Die smarte Fabrik braucht Daten. Diese sind die Grundlage für alle Szenarien, die mit der Digitalisierung der Fertigungsumgebung verbunden sind. Maschinen und Anlagen müssen Informationen austauschen – untereinander und mit übergeordneten IT-Systemen.
Doch bisher ist es ein mühsames Unterfangen, diesen Datenaustausch zu ermöglichen. Proprietäre Schnittstellen und unterschiedlichen Datenprotokolle behindern die Kommunikation. Die SchnittstellenProgrammierung in diesem heterogenen Umfeld ist aufwändig, sie kostet Zeit und Geld. Die Folge: Viele Digitalisierungsprojekte scheitern.
Es braucht eine einheitliche Sprache für die smarte Fabrik. Und die scheint mit OPC UA gefunden. Viele Experten setzen große Hoffnungen darauf, dass der Standard für die nötige Interoperabilität sorgt. Auf Basis von OPC UA entstehen daher zur Zeit viele Spezifikationen. Diese beschreiben die Informationen innerhalb einer Domäne. Sie leisten quasi die Übersetzungsarbeit, damit die Maschinen sich verstehen.
Ein wichtiger Datenlieferant in der intelligenten Fabrik ist die Messtechnik. Für sie braucht es daher ebenfalls eine entsprechende Spezifikation. Um diese kümmert sich ein Arbeitskreis des VDMA in enger Abstimmung mit der OPC UA Foundation. Beteiligt sind die Technik-Anbieter Hexagon, Jenoptik, Mahr, Marposs, Mitutoyo, OGP, Wenzel und Zeiss IQS.
Ergebnis ist die OPC UA Companion Specification for Geometric Measurement Systems, für die jetzt ein erster Entwurf vorliegt. „Ziel ist die Bereitstellung von Informationen für den Datentransfer von und zu geometrischen Messsystemen über eine einheitliche Schnittstelle, die von MES-Systemen oder anderen Datenverwaltungssystemen genutzt werden kann“, heißt es in einer Pressemeldung.
Dashboard zeigt das Potenzial
Auf der Messe Control konnte am VDMA-Stand sowie an denen der involvierten Aussteller ein Dashboard begutachtet werden. Dieses zeigt, was mithilfe der OPC UA Companion Specification für die Messtechnik künftig möglich sein wird. Auf dem Dashboard werden Informationen zur jeweiligen Messmaschine dargestellt, die diese per OPC UA übermittelt. Dazu zählen zum Beispiel Informationen zu Hersteller und installierter Software-Version, zum aktuellen Betrieb der Maschine und zu den Messergebnissen oder auch Kalibrierinformationen.
„Wir haben in der Spezifikation darauf geachtet, dass wir einen verpflichtenden Minimal-Umfang definieren“, erklärt Karl-Dietrich Imkamp, Head of Metrological Qualification bei Zeiss IQS und Vorsitzender der OPC UA Arbeitsgruppe Geometrische Messsysteme beim VDMA. „Dieser liefert wesentliche statische – zum Beispiel Typ – und dynamische Maschinendaten – wie etwa Status.“
Das Dashboard, das auf der Control zu sehen war, ist lediglich ein Demonstrator. Es handelt sich dabei um eine Erweiterung des Umati-Dashboards für geometrische Messsysteme. Umati (universal machine technology interface) ist eine Community des Maschinen- und Anlagenbaus sowie seiner Kunden zur Verbreitung und Nutzung offener Schnittstellenstandards auf Basis von OPC UA.
Das heißt, das Dashboard soll potenziellen Nutzern einen Eindruck vermitteln, welche Daten über die OPC-UA-Spezifikation zur Verfügung gestellt werden können. Auch wenn es sich dabei nur um einen Teil der Daten handelt, wird das Potenzial von OPC UA als Standard für die Industrie 4.0 klar.
