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



  • Neuer CFO für Rockwell Automation

    Neuer CFO für Rockwell Automation

    Rockwell Automation hat bekannt gegeben, dass Christian Rothe am 19. August als Senior Vice President und Chief Financial Officer in das Unternehmen eintreten wird.

    mehr lesen: Neuer CFO für Rockwell Automation

  • Kontron erweitert Vorstand

    Kontron erweitert Vorstand

    Mit Philipp Schulz und Johannes Fues hat Kontron zwei neue Vorstandsmitglieder. Zudem gibt das Unternehmen die Vertragsverlängerung von Vorstandsmitglied Michael Riegert bekannt.

    mehr lesen: Kontron erweitert Vorstand

  • Fehlerhaftes Update sorgt weltweit für Ausfälle

    Fehlerhaftes Update sorgt weltweit für Ausfälle

    Ein fehlerhaftes Update einer Sicherheitssoftware hatte am Freitag weltweit für IT-Ausfälle auf Windows-Systemen gesorgt. Aber auch Microsoft selbst meldete Probleme. Mittlerweile hat sich die Situation nach Angaben des BSI wieder…

    mehr lesen: Fehlerhaftes Update sorgt weltweit für Ausfälle

  • Geschäftsklima in der Chemischen Industrie verschlechtert sich

    Geschäftsklima in der Chemischen Industrie verschlechtert sich

    Zuletzt stieg der Ifo-Index der Chemischen Industrie vier Mal in Folge. Im Juni hat sich die Stimmung jedoch wieder verschlechtert.

    mehr lesen: Geschäftsklima in der Chemischen Industrie verschlechtert sich

  • Siemens simuliert Akustik des Großen Festspielhauses in Salzburg

    Siemens simuliert Akustik des Großen Festspielhauses in Salzburg

    Neben der Industrie kann auch die Kultur- und Kreativbranche vom digitalen Zwilling profitieren. Wie? Das zeigt Siemens am Beispiel des Großen Festspielhauses in Salzburg.

    mehr lesen: Siemens simuliert Akustik des Großen Festspielhauses in Salzburg

  • Fraunhofer-Forscher machen altes Schmiedeverfahren fit für die Zukunft

    Fraunhofer-Forscher machen altes Schmiedeverfahren fit für die Zukunft

    Das Gesenkschmieden ist ein traditionsreiches Fertigungsverfahren zur Herstellung von Metallteilen mit komplexen Formen. Sollen große Metallteile hergestellt werden, sind robuste und schwere Gesenke erforderlich. Deren Wechsel dauert oft mehrere Stunden…

    mehr lesen: Fraunhofer-Forscher machen altes Schmiedeverfahren fit für die Zukunft

  • Joachim Herz Stiftung investiert in Weidmüller

    Joachim Herz Stiftung investiert in Weidmüller

    Weidmüller hat bekannt gegeben, dass sich die Hamburger Joachim Herz Stiftung im Rahmen einer Kapitalerhöhung an dem Unternehmen beteiligt.

    mehr lesen: Joachim Herz Stiftung investiert in Weidmüller

  • Wenige Fertiger haben strenge DMARC-Richtlinien

    Wenige Fertiger haben strenge DMARC-Richtlinien

    Trotz zunehmender Cyberangriffe haben Fertigungsunternehmen laut einer Studie von EasyDMARC Defizite beim Schutz gegen Phishing- und Spoofing-Angriffe.

    mehr lesen: Wenige Fertiger haben strenge DMARC-Richtlinien

  • Unternehmen können KI-Erwartungen des Managements nicht erfüllen

    Unternehmen können KI-Erwartungen des Managements nicht erfüllen

    Deutsche Führungskräfte wollen dem Hype um künstliche Intelligenz (KI) folgen, so das Ergebnis einer Studie von IFS. Die Unternehmen sind jedoch noch nicht in der Lage, die Erwartungen an die…

    mehr lesen: Unternehmen können KI-Erwartungen des Managements nicht erfüllen

  • Trumpf und SiMa.ai statten Lasersysteme mit KI-Chips aus

    Trumpf und SiMa.ai statten Lasersysteme mit KI-Chips aus

    Die Unternehmen Trumpf und SiMa.ai entwickeln KI-Chips und Software zur Verbesserung von Schweiß-, Schneid- und Markierprozessen. Die Technologie soll für effizientere Laseranwendungen sorgen.

    mehr lesen: Trumpf und SiMa.ai statten Lasersysteme mit KI-Chips aus

  • Werkzeugbahnen im virtuellen Raum planen und skizzieren

    Werkzeugbahnen im virtuellen Raum planen und skizzieren

    Werkzeugbahnen für Zerspanprozesse in CAM-Systemen zu planen erfordert Expertenwissen. Viele Parameter müssen bestimmt und geprüft werden, um die Bahnplanung Schritt für Schritt zu optimieren. Im Projekt CAMStylus arbeiten die Beteiligten…

    mehr lesen: Werkzeugbahnen im virtuellen Raum planen und skizzieren

  • Automatisierungstreff wieder erfolgreich

    Automatisierungstreff wieder erfolgreich

    Die Agentur Strobl als Veranstalter des Automatisierungstreffs hat für die diesjährige Ausgabe im April ein positives Fazit gezogen.

    mehr lesen: Automatisierungstreff wieder erfolgreich