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Industrie 4.0 Einheitliche Sprache für Maschinen gesucht

| Autor / Redakteur: Wolfgang Schmidt / Stefanie Michel

In Fertigungsbetrieben stehen Maschinen unterschiedlichsten Baujahres und unterschiedlichster Ausstattung. Hinzu kommen verschiedene IT-Systeme, Plattformen und Datenquellen. Um diese Informationen zur Optimierung der Produktion und für Predictive Maintenance zu nutzen, sind einheitliche Datenmodelle nötig.

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Viele Datenlieferanten, die nicht miteinander sprechen können: In die industrielle Fertigung fließen zwar viele Daten ein, aber Interoperabilität ist kaum möglich.
Viele Datenlieferanten, die nicht miteinander sprechen können: In die industrielle Fertigung fließen zwar viele Daten ein, aber Interoperabilität ist kaum möglich.
(Bild: X-Integrate )
  • Datenlieferanten gibt es in der industriellen Fertigung viele: Das beginnt in der Konstruktion, geht über Maschinen- und Logistikdaten bis hin zu Informationen zur Gebäudetechnik. Trotz vieler Plattformen ist man von Interoperabilität weit entfernt.
  • Um die eigene Produktion besser verstehen und Optimierungen ableiten zu können, wollen Anlagenbetreiber übergreifende Dashboards und Analytik.
  • Dafür ist ein einheitliches Datenmodell nötig, auf das sich Maschinenhersteller einigen müssen. Mit „umati“ hat der VDW einen Anfang gemacht, jetzt gibt es auch für KMU ein Projekt.

In heutigen Fertigungshallen geht es zu wie beim Turmbau zu Babel: Zahlreiche Maschinen/Menschen arbeiten neben- und miteinander und produzieren Daten/Worte am laufenden Band. Damit am Ende etwas Sinnvolles herauskommt, sollten sich die Einzelnen gut verstehen. Ebenso wenig wie im antiken Mythos, herrscht jedoch auch heute bei vielen industriellen Fertigern wahre babylonische Vielfalt. Denn Industrie-4.0-fähige Maschinen sind zwar in der Lage, vielerlei Daten auszugeben und an eine zentrale Instanz zur Weiterbearbeitung zu leiten. Doch wenn jeder Maschinenbauer seine eigene Plattform und sein eigenes Format verwendet, wird es schwierig, alle Informationen unter einen Hut zu bekommen, sie miteinander in Verbindung zu setzen und damit den Fabrikbetrieb so zu optimieren, wie es möglich wäre. Deshalb müssen Industriedaten interoperabler werden.

Daten in der industriellen Fertigung stammen aus verschiedensten Quellen. Maschineninformationen aus der SPS gehören ebenso dazu wie Logistikdaten und solche aus der Sensorik – auch der Aktorik – oder Rauminformationen über Klimasteuerung und Energieversorgung im Bereich des Gebäudemanagements. Im Zuge von Industrie 4.0 ermöglichen viele Datenlieferanten die Auswertung ihrer Informationen über eine IoT-Plattform wie Watson IoT, Mindsphere, Predix, Leonardo oder Cumulocity. Der Maschinenhersteller muss sich dabei allerdings für einen Partner entscheiden. Ein Anlagenbetreiber, der die Maschinen mehrerer Hersteller einsetzt, hat es dann mit mehreren unterschiedlichen Plattformen zu tun oder gar einem Flickwerk von Open-Source-Implementierungen. Von einer homogenen Behandlung seiner gesammelten Daten und der gewünschten Interoperabilität ist er somit weit entfernt.

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Das unbekannte Innere von Altanlagen

Noch nicht berücksichtigt ist dabei das „Brownfield“-Problem: Viele Altanlagen versehen mitunter seit Jahrzehnten ihren Dienst und verfügen über keinerlei Konnektivität. Oft ist gar nicht bekannt, welche Teile in den Maschinen vor langer Zeit verbaut wurden. Andere Altanlagen liefern zwar stündlich riesige Mengen an Daten, von denen sich ein Ingenieur damals dachte, sie könnten nützlich sein. Oft liegen diese jedoch in Formaten vor, die heute nur noch mit erhöhtem Aufwand verarbeitet werden können. Aus alldem erwächst die Schwierigkeit, auf die gesammelten Produktionsdaten zuzugreifen und sie in eine heterogene IT-Landschaft zu integrieren beziehungsweise dafür die Schnittstellen zu schaffen. Auf dieser Basis die Fertigung zu optimieren und einen Zustand der Anlagen festzustellen, dürfte schwierig werden.

Deshalb sind neue Strukturen nötig. Anlagenbetreiber wünschen sich ein besseres Verständnis ihrer Produktion, sie verlangen nach Automatismen beziehungsweise Dashboards und Analytik, in denen sie Anomalien schnell erkennen können. Dafür müssen die Maschinenhersteller untereinander, praktischerweise zunächst innerhalb dezidierter Branchen, für Standardisierung und Interoperabilität sorgen. Benötigt wird ein einheitliches, pragmatisches Datenmodell für etwa Dreh-, Fräs- und Schleifmaschinenhersteller, mit dem der Anlagenbetreiber die Maschinen gemeinsam konsolidiert darstellen und darauf eine Analytik aufsetzen kann – ein Esperanto für Maschinen.