Imkamp nennt ein relativ einfaches Einsatzszenario, um die Möglichkeiten zu verdeutlichen. „Zu den Daten, die bereit gestellt werden können, zählt auch der Messbereich eines Koordinatenmesssystems“, so Imkamp. „Wenn ein Anwender nun eine Messaufgabe mit einer Messlänge von beispielsweise einem Meter hat, dann kann er sich eine Liste mit allen verfügbaren Systemen anzeigen lassen und diese nach dem benötigten Messbereich filtern.“
Auf einem Roundtable von Quality Engineering im Vorfeld der Control stellte Frank Herr, Director Application Technology & Support EMEA bei Hexagon, einen weiteren Use Case vor – und zwar im Asset Management. Dabei gehe es darum, den Status eines Systems zu sehen und zum Beispiel Kalibrier-Zeiträume zu überwachen. „Denn die Fachleute für die Messtechnik sitzen ja weiterhin in den Messräumen, in der Qualitätssicherung“, so Herr. „Wenn jetzt aber die einzelnen Geräte zunehmend in der Fertigung verteilt stehen, müssen diese auch in irgendeiner Form überwacht werden.“ Daher sei es eine deutliche Vereinfachung, wenn die Messtechniker den Zustand ihres Assets auf einem Dashboard sehen können.
Auch andere Experten begrüßen die Spezifikation. „Die Definition der Companion Specification ist ein wichtiger Schritt für die Interoperabilität in der Fabrik der Zukunft“, sagt etwa Sebastian Friedl vom Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen der Uni Stuttgart. Er ist Editor der Spezifikation und besonders darüber erfreut, dass der Entwurf kompatibel mit der Companion Specification für Machine Tools ist.
„Das Ergebnis am Ende wird sein, dass jede Messmaschine über das gleiche Protokoll auf diesem Dashboard veröffentlichen kann – egal von welchem Hersteller sie kommt“, sagt Professor Heiko Wenzel-Schinzer, Geschäftsführer und Chief Digital Officer von Wenzel. Dann ließen sich aus verschiedenen Maschinen die gleichen Informationen zusammenbringen und visualisieren. „Das ist ein großer Fortschritt. Denn bisher hat jeder Hersteller dafür seine eigenen Tools gebastelt.“
Closed Loop ist kein Selbstläufer
Imkamp stimmt in den positiven Tenor mit ein. Die OPC UA Companion Specification für geometrische Messsysteme eröffne viele Möglichkeiten. „Daher gehe ich davon aus, dass man als Hersteller nicht daran vorbeikommen wird, diesen Standard zu unterstützen“, sagt der Experte.
Ein Feld, auf dem sich viele einen positiven Effekt durch die Spezifikation erwarten, ist der Closed Loop – also das Rückspielen von Informationen aus der Messtechnik in den Fertigungsprozess und einer damit verbunden Anpassung der Werkzeugmaschine. Die OPC UA Companion Specification wird die Entwicklung des Closed Loops sicherlich weiter vorantreiben. Schließlich gehört dafür die Kommunikationsfähigkeit zwischen den Maschinen zur grundlegenden Voraussetzung.
Doch der Closed Loop wird damit nicht zum Selbstläufer. „Ich habe immer wieder erlebt, dass es eine große Erwartungshaltung gibt“, so Imkamp. Aber es gibt noch Hürden zu überwinden. Dazu zähle zum Beispiel die Frage: Wie rechnet man eine festgestellte Messabweichung in einen Korrekturwert bei der Werkzeugmaschine um? Diese Umrechnung liege in der Verantwortung des Werkzeugmaschinenbetreibers. „Solche Fragen werden nicht automatisch von einem Standard beantwortet“, sagt Imkamp. „Dafür braucht es die Bereitschaft zur Zusammenarbeit zwischen alle Beteiligten“, sagt Imkamp.
Der Weg zur smarten Fabrik ist also noch lange nicht zu Ende. Und auch für die OPC UA Companion Specification for Geometric Measurement Systems geht es weiter. Imkamp ist zuversichtlich, dass bis spätestens Herbst der endgültige Standard definiert ist.
Die Entwicklungsarbeit rund um den OPC-UA-Standard ist dann aber noch lange nicht beendet. „Gerade was die Companion Specifications betrifft, gibt es noch einiges zu tun – zum Beispiel wenn es um Themen geht wie Job-Management und Teile-Management“, berichtet Imkamp. Die aktuelle Vorgehensweise soll dabei fortgesetzt werden: „Wir werden uns weiterhin an den Strukturen der Werkzeugmaschinen orientieren.“ So stehen die Chancen also gut, dass in der modernen Fabrik künftig in einer gemeinsamen Sprache gesprochen wird.
Überblick
Auf einer speziellen Website gibt der VDW einen einen Blick auf das Dashboard zur OPC UA Companion Specification für die geometrische Messtechnik. Auf einer Karte können konkrete Maschinen der Hersteller mit ihren entsprechenden Informationen angeklickt werden:
