OPC UA Informationsmodelle für industrielle Datenräume

IoT-System mit Softing-Komponenten
IoT-System mit Softing-Komponenten – Bild: Softing Industrial Automation GmbH

OPC UA eignet sich, um industrielle Produktionsanlagen und deren Geräte durch Software zu beschreiben. Entsprechend kommt der Standard an der Schnittstelle von OT und IT zum Einsatz: OPC UA Server stellen standardkonform Daten zur Verfügung, OPC UA Clients greifen standardkonform auf diese Daten zu.

Zentrales Konzept sind hier Informationsmodelle. Diese beschreiben Dienste und Daten, die ein OPC UA Server anbietet. OPC UA strukturiert Informationsmodelle in Basismodelle und optionale Modellerweiterungen. Derartige Erweiterungen mit Bezug auf eine bestimmte Industrie oder Anwendungsdomäne heißen Begleitspezifikation (engl. Companion Specifications). Vom OPC UA Standard vorgesehen sind außerdem hersteller- bzw. anwenderspezifische Erweiterungen der Basismodelle, die wiederum auf Begleitspezifikationen aufbauen können oder auch nicht.

Als Überbegriff umfassen OPC UA Informationsmodelle all diese Varianten, weswegen in diesem Artikel meist dieser Begriff verwendung findet

Was bringen Informationsmodelle?

Als standardisierte Definition einer Schnittstelle reduzieren Informationsmodelle den Integrationsaufwand von OPC UA Server- und OPC UA Client-Komponenten. Je nach Nutzer ergeben sich hieraus eine Reihe positiver Effekte. Dazu zählen:

  • Begleitspezifikationen reduzieren hersteller- und anwenderübergreifend Aufwände für Systemintegration, machen Geräte unterschiedlicher Lieferanten einfacher austauschbar und IoT-Anwendungsentwicklung einfacher. Zu den bekannteren Begleitspezifikationen zählen etwa PA-DIM für die Prozessindustrie, oder die Weihenstephan-Standards für die Lebensmittelbranche.
  • Sollte für ein bestimmtes Szenario keine geeignete Begleitspezifikation zur Verfügung stehen, können Hersteller oder Anwender erweiterte OPC UA Informationsmodelle speziell für ihre Bedürfnisse entwickeln – beispielsweise wenn ein Anwender mehrere Standorte mit jeweils unterschiedlichen Geräten und Schnittstellen an eine zentrale Plattform mit bestimmten Anwendungen anbinden will. Ein auf die speziellen Bedürfnisse zugeschnittenes Informationsmodell kann den Zugriff auf Daten über alle Standorte hinweg standardisieren. Damit wird die IoT-Anwendungsentwicklung einfacher und effizienter.
  • In Kombination mit geeigneten Technologien und Designmustern sind standardisierte OPC UA Informationsmodelle geeignet, Konfigurationsaufwände eines IoT-Systems weiter zu reduzieren und den Betrieb effizienter zu gestalten.

Konfigurierbarkeit und Mapping

Um die Effekte von erweiterten Informationsmodellen in der Praxis tatsächlich effizient zu nutzen, müssen OPC UA Server mit Informationsmodellen flexibel und einfach umgehen können. Das heißt, der Anwender muss beliebige Informationsmodelle laden können und Datenquellen in einen dem Informationsmodell entsprechenden Adressraum des OPC UA Servers abbilden können. Diese Mapping-Funktionalität ist Grundlage für den effizienten Aufbau von industriellen Datenräumen in innovativen IoT-Lösungen.

Mapping nahe an der Datenquelle

In vielen IoT-Systemen ist es erforderlich, unstrukturierte Daten so nahe wie möglich an der Datenquelle mit Semantik zu versehen bzw. in den Adressraum eines OPC UA Servers zu mappen, nicht erst in einem zentralen Data Center oder in der Cloud. Hierfür gibt es mehrere Gründe, etwa Anwendungen, die Daten bereits lokal auf Edge-Ebene nutzen. Ein weiteres Beispiel ist die strukturierte Auswertung über mehrere Ebenen hinweg, etwa bei der Berechnung von OEE-Kennzahlen für einzelne Maschinen, einen Standort oder den gesamten Konzern. Hinzu kommt das große Datenvolumen, das in Geräten und Automatisierungsnetzen anfällt. Aus Kostengründen oder wegen begrenzter Bandbreite kann es oft nicht vollständig an eine zentrale Plattform übertragen werden.

Unified Name Spaces

‚Unified Name Space‘ beschreibt im Kontext von IoT-Systemen ein Designmuster (engl. design pattern) für Software. Es ermöglicht die Bereitstellung von OT- und anderen Daten über in der IT-Welt verbreitete Technologien, sodass Anwendungsentwickler und Data Scientists diese effizient nutzen können. In praktischen Implementierungen kann beispielsweise (neben weiteren Komponenten) ein MQTT-Broker mit JSON-Encoding für Nutzdaten zum Einsatz kommen, der wiederum auf einen OPC UA Server als Datenquelle zugreift. Auf Standardinformationsmodellen basierende OPC UA-Server ermöglichen eine vereinfachte und weitgehend automatisierte Konfiguration der Veröffentlichung und Konsolidierung von Daten in einem Unified Name Space.

UA Cloud Library

Sobald Anwender den Einsatz von OPC UA Informationsmodelle für ihr IoT-System in Betracht ziehen, stellt sich die Frage, wie diese Modelle verwaltet werden können. Die gemeinsam von der OPC Foundation und von CESMII entwickelte ‚UA Cloud Library‘ ist eine Datenbank für OPC UA Informationsmodelle und Adressräume. Sie vereinfacht das Bereitstellen, Auffinden und Verteilen von Informationsmodellen, sei es manuell oder automatisiert, über eine HTTP-REST-Schnittstelle. Anwender können die von der OPC Foundation gehostete UA Cloud Library nutzen. Alternativ steht die UA Cloud Library als Open Source Projekt auch all denen Anwendern zur Verfügung, die sie selbst betreiben möchten. In jedem Fall unterstützt die UA Cloud Library die Entwicklung und den skalierbaren Betrieb von IoT-Systemen, sobald Anforderungen im Hinblick auf eine effiziente Verwaltung von OPC UA Informationsmodellen und Adressräumen entstehen.

Ein Praxisbeispiel: Ein Konzern der Mineralstoffindustrie plant, mehr als 20 IoT-Anwendungen zu entwickeln und über eine zentrale Cloud-Plattform (AWS) an über 100 Standorten auszurollen. Das Senden aller unstrukturierten Maschinendaten an die Plattform war unpraktikabel. Daher setzt das Unternehmen OPC UA-Informationsmodelle als Abstraktionsschicht zwischen OT und IT bereits auf Edge-Ebene ein. Alle Standorte erscheinen für IoT-Entwickler und Data Scientists einheitlich. Für die zentrale Verwaltung entschied man sich für die UA Cloud Library auf AWS.

Produkte von Softing zum Einsatz von OPC UA Informationsmodellen umfassen den Secure Integration Server (SIS) und den EdgeAggregator, die eine standardisierte Datenaggregation ermöglichen. EdgeConnector und EdgeGate binden SPS, CNC-Maschinen und Modbus-Geräte an – mit konfigurierbarer Datenabbildung in OPC UA Informationsmodelle über GUI oder REST API. Hersteller verfügen so über standardisierte Daten, vereinfachte Integration und skalierbare IoT-Architekturen.

industrial.softing.com



  • Maschinenbauexporte verringern sich 2024

    Maschinenbauexporte verringern sich 2024

    Die USA und China bleiben 2024 Spitzenreiter im Exportranking des Maschinenbaus. Insgesamt sind die Ausfuhren um nominal 5 Prozent auf knapp 200 Milliarden Euro gesunken.

    mehr lesen: Maschinenbauexporte verringern sich 2024

  • Materialflüsse im Stress,
Fachmesse im Aufwind

    Materialflüsse im Stress, Fachmesse im Aufwind

    Die Logimat 2025 belegt mit mehr als 120.000 Quadratmetern Ausstellungsfläche erneut alle zehn Hallen des Stuttgarter Messegeländes. Vom 11. bis 13. März geben Global Player, mittelständische Unternehmen sowie Startups auf…

    mehr lesen: Materialflüsse im Stress, Fachmesse im Aufwind

  • Neuer CEO für BE-terna

    Neuer CEO für BE-terna

    Zum 28. Februar 2025 tritt Gerald Pichler als CEO von BE-terna zurück. Wie das Unternehmen mitteilt, wird ab 1. März 2025 Blaž Strle die Position übernehmen.

    mehr lesen: Neuer CEO für BE-terna

  • IDTA und Federtec kooperieren

    IDTA und Federtec kooperieren

    Die Industrial Digital Twin Association (IDTA), die Standards für digitale Zwillinge für die gesamte Industrie entwickelt, und der Verein Federtec, Repräsentant von Unternehmen im Bereich Fluidtechnik, mechanische Kraftübertragung und Automatisierung…

    mehr lesen: IDTA und Federtec kooperieren

  • Igus, Schaeffler und Siemens für den Hermes Award nominiert

    Igus, Schaeffler und Siemens für den Hermes Award nominiert

    Unter der Leitung von Prof. Dr. Holger Hanselka, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft, hat eine unabhängige Jury, besetzt mit Expertinnen und Experten aus Politik, Wirtschaft, Forschung und Medien, drei Unternehmen (nachstehend in…

    mehr lesen: Igus, Schaeffler und Siemens für den Hermes Award nominiert

  • THM stellt Reifegradmodell DigiTamm vor

    THM stellt Reifegradmodell DigiTamm vor

    Mit dem Reifegradmodell DigiTamm (Digital Transformation Assessment Maturity Model) stellt die Technischen Hochschule Mittelhessen (THM), Mitglied des Vereins SEF Smart Electronic Factory, ein Instrument zur systematischen Erfassung des Digitalisierungsgrades in…

    mehr lesen: THM stellt Reifegradmodell DigiTamm vor

  • Lagerabläufe KI-gestützt optimieren

    Lagerabläufe KI-gestützt optimieren

    Auf der Logimat in Stuttgart zeigt PSI vom 11. bis 13. März 2025 (Stand D41, Halle 4), wie Software Logistikprozesse unterstützt.

    mehr lesen: Lagerabläufe KI-gestützt optimieren

  • Eine B2B-Plattfform für Extended Reality und das Metaverse

    Eine B2B-Plattfform für Extended Reality und das Metaverse

    Die XR Expo am 8. und 9. Mai ist ein B2B-Tech-Event für Extended Reality (XR) in Stuttgart.

    mehr lesen: Eine B2B-Plattfform für Extended Reality und das Metaverse

  • Drohne versorgt Langlauf-Event Jizerská 50 mit Mobilfunk

    Drohne versorgt Langlauf-Event Jizerská 50 mit Mobilfunk

    Die Deutsche Telekom hat erstmals eine Drohne zur Mobilfunkversorgung in einem kommerziellen Live-Netz eingesetzt: Von 2,3 Kilometern Höhe aus sorgte ein unbemanntes Luftfahrzeug (UAV) beim Isergebirgslauf ‚Jizerská 50‘ mit integrierter…

    mehr lesen: Drohne versorgt Langlauf-Event Jizerská 50 mit Mobilfunk

  • Conplement zeigt neue Funktionen seiner SaaS-Plattform für digitale Zwillinge

    Conplement zeigt neue Funktionen seiner SaaS-Plattform für digitale Zwillinge

    Auf der Hannover Messe präsentiert Conplement neue Funktionen und Dienste seiner SaaS-Plattform für digitale Zwillinge Twinsphere.

    mehr lesen: Conplement zeigt neue Funktionen seiner SaaS-Plattform für digitale Zwillinge

  • Was Unternehmen tun können, wenn Hacker erfolgreich waren

    Was Unternehmen tun können, wenn Hacker erfolgreich waren

    Was tun, wenn das Unternehmen gehackt wurde? Jörg von der Heydt, Regional Director DACH bei Bitdefender, gibt im Folgenden einen Überblick über die Bedrohungslandschaft und über erste Maßnahmen nach einem…

    mehr lesen: Was Unternehmen tun können, wenn Hacker erfolgreich waren

  • Allianz der Wissenschaftsorganisationen plädiert für Veränderungen im Wissenschaftssystem

    Allianz der Wissenschaftsorganisationen plädiert für Veränderungen im Wissenschaftssystem

    Im Vorfeld der Bundestagswahl appelliert die Allianz der Wissenschaftsorganisationen in einer Stellungnahme an die Vertreterinnen und Vertreter der Politik, sich für ein starkes, innovatives und zukunftsfähiges Wissenschaftssystem einzusetzen.

    mehr lesen: Allianz der Wissenschaftsorganisationen plädiert für Veränderungen im Wissenschaftssystem