Industrie 4.0 in einem Multiprotokoll-Universum

Dies ist möglicherweise der heikelste Teil der Implementierung von Smart Manufacturing und Industrie 4.0:Wie bringt man bestehende Systeme in die Welt der Maschinendatenproduktion, -erfassung und -analyse?

Da Softwareprotokolle für Betriebs- und Informationstechnologien nicht standardisiert sind, scheint es unmöglich, ältere und neue Fabrikanlagen nahtlos zusammenzuarbeiten und Ströme standardisierter, umsetzbarer Daten zu erzeugen.

„Tatsache ist, dass wir all diese Protokolle für lange Zeit haben werden, sowohl die neuen, großartigen als auch die älteren, primitiven“, sagte Jonathan Wise, Vizepräsident für Technologie am CESMII, dem Smart Manufacturing Institute.

Wises Kommentar kam, als er eine Gruppe von Experten während des kürzlich abgehaltenen Smart Manufacturing Interoperability and Harmonization Panel moderierte, das Teil des Online-CESMII Smart Manufacturing Summit war, um zu zeigen, was es bedeutet, Smart Manufacturing zu demokratisieren.

Diskussionsteilnehmer Russell Waddell, Geschäftsführer des MTConnect Institute, hatte die Begriffe bereits früher in der Diskussion definiert:„Das Protokoll ist, wie Sie Daten von Ort zu Ort, von System zu System weitergeben, während das [Informations-]Modell das ist, was tatsächlich in diesen Daten enthalten ist. “ bemerkte er und wies darauf hin, dass der MTConnect-Standard ein semantisches Vokabular für Fertigungsanlagen bietet, um strukturierte, kontextualisierte Daten ohne proprietäre Form bereitzustellen.

„Wie würden Sie Hersteller anleiten, die wahrscheinlich [bereits vorhandene] Brownfield-Systeme nachrüsten möchten, damit sie von intelligenter Fertigung profitieren können, oder in anderen Fällen möglicherweise neue Maschinen kaufen möchten?“ Wise fragte die Experten. „Wonach sollten sie auf der grünen Wiese suchen und sicherstellen, dass sie gut aufgestellt sind, um in Industrie 4.0 voranzukommen? Und wie verwalten wir dann – die Leute, die versuchen, aus diesen Datenquellen Informationswert zu schaffen – ein Universum mit mehreren Protokollen?“

Stefan Hoppe, President und Executive Director der OPC Foundation, sagte:„Für Brownfield-Szenarien gibt es definitiv ein riesiges Ökosystem mit Gateways, die mit OPC UA [einem Maschinenkommunikationsprotokoll] der oberen Schicht kommunizieren, einschließlich MQTT-Transport [ein Protokoll, das Daten transportiert Nachrichten zwischen Geräten] und so weiter, und auf der unteren Ebene, indem sie das verwenden, was sie zuvor hatten.“ Für neue Greenfield-Szenarien haben fast alle Maschinenhersteller OPC UA in das Design und das Gerät integriert. „Dann haben Sie die Informationsmodellierung von der Quelle direkt aus der Box“, sagt Hoppe.

Erich Barnstedt, Chief Architect, Standards and Consortia, Azure IoT bei Microsoft, mischte sich ein:„Offen gesagt, Altgeräte werden uns für immer begleiten. Wir müssen es mit den richtigen Tools einfach machen, diese Altgeräte einem standardbasierten, offenen Informationsmodell zuzuordnen. Führen Sie diesen Vorgang einmal durch und verwenden Sie von da an das standardisierte Informationsmodell und finden Sie einen automatischen Mechanismus, um dieses Informationsmodell auch an Cloud-Analysesysteme oder On-Premise-Analysesysteme zu senden.

„Es muss nicht unbedingt Cloud-basiert sein, aber Analysesoftware ist der Mehrwert von Industrie 4.0, um neue Erkenntnisse zu gewinnen, die vorher nicht möglich waren. Also, diese Konnektivitäts- und Datenmodellierungsphase so einfach wie möglich zu gestalten – das sind wir unseren Kunden schuldig.“

Kein einzelnes Protokoll muss sich durchsetzen, fügte Barnstedt hinzu. Hersteller müssen wissen, wie sie ihre Daten in ein Format bringen, das sie in Zukunft herstellerunabhängig verwenden können, und dann die richtigen Tools für den Job erstellen, um es zu einem nahtlosen Erlebnis zu machen, sagte er.

Der Schlüsselpunkt der Interoperabilität sind die Informationsmodelle, so Wise.

„Wenn Sie ein Hersteller mit älteren Geräten sind, werden Sie dadurch nicht blockiert. Wir können die Art von Bits anpassen und implementieren, die für die Verbindung mit modernen Informationssystemen erforderlich sind. Aber im Laufe der Zeit müssen wir diese Daten normalisieren oder standardisieren.

„Und wenn Sie feststellen, dass Sie Ihr eigenes Informationsmodell erstellen, wenn Sie glauben, dass Sie eine bestimmte Maschine am besten beschreiben können, hören Sie auf. Experten haben an diesem speziellen Problem seit einem Jahrzehnt oder länger gearbeitet. Da brauchen wir Gemeinsamkeiten. Hier müssen wir einige gemeinsame Ansätze und eine gemeinsame Sprache annehmen.“

Um zu einer gemeinsamen Sprache zu gelangen, werden OPC UA-Informationsmodelle in der UA Cloud Library veröffentlicht, die auch bestehende Informationsmodelle des VDMA Verlags, eines in Deutschland ansässigen Ingenieurverbands, enthalten wird, so Diskussionsteilnehmer Andreas Faath, Geschäftsführer des European Gruppe.

Zu diesen Tools in der Bibliothek gesellt sich in Zukunft möglicherweise eine globale Produktionssprache auf Basis von OPC UA, an der der VDMA arbeitet.

Die Open-Source-Softwaretools für die Interoperabilität, auf die sich das Panel bezieht – OPC UA, MQTT, die MTConnect Companion Specification – sind bereits auf GitHub veröffentlicht. „Alles, was Sie brauchen, ist da, und wenn Sie Hilfe brauchen, um diese Schritte zu finden, ist CESMII dafür da; nicht um sich in einem Protokollkrieg für eine Seite zu entscheiden, sondern um Ihnen dabei zu helfen, die Schritte von Ihrem Standort zu Ihrem gewünschten Ziel zu finden“, sagte Faat.