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Kommunikationsstandard für Industrie 4.0

Eine Technologie wächst über sich hinaus

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Pub/Sub-Erweiterung

OPC UA basiert grundsätzlich auf einer Client/Server-Architektur, wobei der Server der Dienste-/Datenanbieter ist und der Client diese Dienste/Daten aktiv konsumiert. Dies geschieht über eine stehende, sichere Verbindung, die der Client zunächst aufbauen muss. Sobald die Verbindung steht, kann der Client die verschiedensten Dienste parallel im Request/Response-Verfahren nutzen. Jeder Client macht seine eigene, verschlüsselte Verbindung auf. In typischen Maschinen und Anlagen kommunizieren 20 bis 100 Teilnehmer miteinander, in der Fabrik sind es vielleicht 200 bis 500. Entscheidend ist hier nur die Frage, wie viele Verbindungen muss ‘ein’ Teilnehmer gleichzeitig verarbeiten. Dieser Mechanismus skaliert für die überwiegende Mehrheit aller Anwendungen ausgezeichnet. Dennoch gibt es Anwendungsfälle, bei denen andere Anforderungen gestellt werden. Vor allem in Umgebungen, in denen ein Teilnehmer mit sehr vielen anderen (one-to-many) kommunizieren soll, wird das Verwalten und Bearbeiten von vielen Verbindungen aufwändig. Insbesondere wenn dieses eine Gerät auch noch sehr limitierte Ressourcen aufweist, wie ein Sensor. Für diesen Anwendungsfall eignet sich das sogenannte Publish/Subscribe-Verfahren. Hierbei sendet ein Server/Publisher die Information einmalig (öffentlich) an viele andere Teilnehmer, die Clients/Subscriber, ohne dass eine direkte Verbindung besteht, zum Beispiel über UDP Multicast oder über einen Message Broker. Die OPC Foundation hat die OPC UA-Technologie nun um diesen Kommunikationsmechanismus erweitert. Durch das abstrahierte Schichtenmodell und die Trennung von Transport und Inhalt der Information war dies einfach möglich, ohne die bestehende Architektur zu verändern. Auf Basis dieser Erweiterung wird OPC UA nun noch einfacher in Cloudanwendungen integrierbar und wird zukünftig auch über eine Option zur deterministischen Kommunikation mit TSN verfügen.

Einordnung Industrie 4.0

Viele Geschäftsmodelle im Rahmen von Industrie 4.0 gründen auf der Idee, mit den Daten Geld zu verdienen und nicht nur mit den Produkten. Ein Beispiel liefert der Hersteller von Kompressoren, der nun hochverfügbare, komprimierte Luft verkauft. Er selbst bleibt im Besitz des Gerätes und verkauft in Euro pro Kubikmeter. Ein Dienstleister wartet und repariert das Gerät im Auftrag vor Ort. Die Verfügbarkeit ist essentiell und wird mit vorausschauender Wartung sichergestellt, wobei die Vorhersagen auf Daten beruhen, die in der Cloud gesammelt und dort statistisch analysiert wurden. Dabei sind Cloudbetreiber und Datenanalyse eingepreiste Fremdleistungen. Unternehmen gehen Partnerschaften ein, um das entsprechende Know-how und die Infrastruktur einzukaufen, oder werden umgestaltet und entwickeln sich selbst vom Produzenten zum Dienstleister. Pay-per-use-Konzepte sind nicht neu. Der größte Profit zeichnet sich für sogenannte Plattform-Unternehmen ab, die als Vermittler zwischen Konsument und Anbieter wirken. Sie tragen dabei möglichst wenig Risiko, haben aber Zugriff auf alle Daten. So betreibt Uber eine Vermittlungsplattform für Transportdienstleistungen, ohne ein einziges Fahrzeug zu besitzen oder gar einen Fahrer angestellt zu haben. Es bezahlen der Fahrgast und auch der Beförderer eine Gebühr an den Vermittler. Das eigentliche Kapital steckt aber nicht in der Vermittlung an sich, sondern in dem Wissen um Bewegungsprofile, Verkehrsvolumen und bevorzugte Reiserouten und -zeiten der Kunden. Aus diesen Daten lassen sich ohne Weiteres noch andere Geschäftsmodelle entwickeln.

Interoperabilität



OPC UA bietet Lösungen für Industrie 4.0, dem (industrial) Internet of Things und der Machine-to-Machine-Kommunikation.
Bild: Unified Automation GmbH

Neben der kritischen Betrachtung, auch im Hinblick auf den Datenschutz, dürfte klar sein: Die Digitalisierung geht weiter und die Kommunikation zwischen Geräten und Systemen wird wichtiger. Ein Kommunikationsstandard erspart Integrations- und Betriebsfolgekosten. Die Sicherheit und Integrität der Daten ist entscheidend. OPC UA liefert diese Sicherheitsmechanismen und verankert sie im Kern. Bestehende Produktionslinien und Altanlagen müssen integriert werden. IT und OT wachsen zusammen und beide Seiten müssen technologisch voneinander partizipieren. Ein internationaler Standard wie OPC UA liefert hierfür heute schon die Basis und ist aufgrund seiner generischen Architektur auch zukünftigen Anforderungen gewachsen. In ihrer Gesamtheit ist die OPC UA-Technologie alternativlos, denn es geht schon lange nicht mehr nur um Protokolle zum Datenaustausch, sondern um umfassende Interoperabilität auf allen Ebenen der Wertschöpfungskette. Die Basis dafür bilden standardisierte Informationsmodelle, für die OPC UA ein hervorragendes Werkzeug ist.


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