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OPC UA, Umati oder MTConnect: Welcher Standard kommt für Maschinensprache?

Bild: Maksym Yemelyanov/AdobeStock

11.04.2019

OPC UA, Umati oder MTConnect: Welcher Standard kommt für Maschinensprache?

Genormte Stecker und Buchsen alleine reichen für einen reibungslosen Datenfluss unter Maschinen nicht aus. Denn jedes Gerät hat seine eigene Art, sich mitzuteilen. Neue Standards für Maschinensprache sollen hier Ordnung schaffen.

Dass jeder USB-Stecker in jede USB-Buchse passt, ist allenfalls die halbe Miete bei der Kommunikation von Maschinen. Über USB verbundene Geräte können nur deshalb problemlos miteinander kommunizieren, weil klare und vor allem einheitliche Regeln für den Informationsaustausch gelten.

Noch kein Standard für Sprache von Maschinen untereinander

Was im Alltag mittlerweile so selbstverständlich geworden ist, dass kaum mehr jemand darüber nachdenkt, darum wird für Maschinen und Anlagen aktuell noch gerungen. Denn in der Maschinenkommunikation gibt es noch kein universelles, internationales, standardisiertes Protokoll für den Austausch von Daten.

Die physischen Verbindungen, die Maschinen und Anlagen untereinander oder mit übergeordneten Systemen vernetzen, sind zwar vorhanden und genormt. Nicht jedoch Feinheiten wie die Syntax des Datenflusses an sich.

„Im Zuge von Industrie 4.0 wird sehr viel über Schnittstellen und Standards gesprochen. Aber standardisierte Schnittstellen im eigentlichen Sinne gibt es hierzu bislang keine“, stellt Andreas Wohlfeld vom Werkzeugmaschinenbauer Trumpf fest.

Individuelle Spezifikationen statt internationaler Standards

Dass Industrie 4.0 nicht schon im Frühstadium an einem babylonischen Sprachenwirrwarr scheiterte, lag bisher an der Eigeninitiative einiger – vor allem großer – Hersteller und Anwender. Die meisten kleineren und mittleren Unternehmen tun sich dagegen häufig schwer, fehlende Standards in Eigenregie zu kompensieren, weil ihnen schlicht die Ressourcen fehlen.

„Viele große Unternehmen haben bereits interne Spezifikationen für Schnittstellenbeschreibungen definiert, die dann die Lieferanten entsprechend konfigurieren mussten. Diese Spezifikationen sind jedoch immer nur auf das eigene Unternehmen zugeschnitten und nicht selten projektabhängig“, berichtet Götz Görisch vom Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken (VDW).

Auch Andreas Wohlfeld kennt das Problem: „Jeder Hersteller hat seine eigenen, firmenspezifischen Schnittstellen. In der Anlage des Kunden müssen dann Maschinen unterschiedlicher Hersteller an gemeinsame externe Systeme wie das MES- oder ERP-System angeschlossen werden.

Umati als Lösung für weltweite Maschinensprache?

Diese Integration ist immer mit einem erheblichen Aufwand verbunden, und wer die Kosten dafür trägt, war bislang häufig die Frage. Diese Diskussion erübrigt sich, wenn der Integrationsaufwand wegfällt, weil die Schnittstellen vereinheitlicht werden“, hofft er.

Wohlfeld arbeitet deshalb für Trumpf an Umati mit, dem “Universal Machine Tool Interface‘, einer Initiative des VDW. Ziel ist eine einheitliche Schnittstelle, die Werkzeugmaschinen schnell und einfach an die vorhandenen IT-Systeme in der Produktion des Anwenders anbindet.

„Aktuell haben wir ca. 40 Firmen, die sich aktiv an der Standardisierungsarbeit beteiligen, was für so eine Initiative sehr, sehr viel ist. In Normungsgremien wie IEC- oder ISO-Normung sind in der Regel nicht mehr als zehn, zwölf Firmen vertreten“, berichtet Görisch.

Es bestehe eine große Übereinstimmung unter den Unternehmen, dass gemeinsame Standards für die Konnektivität das beste Mittel seien, um die Ressourcen aller sinnvoll einzusetzen. „Auf dieser Grundlage können dann alle aufbauen und ihre Kräfte dafür nutzen, neue Geschäftsmodelle zu entwickeln und zu realisieren“, erwartet er. Sei es, um die eigene Fertigung produktiver und effizienter zu gestalten oder als Hersteller den Kunden zusätzliche Dienstleistungen anzubieten.

Schlüsselrolle der OPC Foundation beim neuen Standard

„Wir haben mittlerweile alle wichtigen Werkzeugmaschinen- und Steuerungshersteller mit an Bord und auch aus der europäischen Werkzeugmaschinenindustrie sind viele dabei“, freut sich Görisch. Gespräche mit Branchenvertretern in Japan, China und Korea hat der VDW bereits aufgenommen, und Ende Februar fiel der Startschuss für eine Joint Working Group mit der OPC Foundation. „Hier sind dann auch alle OPC-Foundation-Mitglieder – aktuell weit über 600 – eingeladen, sich zu beteiligen“, erklärt Görisch.

Die OPC Foundation spielt eine Schlüsselrolle bei der Etablierung von Umati als weltweitem Standard. Denn Umati ist eine Companion Specification zu OPC UA, der Open Platform Communications Unified Architecture. Der offene, herstellerunabhängige Schnittstellenstandard wird in IEC 62541 beschrieben.

„In der Rahmenarchitektur für Industrie 4.0 (RAMI 4.0) ist OPC UA für bestimmte Kommunikationsaspekte mittlerweile gesetzt und wird zunehmend verwendet. Es ist ein Basisprotokoll für Kommunikation mit definierten Erweiterungsmöglichkeiten, und diese gilt es, jetzt für spezifische Anwendungszwecke auszugestalten“, sagt Wohlfeld. „OPC UA hat in unseren Augen einige Vorteile, weshalb wir bei Trumpf schon länger darauf setzten“, ergänzt er.

Was bietet OPC UA?

Alternativ gäbe es noch MTConnect als Standard, der in Nordamerika und teilweise auch in Asien bereits in vielen neueren Maschinen implementiert ist.

OPC UA biete jedoch umfassendere und elegantere Modellierungsmöglichkeiten für den vertikalen und horizontalen Datenaustausch, also für die Kommunikation von Maschinen mit übergeordneten Systemen (vertikal) oder von Maschinen untereinander (horizontal). Daher habe sich Trumpf dafür entschieden, so Wohlfeld.

„Wir arbeiten schon lange an einheitlichen Schnittstellen. Der klare Vorteil, den wir bei Umati sehen, ist, dass es ein einheitlicher Standard über die ganze Branche sein wird. Die herstellerspezifische Schnittstelle sieht dann zwar ein bisschen anders aus. Die Basistechnologie bleibt aber dieselbe“, erklärt er.

Eine erste Version der OPC UA-Companion-Specification für Werkzeugmaschinen soll bis Ende des Jahres abgestimmt und verabschiedet sein. „Wir gehen davon aus, dass die umati-Schnittstelle als Standard dann ab Anfang 2020 käuflich zu erwerben sein wird“, schätzt Görisch. Die erste Version soll die Themen Maschinenidentifikation, Betriebszustand der Maschine, Status des laufenden Fertigungsauftrags und Energie- und Materialverbrauch abdecken.

Weitere Use Cases sollen in den nächsten Versionen folgen, beispielsweise zu eingesetzten Werkzeugen oder die Anbindung von Automatisierungssystemen. „Wir wollen mit der ersten Version eine solide Arbeitsgrundlage schaffen und den neuen Standard zügig auf den Weg bringen“, erklärt Görisch.

Standards auch für Kunststoffmaschinen, Robotik und Bildverarbeitung

Umati ist nicht die einzige Companion Specification für OPC UA, die deutsche Maschinenbauer bereits angestoßen haben. Derzeit arbeiten 16 Fachverbände des VDMA an rund zwei Dutzend Spezifikationen.

„Standards, die gerade veröffentlicht wurden oder bald veröffentlicht werden, betreffen neben den Werkzeugmaschinen die Bereiche Kunststoff- und Gummimaschinen, Robotik und industrielle Bildverarbeitung. Außerdem erwarten wir im Laufe des Jahres auf jeden Fall noch einen Release Candidate im Bereich der Wägetechnik“, berichtet Andreas Faath, der die Themen Interoperabilität und OPC UA im VDMA koordiniert.

Ihm ist vor allem eines wichtig: „Wir sehen dieses Engagement nicht als rein deutsche Aktivität. Wir wollen, dass das weltweit in die Umsetzung geht. Denn unser Ziel ist, mittel- und langfristig die Weltsprache der Produktion des Maschinenbaus zu definieren.“

Autorin: Michaela Neuner

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Autor: Dörte Neitzel

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