Einheitlicher Namespace in der Fertigung:Ein Echtzeit-Daten-Hub für betriebliche Exzellenz

Forschung und Best Practices

7 Minuten | Blog | Industrietechnik

Ein Unified Namespace (UNS) ist ein einzelnes, strukturiertes Echtzeit-Datenmodell, das das gesamte Fertigungsunternehmen darstellt. In der Praxis fungiert es als zentrale Informationsquelle für Betriebsdaten. 

Die Informationen sind nach Asset, Prozess und Geschäftskontext organisiert, sodass Teams und Manager die benötigten Daten schnell finden können, wenn sie sie brauchen. Die Verwendung eines UNSS entkoppelt außerdem Datenproduzenten von Datenkonsumenten und ermöglicht so eine unvoreingenommene Erfassung, Kuratierung und Nutzung. 

Da die Menge und Vielfalt der Fertigungsdaten schnell zunimmt, sind einheitliche Namespaces von entscheidender Bedeutung, um vollständige Transparenz und Konsistenz zu gewährleisten.  

Verwenden Sie immer noch einen unterschiedlichen Datenansatz? Lesen Sie weiter, um mehr über den Aufbau, die Implementierung und die Verwaltung Ihrer UNS zu erfahren. 

Warum Fertigungsdaten eine neue Architektur benötigen

Die Fertigung hat ein doppeltes Datenmanagementproblem:Riesige Informationsmengen gepaart mit manueller Maschinendatenerfassung. Nach Angaben des Manufacturing Leadership Council sammeln 44 % der Unternehmen heute doppelt so viele Daten wie vor zwei Jahren, aber 70 % verlassen sich immer noch auf die manuelle Datenerfassung. 

Diese Daten stammen aus mehreren Quellen, wie zum Beispiel ständig verbundenen IIoT-Sensoren und -Geräten, speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), Manufacturing Execution Systemen (MES), computergestützten Wartungsmanagementsystemen (CMMS) und Enterprise Resource Planning (ERP)-Tools. 

Manuelle Prozesse hingegen sind oft auf die anhaltende Nutzung von Datensilos gepaart mit spröden betrieblichen Integrationen zurückzuführen. Beispielsweise nutzen Wartungs- und Produktionslinienteams ähnliche Daten, um Best Practices zu ermitteln, verwenden jedoch häufig unterschiedliche Systeme, um dieses Ziel zu erreichen. Um die Kommunikation dieser Systeme zu unterstützen, verwenden Teams möglicherweise generische Integrationen, die keinen wesentlichen Datendurchsatz bewältigen können. Wenn diese Integrationen scheitern, bleibt den Teams keine andere Wahl, als Daten manuell zu erfassen und zu verarbeiten. 

Um diese Herausforderungen zu meistern, ist ein konsistenter und unternehmensweiter Datenzugriff in Echtzeit erforderlich. 

Warum herkömmliche Fertigungsdatenarchitekturen unzureichend sind

Traditionelle Fertigungsdatenarchitekturen basieren auf Punkt-zu-Punkt-Integrationen:Systeme sind direkt verbunden, um Informationen auszutauschen. Dies bietet zwar Datenzugriff und Erkenntnisse für vernetzte Anwendungen, schränkt aber natürlich die Skalierbarkeit ein, was wiederum die digitale Transformation in der Fertigung verlangsamt. Da Industrie 4.0-Frameworks mittlerweile höchste Priorität für Unternehmen haben – 92 % der Führungskräfte geben an, dass intelligente Fertigungsinitiativen entscheidend sind, um wettbewerbsfähig zu bleiben –, können Punkt-zu-Punkt-Modelle einfach nicht mithalten. 

Weitere Probleme mit der traditionellen Fertigungsdatenarchitektur sind: 

• Enge Kopplung zwischen Systemen 

• Hohe Kosten für das Hinzufügen neuer Anwendungen 

• Inkonsistente Datendefinitionen 

• Latenz- und Zuverlässigkeitsprobleme 

• Wartungsaufwand durch benutzerdefinierte Integrationen 

So funktioniert ein einheitlicher Namespace

Was ist UNS in der Fertigung? Die Idee ist einfach:Erstellen Sie eine einzige Zugriffs- und Wahrheitsquelle für Daten. 

In der Praxis sind vier Komponenten entscheidend: 

• Ereignisgesteuerte Architektur (EDA):  Mithilfe von EDA kommunizieren Anwendungen, wenn Änderungen oder Ereignisse auftreten. Dadurch wird sichergestellt, dass die Daten aktuell und relevant sind. 

• Modelle veröffentlichen/abonnieren:  Bei einem Publish/Subscribe-Modell übertragen Datenproduzenten Daten an Themenkanäle in den UNS, während Datenkonsumenten die Modelle ihrer Wahl abonnieren. 

