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Informationstandards für die digitale Fabrik

Herausforderung Interoperabilität

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Integration in den Lebenszyklus einer Anlage

Welche Daten über den Lebenszyklus ausgetauscht werden müssen, zeigen beispielhaft die Aufgaben zur Projektierung eines Leit- oder MES-Systems:

  • Konfigurieren der physikalischen Verknüpfungselemente wie OPC-Server oder Bedienstationen
  • Zuordnung dieser Verknüpfungselemente zum Lageplan etwa einer Produktionshalle
  • Konfigurieren von Anlagentypen und -komponenten auf Basis ihrer Anordnung in der Linie
  • Strukturdefinition für Anlagentypen und -komponenten, beispielsweise aggregierte Signale
  • Verknüpfung der physikalischen Prozesssignale mit der Struktur der Anlagen

  • Zuordnung der Anlagen zu physikalischen Verknüpfungspunkten

  • Verknüpfen von statischen Bedienelementen mit realen Signalen

  • Erstellen statischer Visualisierungselemente unter Beachtung der Topographie und Topologie

In der Praxis werden die Ergebnisse der Planungsphasen in Papierform oder als digitales Dokument übergeben. Dabei handelt es sich aber meist um ausformulierte Texte oder Tabellen in Formaten wie Excel, CSV oder XML, die Informationen müssen vielfach manuell in die Zielsysteme eingepflegt werden. Diese Situation entsteht durch unterschiedliche System- und Informationsstrukturen in den einzelnen Systemen. Nur das Expertenwissen der Ingenieure wirkt Missverständnissen oder Fehlern entgegen.

OPC-UA als Kommunikationsstandard

Als Basis für den Informationsaustausch bieten sich Kommunikationsstandards wie der in der Automatisierung gebräuchliche OPC an, der die Kommunikation in der Fabrik unterstützt. Im Jahr 2006 stellte die OPC-Foundation ihre ‚Unified Architecture‘ (UA) vor. Die darin enthaltenen, protokollunabhängigen UA-Base-Services dienen als Basis, auf der jeder Anwender Informationsmodelle definieren und herstellerspezifische Informationen hinzufügen kann. Ein so vernetztes Informationsmodell gestattet Benutzern, Anlagenkomponenten und Datenobjekte über eine objektorientierte Modellierung zu repräsentieren.

Klare Strukturen für Informationsinhalte

Softwaresysteme müssen in Zukunft nicht nur einheitliche Datenschnittstellen anbieten. Zur Verarbeitung von Informationen müssen Mechanismen bereitstehen, die Anhaltspunkte über die zu kommunizierenden Inhalte liefern. Dazu können inhaltiche Struktur und Gliederungsinformationen in einer separaten Datenbasis hinterlegt werden. Eine solche Ontologie liefert die Grundlage zur eindeutigen Kommunikation zwischen zwei Softwaresystemen. Als Basis für eine standardisierte Beschreibung auszutauschender Daten zwischen Maschinen und MES empfiehlt sich eine Ontologie, wie sie Blatt 2 der VDI-Richtlinie 5600 vorstellt:

  1. Produkt: Der Begriff kann beispielsweise Werkstücke, Baugruppen, Halbfabrikate, Rohmaterial oder Rohstoffe bezeichnen. Zu einem Produkt gehören unter anderem Test- und Prüfergebnisse, Dokumentation und Beschreibung. Diese Definition ähnelt der in der ISA95 enthaltenen ‚Product Definition‘.
  2. Produktionsauftrag: Ein Produktionsauftrag bezeichnet schlichtweg einen Fertigungsauftrag.
  3. Prozess: Dieser Datenpunkt umfasst Fertigungsprozesse einschließlich Prozessparametern, Prozessablauf und Prozessplanung. Diese Definition ähnelt dem ‚Production Schedule‘ in der ISA95.
  4. Ressourcen: Dieser Datenpunkt beschreibt produzierende Ressourcen wie Anlagen, Roboter, Maschinen sowie deren Zustand, Vorrichtungen oder mögliche Meldungen. Die Definition lehnt sich an das ‚Equipment‘ in der ISA95 an.
  5. Zeitsynchronisation: Diese Information ist erforderlich, um die Zeit des MES mit derjenigen der Maschine abzugleichen. Ein Beispiel hierfür wäre die Zeitsynchronisierung mit der SPS.
  6. Allgemeiner Datenpunkt: Hier finden sich unabhängige Werte und Parameter wie Umgebungs- und Umweltbedingungen mit Luftanalysewert, Luftfeuchtigkeit, Schadstoff oder Umgebungstemperatur.

Der lange Weg zum Industriestandard

Interoperabilität auf MES-Ebene ist nicht mit einer Methode abzudecken. Forschung und Entwicklung stehen noch vor einigen Aufgaben, darunter die Festlegung geeigneter Lösungen für Kommunikationskanal und -inhalte. Auch das vielfach geforderte Informationsmodell bedarf der Beschreibung und Standardisierung. Denn ohne Standardisierung wird das Ziel der Interoperabilität von MES-Komponenten in der Fabrik nicht zu erreichen sein. Derzeit beschäftigen sich Gremien wie die VDI-Fachausschüsse ‚Digitaler Fabrikbetrieb‘, ‚MES-Maschinenschnittstellen‘ sowie ‚Durchgängiges Engineering von Leitsystemen‘ mit diesem Thema. Mit AutomationML arbeitet auch ein industriegetriebenes Konsortium daran, für das Engineering von Produktionsanlagen einen verbindlichen Standard für den durchgängigen Datenaustausch aufzustellen. Dynamische Aspekte der Veränderung, Wandlungsfähigkeit, Adaptivität bezogen auf die Software müssen zusätzlich berücksichtigt werden.


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