Q&A zur Themenwelt OPC UA

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Hier finden Sie Antworten auf häufig gestellte Fragen rund um die verschiedenen Themenfelder des Schnittstellenstandards OPC UA.

OPC UA Technologie

OPC UA ist kein Protokoll. OPC UA ist eine Kommunikationsarchitektur, die neben dem Transport auch die Datenmodellierung ermöglicht. Hinsichtlich des Transports von Daten bietet OPC UA ein abstraktes Kommunikationsmodell, das Mappings zu diversen Protokollen zulässt.

Eine vergleichbare Basistechnologie mit einem Durchdringungsgrad, wie ihn OPC UA derzeit bietet, ist nicht erkennbar. Gerade für die Standardisierung ist die Kombination aus Semantik und Implementierung von großem Vorteil. Auch hier gibt es punktuell Marktbegleiter (etwa im amerikanischen Raum, oder Initiativen zur Standardisierung auf ISO-Ebene), welche jedoch sicherlich nicht dieselbe Durchschlagskraft entwickeln.

OPC UA wird bereits in vielen Maschinenbaubereichen erfolgreich angewendet. Bisher allerdings zumeist mit herstellerspezifischen Informationsmodellen. OPC UA Companion Specifications sind daher der Weg, diese Schnittstellen zu vereinheitlichen. So gibt es nun bspw. bereits im Bereich der Kunststoffmaschinen, der Roboter und der Werkzeugmaschinen den erfolgreichen Einsatz von Companion Specifications. Weitere Branchen sind in der Finalisierung ihrer Arbeiten und werden in Kürze erste Produkte auf dem Markt haben.

OPC UA ist von Design aus sehr skalierbar. Das bedeutet, dass sich ein OPC UA Server bereits auf kleinsten eingebetteten Systemen befinden kann. Gleichermaßen kann der Server auf gesamten Maschinen wie auch SCADA- oder MES-Systemen betrieben werden.

OPC UA unterstützt zu diesem Zeitpunkt noch keine deterministische Echtzeit. Seit 2016 wird mit "OPC UA over TSN" in der OPC Foundation an einer echtzeitfähigen Lösung gearbeitet. Ende 2018 wurden erste, funktionsfähige Prototypen vorgestellt.

Companion Specifications (CS)

In OPC UA Companion Specifications werden Informationen für einen bestimmten Anwendungsbereich zum Austausch auf einer Schnittstelle einheitlich definiert. In einer Companion Specification finden sich die Beschreibung des Anwendungsbereichs in Form eines Scopes und die Definition der Informationen in Form von Objekten, Methoden, Variablen, Events und anderen Mechanismen der Technologie OPC UA. Neben dem menschenlesbaren Dokument (pdf) wird die Informationsmodellierung auch in einem maschinenlesbaren Format (xml) dokumentiert.

Es ist sogar notwendig mehrere Spezifikationen in einer Maschine umzusetzen. Denn vielfach bauen die Spezifikation aufeinander auf. Um ein Beispiel zu geben: Um die Companion Specification für Werkzeugmaschinen zu unterstützen, müssen neben der OPC UA Basisspezifikation auch Teile der OPC UA for Device Information Model und die OPC UA for Machinery implementiert sein. Auch eine zunehmende horizontale Integration wird erfordern, dass auf Komponentenebene unterschiedliche CS implementiert sind, deren Signale dann in eine übergeordnete Datenausgabe zusammengeführt werden.

In Companion Specifications werden eine Vielzahl an Objekten, Variablen und Methoden beschrieben. In Typdefinitionen werden diesen OPC UA Elementen sogenannte „Modelling Rules“ zugeordnet. Diese entscheiden darüber, ob bei der Instanziierung eines Typen das jeweilige Element mandatorisch oder optional enthalten ist. Dementsprechend sind nicht alle standardisierten Objekte, Variablen oder Methoden im herstellerspezifischen Informationsmodell auszufüllen. Lediglich solche, die eine mandatorische „Modelling Rule“ besitzen.

Die OPC UA Basistechnologie erlaubt die Formulierung von sogenannten Profiles. Diese setzen sich aus mehreren testbaren Einheiten (Conformance Units) zusammen. Diese ermöglichen das Testen von OPC UA Produkten hinsichtlich ihrer Funktionalität. Profiles sind derzeit allerdings recht selten in Companion Specifications beschrieben. Eine rasche Verbreitung ist dennoch zu erwarten.

Darauf aufbauend ist es eine Kernaufgabe von umati Klarheit und Transparenz zu schaffen, damit Endkunden genau wissen, was sie brauchen um ihre Maschinen einfach anbinden zu können. Die umati Community hat das Ziel diese Herausforderung bereits von Seiten der Maschinenbauer zu lösen. Dafür werden zukünftig z.B. Produktlabels spezifiziert werden, mit denen ein definierter Funktionsumfang nachgewiesen werden kann. (für mehr Informationen: s. „Was ist umati?“)

OPC UA Arbeitskreise im VDMA

Einen Übersichtsartikel über alle bestehenden Arbeitskreise gibt es hier:

https://opcua.vdma.org/viewer/-/v2article/render/43354439

Die entsprechenden Ansprechpartner können hier ermittelt werden:

https://opcua.vdma.org/viewer/-/v2article/render/47865665

Die Arbeitskreise des VDMA erarbeiten OPC UA Companion Specifications. In diesen wird beschrieben, welche Daten auf der Schnittstelle ausgetauscht werden. Es geht also um die standardisierte Modellierung von Informationen. Somit werden digitale Inhalte, aber keine physischen Erzeugnisse definiert.

Unter der Abkürzung JWG wird der Begriff Joint Working Group verstanden. Wie der Name bereits vermuten lässt, handelt es sich dabei um eine zusammengesetzte Arbeitsgruppe aus mehreren Parteien. Im Fall der OPC UA Arbeitskreise sind diese Parteien der VDMA und die OPC Foundation. Darüber hinaus können weitere Organisationen, wie beispielsweise EUROMAP, beteiligt sein. Folglich dürfen in der JWG Mitglieder aller beteiligten Organisationen mitarbeiten.

OPC UA for Machinery

Bei OPC UA for Machinery handelt es sich um eine Companion Specification, welche als Basisspezifikation für den gesamten Maschinen- und Anlagenbau vorgesehen ist. Sie enthält Building Blocks zur Abdeckung von allgemeinen Anwendungsfällen. Diese Building Blocks können von anderen branchenspezifischen Companion Specifications oder zur Erweiterung von proprietären Informationsmodellen genutzt werden.

OPC UA for Machinery definiert Building Blocks, die vom gesamten Maschinen- und Anlagenbau verwendet werden können. Diese modularen, harmonisierten Bausteine beschreiben diverse Themen wie die Identifikation, den Zustand oder den Auftrag einer Maschine.

Dies wird in OPC UA mittels AddIns ermöglicht. Damit können mehrfach verwendete Funktionalitäten in üblichen Typdefinitionen beschrieben werden. Über die „HasAddIn“-Referenz können diese Features an jegliche branchen- oder herstellerspezifischen Typdefinitionen angehängt werden. Dies ermöglicht eine einfache Integration der OPC UA for Machinery. Sogar bestehende Companion Specifications können hiermit ohne einen Breaking Change (dem ungültig werden der Vorgängerversion einer CS) die Ergebnisse verwenden.  

Bisweilen veröffentlichte Companion Specifications werden von der OPC UA for Machinery nicht sofort beeinflusst. Es ist allerdings zu erwarten, dass im Zuge einer Überarbeitung eine Integration der OPC UA for Machinery Ergebnisse stattfindet. Seitens der Arbeitsgruppe für die OPC UA for Machinery wird stets darauf geachtet, Breaking Changes zu verhindern (s. „Was sind Building Blocks?“).

Uniform Resource Identifier (URI) sind Identifikatoren, bestehend aus einer Zeichenfolge, die die Identifizierung von abstrakten oder physischen Ressourcen ermöglichen. Diese sind per Definition eindeutig. Im Gegensatz zu einem Globally Unique Identifier (GUID) lässt die URI zu, menschenlesbare Informationen mit einzukodieren.

Das häufig verwendete OPC UA for Devices Information Model beschreibt ein Modell zur Identifizierung mittels URIs. Diese erfüllen die Anforderungen zur eindeutigen Identifizierung, wie sie die OPC UA for Machinery Arbeitsgruppe stellte. Folglich entschied man sich hier dieses Modell zu referenzieren, um die Interoperabilität zu erhöhen.

Ja, der Arbeitskreis OPC UA for Machine Tools hat im Rahmen seiner Erarbeitung eine Referenzimplementierung erstellt. Diese zeigt die Anwendung von OPC UA for Machinery in einem Server. Diese kann mit einem OPC UA Client über folgende URL eingesehen werden:

opc.tcp://opcua.machinetool.app:4840 (Ansprechpartner: Götz Görisch, VDW, g.goerisch@vdw.de)

Ebenso kann sich bei der Anwendung der Companion Specification an dem im Anhang beschriebenen Modell orientiert werden (s. VDMA 40001-1, Annex B)  

Umati

Die Abkürzung bedeutet „universal machine technology interface“ und steht für das Leistungsversprechen einer interoperablen Produktion. umati bezeichnet eine Marke und ein Label für eine Community, die sich für die Verbreitung der OPC UA-Standards im Maschinen- und Anlagenbau zusammengeschlossen hat. Sie bildet einen Rahmen für gemeinsames Marketing, Öffentlichkeitsarbeit, die Demonstration von Use Cases und die Ansprache von Endkunden. Basis dafür ist die eigentliche OPC UA-Schnittstellenstandardisierung in vielfältigen Zweigen des Maschinen- und Anlagenbaus. 

Nein, OPC UA for Machinery wird die Basis Companion Spec für den Maschinen und Anlagenbau. umati hingegen ist kein Standard, sondern die Community aus Herstellern von Maschinen und Software, um die gemeinsam erarbeiteten Standards gleichförmig zur Anwendung zu bringen. Gleichzeitig sorgt umati für die Sichtbarkeit im Markt und einfachere Ansprache von Endkunden.

Industrie 4.0 Umfeld

Der VDMA arbeitet mit anderen Organisationen zusammen. Der Hauptfokus liegt darin, die Standards in die Umsetzung zu bringen und für den Endkunden nutzbar zu machen. Dafür werden mit der umati Community alle Stakeholder vernetzt, um das Plug and Play Versprechen für den Kunden einzulösen.