Im Bereich der Werkzeugmaschinen gibt es solche Initiativen bereits: Gemeinsam mit 17 Projektpartnern hat der VDW (Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e.V.) „umati“ (universal machine tool interface) entwickelt: eine universelle Schnittstelle, die Werkzeugmaschinen und Anlagen sicher und nahtlos in kunden- und anwenderspezifische IT-Ökosysteme integrieren kann. Sie basiert auf dem plattformunabhängigen Standard OPC UA, was genau sie jedoch für viele mittelständische Maschinenbauer und Anlagenbetreiber nicht ausreichend macht. Der Grund: Etliche Bestandsanlagen sind nicht OPC-UA-fähig und eine entsprechende Modernisierung wäre auch betriebswirtschaftlich nicht vertretbar.

Die Herausforderung der Datenlieferung

Bevor man über Interoperabilität spricht, muss man sich zunächst Gedanken um die Datenqualität machen. In Unternehmen der fertigenden Industrie herrscht oft nicht nur eine Siloisierung, sondern sogar eine Atomisierung von Daten. Neben Sensorik oder SPS als Quellen stammen diese auch aus Whatsapp-Gruppen oder E-Mail-Chats. Sie zusammenzuführen, zu aggregieren und dafür zu sorgen, dass die richtigen Daten im richtigen Format vertrauensvoll geliefert werden, ist die Herausforderung der Stunde.

Der VDMA hat hier schon viele Datenprotokolle definiert. Und das Internet der Dinge hilft, Innovationen an Produkten voranzutreiben. Diese werden heute durch Software erweitert und KI-fähig gemacht. Man kann also schon sehr früh mit Technik ein Design erstellen, das zu Daten führt, die einem Standard entsprechen und dann korreliert werden können. Ansätze hierfür liegen im Software Development, wo mit offenen Standards gearbeitet wird: Es gilt, eine Datenplattform zu liefern, die den Kunden mit seinen Daten in die offenen Standards führt. Es bedarf eines Layers, der alle Daten aufnimmt, die zum Beispiel einem VDMA-Standard entsprechen, und sie in ein Open-API-Format bringt.

Neue Plattform unterstützt Digitalisierung von KMU

Aus dem Umfeld des Kölner Cloud Ecosystem e. V., der sich als Community der digitalen Wirtschaft versteht, entstammt hierzu ein Ansatz: Der „Open Integration Hub“ (OIH) ist ein herstellerneutrales Open-Source Framework, das Technologie, Standard-Datenmodelle, Regelwerke und eine Community aus Konnektoren umfasst. Damit soll er eine einfache Datensynchronisierung zwischen beliebigen Softwareanwendungen ermöglichen. OIH erhielt eine Förderung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) und auch seine derzeit laufende Erweiterung in Richtung der fertigenden Industrie (OIH plus) soll ab 1. Mai entsprechend gefördert werden.

Mit OIH plus können über den Hub Dokumente zum Beispiel aus dem DMS mit der IoT-Seite verbunden werden oder ERP- beziehungsweise MES-Anlage-Komponenten lassen sich vertikal integrieren. OIH plus erweitert das OIH-Framework um Komponenten zur industriellen Interoperabilität, mit denen KMU die Anlagenprozesse vereinfacht digitalisieren können. Es adaptiert außerdem IDS-Konzepte für kleine und mittelständische Unternehmen. Diese können damit IDS-konforme Dienste in nicht IDS-konformen Umgebungen, also mehrstufigen und hybriden Szenarien (Maschine, Line, Plant), nutzen. Damit wird das IDS-Prinzip anschlussfähig für KMU.

Die X-Integrate Software & Consulting GmbH ist einer der Konsortialpartner in diesem Projekt, das unmittelbaren Bezug nimmt auf die im BMWI-Förderrahmen „Entwicklung digitaler Technologien 2019 bis 2022“ formulierten Ziele der Entwicklung und Erprobung neuer digitaler Anwendungen. X-Integrate wird die OIH-plus-Funktionalitäten unter anderem nutzen, um für kleine und mittelständische Fertigungsunternehmen eine einfach einzusetzende Condition-Monitoring-Lösung zu entwickeln, die hier um intelligente Analysemethoden auf IoT-Daten erweitert wird. Eine prototypische Implementierung soll den Anlagenbetreibern dabei den Einstieg in die prozessübergreifende Anlagendigitalisierung erleichtern.

* Dipl.-Inform. Wolfgang Schmidt ist Geschäftsführer der X-Integrate Software & Consulting GmbH in 50670 Köln, Tel. (02 21) 97 34 30, info@x-integrate.com

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