• Hierarchische Themenstrukturen:  Durch die Organisation von Informationen in einem verschachtelten Format erleichtert UNSS Benutzern den einfachen Zugriff auf die benötigten Daten bei Bedarf. 

• Echtzeit-Datenstreaming:  Schließlich werden UNS-Daten in Echtzeit von Datenproduzenten gestreamt, sodass Verbraucher Musteränderungen oder Trends schnell erkennen können. 

Das Ergebnis ist eine Entkopplung von Datenproduzenten und -konsumenten. Anstatt beispielsweise, dass Wartungsteams Anlagendaten direkt mit Werkstattleitern oder Betriebsleitern teilen, werden die Daten an die UNS veröffentlicht, wo alle Abonnenten Aktualisierungen erhalten. Dadurch können Geschäftsbereiche den Datenmix auswählen, der ihren Anforderungen am besten entspricht.

Schlüsseltechnologien hinter einem einheitlichen Namespace

Einheitliche Namespaces erfordern außerdem spezielle Technologien, um Datenzugriff und -genauigkeit zu gewährleisten. Dazu gehören: 

• MQTT-Broker:  MQTT-Broker (Message Queuing Telemetry Transport) bilden die Grundlage von Publish/Subscribe-Modellen. 

• Edge-Gateways:  Edge-Gateways ermöglichen die Speicherung und Verarbeitung von Daten am Rande von Fertigungsnetzwerken statt in der Cloud und reduzieren so die Gesamtlatenz. 

• OPC UA-Integration:  Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) ist ein sicheres Open-Source-Protokoll, das die Kommunikation von Maschine zu Maschine ermöglicht. 

• Cloud- und On-Premise-Hybridarchitekturen:  Cloud-Architekturen ermöglichen eine umfangreiche Datenspeicherung und detaillierte Analysen, während On-Premise-Lösungen die Voraussetzungen für eine schnelle Reaktion auf veröffentlichte Ereignisse schaffen. 

• APIs und Microservices:  Anwendungsprogrammierschnittstellen (APIs) und Mikrodienste helfen dabei, ältere und moderne Anwendungen zu verbinden, indem sie die Art und Weise standardisieren, wie Systeme Daten austauschen.   

Welche Daten befinden sich in einem einheitlichen Namespace?

Hersteller haben die volle Kontrolle über die Art der Daten, die in ihren UNS gespeichert sind. Daher variiert dieser Datenmix je nach Unternehmen je nach Produktion, Qualität, Output und Kundenbedürfnissen. 

Aufgrund der Standardisierung der Fertigung sind jedoch mehrere Datenquellen üblich. Erstens sind es Maschinenzustands- und Sensordaten. Mithilfe dieser Informationen können Bediener und Techniker den aktuellen Betrieb verfolgen und potenzielle Probleme erkennen. Auch Wartungsereignisse und Alarme werden in die Liste aufgenommen. Ausgestattet mit diesen Daten können Teams kleine Probleme angehen, bevor sie zu großen Problemen werden. 

Produktionszahlen und Qualitätsdaten werden in der Regel zusammen mit Prozessvariablen und KPIs auch an eine UNS veröffentlicht. Dies ermöglicht vorbeugende und proaktive Reaktionen auf sich ändernde Anlagenzustände, anstatt sich auf eine reaktive Wartung zu verlassen, die erst dann beginnt, wenn Anlagen ausfallen. 

Schließlich umfassen einheitliche Namespaces häufig Asset-Hierarchien und Metadaten. Dies trägt dazu bei, Fertigungsabläufen Kontext zu verleihen, indem Teams sehen können, wo Geräte und Prozesse in Produktionsumgebungen interagieren.

Vorteile eines einheitlichen Namensraums in der Fertigung

Der Aufbau eines einheitlichen Namespace bietet mehrere Vorteile für Organisationen, wie zum Beispiel: 

• Zugriff auf eine einzige Quelle der Wahrheit:  Durch die Zentralisierung und Standardisierung von UNS-Daten gewinnen Hersteller mehr Datenvertrauen. 

• Unternehmenstransparenz in Echtzeit:  Probleme mit Vermögenswerten und Geräten können jederzeit und überall auftreten. Einheitliche Namespaces bieten Echtzeiteinblick in den Betrieb. 

• Schnellere Anwendungsbereitstellung:  Eine Schlüsselkomponente bei der Anwendungsbereitstellung ist das Verständnis der Auswirkungen von Apps auf ihre Umgebungen. Die UNS-Implementierung verbessert die Sichtbarkeit, um die Geschwindigkeit der App-Bereitstellung zu verbessern. 

• Reduzierte Integrationskomplexität:  Die Integration zwischen mehreren Fertigungssystemen kann komplex und zeitaufwändig sein, insbesondere wenn Anwendungen unterschiedliche Datenformate verwenden oder auf älteren Frameworks basieren. Die Datenstandardisierung von UNS reduziert diese Komplexität. 

• Skalierbare digitale Architektur:  Da die digitale Transformation zur obersten Priorität in der Fertigung wird, ist eine skalierbare digitale Architektur unerlässlich. Unterstützt durch die Cloud schaffen UNS-Umgebungen die Voraussetzungen für Skalierbarkeit. 

• Starkes Fundament für intelligente Fertigung:  Schließlich trägt der Einsatz von UNS dazu bei, eine solide Grundlage für intelligente Fertigungstechnologien wie künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML) zu schaffen, die beide Zugriff auf vollständige und konsistente Datenquellen erfordern. 

Einheitlicher Namespace und vorausschauende Wartung

Reaktive Wartung benachteiligt Reparaturteams. Da die Arbeit erst beginnt, wenn Anlagen und Geräte ausfallen, stehen Techniker unter enormem Druck, Probleme zu finden, zu diagnostizieren und zu beheben – jede Minute, die sie mit der Suche nach einer Antwort verbringen, ist eine weitere Minute kostspieliger, ungeplanter Ausfallzeit. 

UNS-Systeme können unterdessen vorausschauende Wartungsvorgänge ermöglichen, die die Maschinenverfügbarkeit und -verfügbarkeit verbessern. Dies beginnt mit zentralisierten Daten zum Anlagenzustand. Anstatt mehrere unterschiedliche Systeme zu verwenden, um Wartungsdaten zu finden und zu verfolgen, können industrielle Dataops-Teams relevante UNS-Kanäle abonnieren und Daten automatisch auf ihre Geräte übertragen lassen. 

Darüber hinaus erleichtert UNS die Integration von Sensoren und Analysen zur kontinuierlichen Überwachung und schnelleren Erkennung von Anomalien, was wiederum die Koordination zwischen CMMS, MES und Analysetools verbessert. Schließlich ermöglichen UNS-Frameworks geschlossene Wartungsworkflows, die Automatisierung und vorausschauende Wartungsanalysen unterstützen. 

Das Ergebnis sind für Wartungsteams zugängliche Gerätedaten, die genau, relevant und aktuell sind. 

Best Practices zum Aufbau eines einheitlichen Namespace

 Fünf Best Practices können Herstellern beim Aufbau einer einheitlichen Namespace-Architektur helfen: 

1. Beginnen Sie mit der Asset-Hierarchie  

Durch die Zuordnung der Asset-Hierarchie wird ein Rahmen für eine effiziente Datenverteilung und Ereigniskanäle geschaffen. 

2. Definieren Sie konsistente Benennungsstandards  

Standardisierte Namenskonventionen verringern das Risiko von Überschneidungen oder fehlenden Datenquellen. Definieren Sie einheitliche Benennungs- und Nummerierungssysteme, bevor Sie UNSS einführen. 

3. Inkrementell erstellen  

Kleine Builds erleichtern die Anpassung und Anpassung, wenn UNSS zum ersten Mal bereitgestellt wird. Wenn sich das System verbessert, können Unternehmen mit der schnellen Skalierung beginnen. 

4. IT- und OT-Teams aufeinander abstimmen  

Um das Beste aus der UNS-Architektur herauszuholen, müssen IT- und OT-Teams zusammenarbeiten. Beide sind für die Operationalisierung von Anlagen-, Wartungs-, Sensor- und Berichtsdaten erforderlich. 

5. Design für Skalierbarkeit und Sicherheit  

Wie oben erwähnt, ist die Skalierbarkeit von UNS von entscheidender Bedeutung. Ebenso wichtig ist die Sicherheit. Systeme müssen so konzipiert sein, dass sie potenzielle Bedrohungen erkennen, Schlüsseldaten verschlüsseln und Benutzerzugriffsberechtigungen verwalten. 

Warum ein einheitlicher Namespace ein strategischer Vorteil ist

UNS bietet sowohl unmittelbare Vorteile als auch langfristige Vorteile. Kurzfristig tragen einheitliche Namensräume dazu bei, ein zentrales digitales Rückgrat zu schaffen, das die Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und betriebliche Effizienz verbessert. Während sich die industriellen IoT-Trends und die Einführung von Manufacturing 4.0 beschleunigen, schafft UNSS die Voraussetzungen für eine KI-gesteuerte und „Lights-out“-Fertigung sowie für die Entwicklung von digitalen Zwillingen für Unternehmen und einer zukunftssicheren industriellen Datenarchitektur. 

Die UNS-Integration schafft die Grundlage für vernetzte Fertigungsdaten. Um die Ergebnisse zu maximieren, ist es jedoch auch wichtig, sich auf die Verwendung dieser Daten zu konzentrieren. ATS hilft Herstellern, standardisierte Daten aus UNS-Systemen zu nutzen, um Wartungs- und Zuverlässigkeitspraktiken und -strategien zu entwickeln, die die Maschinenverfügbarkeit und -verfügbarkeit verbessern. 

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