- und Optimierungssysteme eingebunden werden
- OPC UA stellt einen Kommunikationskanal zwischen bislang getrennten Kommunikationsinseln dar
- OPC UA bietet einen standardisierten, durchgängigen Informationsaustausch über alle Schichten der Automatisierungssysteme
umati – die universelle Schnittstelle für Werkzeugmaschinen
umati wurde durch renommierte Partner aus der Werkzeugmaschinenindustrie unter dem Dach des VDW gegründet. Auf Basis eines standardisierten OPC UA Informationsmodells ist umati eine universelle Schnittstelle, die Werkzeugmaschinen und Anlagen sicher, naht- und mühelos in kunden- und anwenderspezifische IT-Ökosysteme integrieren kann. Der Standard wird nicht nur in Deutschland, sondern Anwendern weltweit zur echten, offenen Interoperbilität verhelfen und dient somit der Erschließung neuer Potenziale für die Produktion der Zukunft.
Als umati Corporate-Partner sind wir an der Definition und Weiterentwicklung der universellen Schnittstelle beteiligt!
OPC UA-fähige Lösung zur industriellen Datenerfassung
Charakterisierung von OPC UA
OPC UA ist ein Framework für industrielle Interoperabilität: Geräte- und Maschinenbauer beschreiben die objektorientierten Informationen ihres Systems und definieren die Zugriffsrechte mit integrierter IT Security. Kernfunktionalitäten von Maschinen und Anlagen sind bei unterschiedlichen Herstellern auf die selbe Art im Informationsmodell beschrieben. Der Maschinenbauer bleibt Herr seiner Daten bzw. kann sie gezielt und kontrolliert verteilen und somit auch an Big Data und der Analyse seiner Daten monetär teilhaben. Spezifisches Know-how von Maschinen- und Anlagenbauern kann dabei durch rollenbasierte Berechtigungen granular geschützt werden.
Kommunikationsmodelle
Client-Server-Modell (HTTPS, TCP)
Beim Client-Server-Modell (HTTPS, TCP) stellt der Server Daten und Dienste zur Verfügung, die der Client anfordert und in einem sicheren und bestätigten Peer-to-peer-Kontext austauschen kann. Die Anzahl der Verbindungen ist begrenzt.
Publisher-Subscriber-Modell
Beim Publisher-Subscriber-Modell (AMQP, MQTT, UDP/ TCP) stellt der Server eine definierbare Menge von Daten einer beliebigen Anzahl von Clients zur Verfügung. Der Informationsaustausch wird nicht bestätigt.
OPC UA Werkzeugkasten
OPC UA ist modular aufgebaut und kann als Rahmenwerk für Interoperabilität der Industrie‑4.0‑Kommunikation verstanden werden. Vergleichbar mit einem Werkzeugkasten besteht das Framework aus den Komponenten:
Transport, Sicherheit, Informationszugriff, Companion Specifications und erweitertes Informationsmodell.
Kommunikation über Internet Protokoll (IP) Netzwerkinfrastruktur, IPv4 und IPv6 kompatibel, zukünftig auch echtzeitfähig durch Time-Sensitive Networking (TSN)
Aspekte: Vertraulichkeit, Integrität, Authentizität und Autorisierung;
Sicherheitsmechanismen mit digitalen Zertifikaten und Zugriffsrechten, Möglichkeit zur Verwaltung einer unternehmensweiten Public-Key-Infrastruktur über eine Certificate Authority
Basismodelle: Grundlegende Typen und Objekte eines OPC UA Servers
Spezifische Informationsmodelle, bei denen Daten, Beschreibungen, Regeln, Funktionen, Objekte, Methoden und Ereignisse für bestimmte Branchen oder Maschinenarten ausgearbeitet und definiert sind.
Herstellerspezifische Erweiterungen mit Funktionen, die über den Standard hinausgeben, z. B. zur Energie- und Taktzeitoptimierung
OPC UA Profile
OPC UA bietet verschiedene Profile mit unterschiedlichen Funktionalitäten – deren richtige Auswahl ist entscheidend für die Implementierung und Nutzung der Lösung.
Nano Embedded Device Server Profile
stark eingeschränkte Funktionalitäten für kleinste Geräte wie Sensoren und Aktoren
Embedded UA Server Profile
Basisfunktionalitäten, zusätzlich UA-Security und Methodenaufrufe
Micro Embedded Device Server Profile
eingeschränkte Funktionalität
Standard UA Server Profile
alle Funktionalitäten
Diese Anforderungen kann OPC UA erfüllen
Im Sinne des Schutzes der Daten vor unberechtigtem Zugriff oder Manipulation (Urheberrechte wahren, Schäden verhindern). Bei der Entwicklung des Informationsmodells wird festgelegt, welche notwendigen Informationen im Hinblick auf die Interoperabilität ausgetauscht werden dürfen.
→ Vergabe von Zugriffsrechten
Dabei sind die grundsätzlichen Ziele die Steigerung der Gesamtanlageneffektivität sowie die Realisierung einer kundenindividuellen Massenproduktion.
OP CUA leistet eine einheitliche Bereitstellung von Anlageninformationen für eine maschinen- und zellenübergreifende Kommunikation.
Durch eine einheitliche Schnittstelle im Produktionsumfeld wird die Komplexität reduziert und der Mensch dadurch entlastet.
Maschinen mit einheitlichen Schnittstellen und Informationsmodellen können einfacher in Anlagen integriert werden. Konzepte wie Plug & Work bzw. Plug & Produce ermöglichen die Integration von Maschinen und Anlagen in bestehende Systeme mit reduziertem Aufwand.
Der Zugriff auf Services und Daten von Steuerungen und Feldgeräten kann durch einheitliche, sichere Schnittstellen bei allen Komponente sicher und interoperabel erfolgen.
Vorgehen bei der Migration von OPC UA
Bei der Umsetzung von OPC UA-Lösungen dienen die Anforderungen der Industrie‑4.0‑Kommunikation und die Funktionalitäten des OPC UA-Werkzeugkastens als Grundlage. Dabei kann die Einführung in sinnvolle Teilelemente zerlegt werden und schrittweise erfolgen. Grundvoraussetzung für die Kommunikation über OPC UA ist das Vorhandensein eines IP-basierten Netzwerks (über Ethernet oder eine drahtlose Technologie). Damit kann OPC UA sofort als einheitliche Schnittstelle für den maschinenübergreifenden Informationsaustausch genutzt werden.
Im ersten Schritt kann OPC UA als einheitliche Kommunikationsschnittstelle für den Informationszugriff verwendet werden. Dafür können relevante Parameter manuell eingebunden werden, z. B. für den Einsatz eines Condition-Monitoring-Systems zur Reduzierung von Stillstandzeiten. Die IT-Sicherheit sollte bereits beim Aufbau bedacht und eine entsprechende Security Policy mit der Definition von Zugriffsrechten und der Verwaltung von Zertifikaten festgelegt werden.
Im zweiten Schritt können standardisierte Informationsmodelle ausgewählt oder selbst erstellt werden. Zuvor sollte der Geräte- und Maschinenbauer prüfen, ob es nicht bereits eine entsprechende Branchenspezifikation gibt – die OPL Foundation oder eigene Verbände sind hier die Anlaufstellen. Falls dies nicht der Fall ist, kann ein eigenes Informationsmodell erstellt werden.
Im dritten Schritt kann ein erweitertes Informationsmodell erstellt werden, das herstellerspezifische Erweiterungen enthält. Es werden Beschreibung von über die Standardfunktionen hinausgehende Informationen eingefügt, wie z. B. Leistungsdaten, Effizienz etc. Jeder Hersteller kann somit spezielle Dienste anbieten und diese als Differenzierungsmerkmal und Wettbewerbsvorteil nutzen. Durch einen geschützten Zugriff können als freischaltbare Bezahlmodelle angeboten werden.
Unser Angebot
Unsere Kernkompetenz als Dienstleister liegt in der Entwicklung anspruchsvoller, individueller Softwarelösungen im industriellen Umfeld. Dabei verfügen wir über große Erfahrung im Geräte‑, Maschinen- und Anlagenbau, im Fertigungsumfeld und in der Vernetzung von Maschinen.
Aufgrund dieses Wissens, gepaart mit unserer Kernkompetenz in der Softwareentwicklung, sind wir der perfekte Partner von der Beratung, über die Unterstützung bis zur vollständigen Implementierung von OPC UA-Schnittstellen – abgestimmt auf Ihr Anwendungsszenario. Wir stellen uns völlig flexibel auf Ihre Anforderungen ein.