Legacy-Systeme in Industrie 4.0 integrieren: Multi-Protokoll-Herausforderungen meistern

Es ist vielleicht der kniffligste Teil bei der Umsetzung von Smart Manufacturing und Industrie 4.0: Wie bringt man bestehende Systeme in die Welt der Maschinendatenerzeugung, -sammlung und -analyse?

Angesichts fehlender Standardisierung bei Softwareprotokollen für operative und informationelle Technologien scheint es unmöglich, Legacy- und neue Fabrikausrüstung nahtlos zusammenarbeiten zu lassen, die standardisierte, verwertbare Datenströme produzieren.

„Die Realität ist: Wir werden all diese Protokolle noch lange haben – sowohl die neuen, großartigen als auch die älteren, primitiven“, sagte Jonathan Wise, Vice President of Technology bei CESMII, dem Smart Manufacturing Institute.

Wises Kommentar fiel während seiner Moderation einer Expertenrunde beim kürzlichen Smart Manufacturing Interoperability and Harmonization Panel, Teil des Online-CESMII Smart Manufacturing Summit, der zeigte, was es bedeutet, Smart Manufacturing zu demokratisieren.

Panelist Russell Waddell, Managing Director des MTConnect Institute, hatte die Begriffe zuvor definiert: „Das Protokoll ist, wie man Daten von Ort zu Ort, von System zu System überträgt, während das [Informations-]Modell das ist, was tatsächlich in diesen Daten steckt“, merkte er an und wies darauf hin, dass der MTConnect-Standard ein semantisches Vokabular für Fertigungsausrüstung bietet, um strukturierte, kontextualisierte Daten ohne proprietäre Form bereitzustellen.

„Wie würden Sie Hersteller leiten, die wahrscheinlich Brownfield-[bereits bestehende]-Systeme nachrüsten wollen, um von Smart Manufacturing zu profitieren, oder in anderen Fällen neue Maschinen kaufen wollen?“, fragte Wise die Experten. „Worauf sollten sie bei Greenfields achten, um sicherzustellen, dass sie gut positioniert sind, um in Industrie 4.0 voranzuschreiten? Und wie verwalten wir – die Leute, die versuchen, Informationswert aus diesen Datenquellen zu schaffen – ein Multi-Protokoll-Universum?“

OPC Foundation President und Executive Director Stefan Hoppe sagte: „Für Brownfield-Szenarien definitiv“ gebe es ein „riesiges Ökosystem mit Gateways, die mit der oberen OPC-UA-[Maschinenkommunikationsprotokoll]-Schicht sprechen, einschließlich MQTT-Transport [ein Protokoll, das Nachrichten zwischen Geräten transportiert] und so weiter, und auf der unteren Ebene das nutzen, was sie vorher hatten.“ Für neue Greenfield-Szenarien hätten fast alle Maschinenhersteller OPC UA in Design und Gerät integriert. „Dann hat man Informationsmodellierung direkt ab Quelle out of the box“, so Hoppe.

Erich Barnstedt, Chief Architect, Standards and Consortia, Azure IoT bei Microsoft, ergänzte: „Ganz ehrlich: Legacy-Ausrüstung wird für immer bei uns bleiben. Wir müssen es mit den richtigen Tools einfach machen, diese Legacy-Ausrüstung auf ein standardsbasiertes, offenes Informationsmodell abzubilden. Diesen Prozess einmal durchführen, und danach das standardisierte Informationsmodell nutzen und einen automatischen Mechanismus finden, um dieses Informationsmodell auch an Cloud-Analysesysteme oder On-Premise-Analysesysteme zu senden.

„Es muss nicht zwingend cloud-basiert sein, aber Analysesoftware ist der Ort des Mehrwerts und von Industrie 4.0, was das Gewinnen neuer Erkenntnisse angeht, die man vorher nicht gewinnen konnte. Diese Konnektivitäts- und Datenmodellierungs-Mapping-Phase so schmerzlos wie möglich zu machen – das schulden wir unseren Kunden.“

Kein einzelnes Protokoll müsse sich durchsetzen, fügte Barnstedt hinzu. Hersteller müssten wissen, wie sie ihre Daten in ein nutzbares, herstellerunabhängiges Format bringen und dann die richtigen Tools für den Job schaffen, um ein nahtloses Erlebnis zu ermöglichen.

Der Schlüsselpunkt der Interoperabilität seien die Informationsmodelle, stellte Wise fest.

„Wenn Sie ein Hersteller mit älterer Ausrüstung sind, sind Sie nicht blockiert. Wir können die nötigen Bits anpassen und implementieren, um eine Verbindung zu modernen Informationssystemen herzustellen. Aber auf dem Weg dorthin müssen wir diese Daten normalisieren oder standardisieren.

„Und wenn Sie sich dabei ertappen, Ihr eigenes Informationsmodell zu erstellen, weil Sie glauben, die beste Art gefunden zu haben, eine bestimmte Maschine zu beschreiben, hören Sie auf. Experten arbeiten seit einem Jahrzehnt oder länger an diesem speziellen Problem. Da brauchen wir Gemeinsamkeit. Da müssen wir gemeinsame Ansätze, eine gemeinsame Sprache übernehmen.“

Um zu einer gemeinsamen Sprache zu gelangen, werden OPC-UA-Informationsmodelle in der UA Cloud Library veröffentlicht, die auch bestehende Informationsmodelle von VDMA Verlag, einem deutschen Ingenieurverband, enthalten wird, so Panelist Andreas Faath, Managing Director der Europagruppe.

Künftig könnten diese Tools in der Bibliothek durch eine globale Produktionssprache basierend auf OPC UA ergänzt werden, an der VDMA arbeitet.

Die Open-Source-Softwaretools für Interoperabilität, auf die das Panel verwies – OPC UA, MQTT, die MTConnect Companion Specification – sind bereits auf GitHub veröffentlicht. „Alles, was Sie brauchen, ist dort, und wenn Sie Hilfe bei der Suche nach diesen Schritten brauchen, dafür ist CESMII da: nicht, um in einem Protokollkrieg Partei zu ergreifen, sondern um Ihnen die Schritte zu zeigen, von wo Sie sind zu wo Sie hinwollen“, sagte Faath.