OPC-UA-basierte Schnittstelle

Andrea Gillhuber,

Umati - Standard-Schnittstelle für Werkzeugmaschinen

Normen und Standardisierung erleichtern unser tägliches Leben. Im Umfeld von Industrie 4.0 hat sich in den letzten Jahren der Standard OPC UA etabliert, welcher einen standardisierten Zugriff verschiedener Maschinen auf Daten ermöglicht. Eine Joint Working Group arbeitet nun an Umati, einer weltweit vereinheitlichten Schnittstelle für Werkzeugmaschinen, welche die Produkte der Branche mit den sie umgebenden Systemen (MES, ERP, Cloud) verbindet.
Anwendungsszenarien © umati
Von Andreas Wohlfeld, Caren Dripke, Götz Görisch

Im mechanischen Bereich sind Normen und deren Nutzen unumstritten. Auch im Zuge von Industrie 4.0 diskutieren Experten schon lange standardisierte Schnittstellen, um Produkte miteinander zu vernetzen. Standards finden sich in einzelnen Ebenen der modernen Produktion wieder – sei es in den Maschinen bei Steuerungen und Sensoren oder auf Unternehmens-ebene in der Fertigungsplanung. Im Laufe der letzten Jahre wurden die technischen Grundlagen teilweise konsolidiert; eine weitere Vereinheitlichung ist absehbar. So hat sich OPC UA – nicht zuletzt aufgrund der Festschreibung in der Rahmenarchitektur für Industrie  4.0 (RAMI4.0)  [1] – weitestgehend etabliert.

Den Standard OPC UA  [2] zeichnen zwei Kernbereiche aus: die Modellierung der Informationen und deren Transport. Für beides bringt OPC UA umfangreiche Mechanismen mit. Zudem bietet OPC UA mit Begleitspezifikationen (Companion Specification) eine Möglichkeit, Erweiterungen für abgrenzbare Domänen, zum Beispiel bestimmte Branchen oder Produktgruppen, zu definieren. Derzeit gibt es sowohl unter dem Dach des VDMA als auch der OPC Foundation zahlreiche Arbeitsgruppen, die solche Spezifikationen erarbeiten. Eine davon ist die Umati-Arbeitsgruppe  [3], in welcher führende Werkzeugmaschinenhersteller an einer weltweit vereinheitlichten Schnittstelle für die Verbindung der Produkte der Branche zu umgebenden Systemen (MES, ERP, Cloud etc.) arbeiten.

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Umati – ein Standard mit Mehrwert

Umati setzt konsequent auf die Nutzung von OPC UA, geht aber noch einen Schritt weiter: In der Begleitspezifikation definiert Umati sogenannte Profiles. Diese legen fest, welche Anforderungen bezüglich Verschlüsselung, Authentifizierung und Server-Performance sowie für bestimmte Ausbaustufen der Schnittstelle erfüllt sein müssen. Ergänzt werden soll die Begleitspezifikation Umati durch eine Kombination an Softwarekomponenten als Basis für die Implementierung.

Das Markenlogo Umati soll Produkte mit der Werkzeugmaschinenschnittstelle sichtbar kennzeichnen.

Umati begann als Projekt im Rahmen des VDW; mittlerweile steht hinter Umati eine breite internationale Gemeinschaft an Werkzeugmaschinenherstellern verschiedener Technologien, die sich zu dem Standard bekennen und ihn im Moment in einer sogenannten Joint Working Group mit der OPC Foundation  [4] spezifizieren. Zusätzlich sind auch Steuerungshersteller sowie Softwarefirmen und Endanwender mit im Standardisierungsgremium, sodass alle Sichten vertreten sind. Nicht zuletzt ist der VDW in seinen Standardisierungsaktivitäten eng vernetzt mit VDMA-Fachgruppen, die gerade ebenfalls OPC-UA-Begleitspezifikationen entwickeln. Weitere internationale Verbände und vor allem viele internationale Partner unterstützen die Aktivitäten und den entstehenden Standard.

Umati auf der EMO Hannover 2019

Auf der EMO Hannover 2019 beteiligen sich mehr als 50 Unternehmen im Rahmen eines Showcase an einem gemeinsamen Demonstrator der Schnittstelle. So lässt sich veranschaulichen, welche Vorteile der gemeinsame Standard bringt. Neben den Werkzeugmaschinenherstellern beteiligen sich Steuerungshersteller und Anbieter von Dashboards und Cloudlösungen. Der EMO-Showcase soll mit einem vereinfachten Modell zeigen, wie Umati als gemeinsame, volldefinierte und einfach nutzbare Schnittstelle an Werkzeugmaschinen den Schritt in die Digitalisierung und Industrie 4.0 für alle Anwender vereinfacht.

Mit Umati lassen sich Werkzeugmaschinen unabhängig vom Hersteller und mit verschiedenen Steuerungen an On-Premise- oder Cloud-Installationen von Produktionssoftware koppeln. Die Anwender sparen aufwändige Entwicklung von Schnittstellen und können ihre Anwendungen direkt anpassen. Entwicklungsaufwände für den Austausch von Informationen zwischen Werkzeugmaschinen und Anwendungen lassen sich deutlich verringern.

Anwendungsbeispiele der Schnittstelle

Die Schnittstelle Umati soll der Werkzeugmaschine strukturiert Informationen und Parameter anbieten. Hierfür wurden auf Basis grundlegender Anwendungsfälle der Schnittstelle gemeinsam abgestimmte Use Cases und benötigte Parameter abgeleitet. Die erste Version von Umati soll zehn dieser Use Cases abdecken; die Schnittstelle des EMO-Showcases zeigt exemplarisch eine Auswahl davon (Bild).

Ein Anwender von Umati kann auf der OPC-UA-Schnittstelle die Identifikation der Maschine, ihren Zustand und ihren aktuellen Produktionsauftrag abrufen und daraus zum Beispiel ableiten, ob die Maschine produktiv arbeitet. Mithilfe der standardisierten Schnittstelle lassen sich Maschinen unabhängig vom Hersteller und ihrer Steuerung an Anwendungen wie MES-Systeme anbinden und einheitlich auswerten. Dies ist die Basis für viele der Anwendungsfälle, die Industrie 4.0 ausmachen.

Die Ziele für Umati sind gesteckt und die breite internationale Unterstützung zeigt, dass eine universelle Schnittstelle für Werkzeugmaschinen sinnvoll und notwendig ist. Erste Ergebnisse werden im Jahr 2020 erwartet. Umati soll sich in den dann folgenden Jahren um verschiedene Versionen erweitern.

Die Autoren:

Andreas Wohlfeld, Trumpf Werkzeugmaschinen; Caren Dripke, Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen, Universität Stuttgart; Götz Görisch, Verband deutscher Werkzeugmaschinenfabriken VDW / ag

Literatur:

[1] RAMI4.0; bit.ly/2yy8OEW

[2] IEC 62541. VDE, http://www.vde-verlag.de

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