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



  • Industrie noch zurückhaltend bei Manufacturing-X

    Industrie noch zurückhaltend bei Manufacturing-X

    Manufacturing-X ist vielen Unternehmen zwar ein Begriff. Allerdings haben sich bisher die meisten Industrieunternehmen noch nicht näher mit dem Datenökosystem befasst.

    mehr lesen: Industrie noch zurückhaltend bei Manufacturing-X

  • 159.000 offene Stellen in Ingenieurberufen

    159.000 offene Stellen in Ingenieurberufen

    Die Zahl der offenen Stellen in Ingenieurberufen bewegt sich im vierten Quartal 2023 weiter auf hohem Niveau. Besonders Berufsfelder mit Klimaschutz- und Digitalisierungsbezug weisen im aktuellen VDI/IW-Ingenieurmonitor eine hohe Engpasskennziffer…

    mehr lesen: 159.000 offene Stellen in Ingenieurberufen

  • Infosys übernimmt In-tech

    Infosys übernimmt In-tech

    In-Tech wird Teil von Infosys. Dies gaben die Unternehmen am Donnerstag bekannt. Der Abschluss der Übernahme wird für das zweite Quartal 2024 erwartet.

    mehr lesen: Infosys übernimmt In-tech

  • Materialverfügbarkeit nähert sich dem Vor-Corona-Niveau

    Materialverfügbarkeit nähert sich dem Vor-Corona-Niveau

    Die deutsche Industrie hat kaum noch mit Materialknappheit zu kämpfen. Laut Ifo Institut bewegt sich die Materialverfügbarkeit in Richtung Vor-Corona-Niveau.

    mehr lesen: Materialverfügbarkeit nähert sich dem Vor-Corona-Niveau

  • KI mit synthetischen Daten anlernen

    KI mit synthetischen Daten anlernen

    Technologien auf Basis künstlicher Intelligenz (KI) benötigen Trainingsdaten. Diese zügig und in ausreichender Stückzahl zu generieren, stellt Anwender in der verarbeitenden Industrie oft vor Herausforderungen. Das Fraunhofer IGD arbeitet daher…

    mehr lesen: KI mit synthetischen Daten anlernen

  • 11,5 Tage Produktionsverlust durch ineffiziente Kommunikation

    11,5 Tage Produktionsverlust durch ineffiziente Kommunikation

    Ineffiziente Kommunikation im Unternehmen führt laut einer Studie von Grammarly zu einem Produktionsverlust von mehr als 11 Tagen pro Jahr. Die dafür befragten Fachkräfte berichten zudem, dass sie einen große…

    mehr lesen: 11,5 Tage Produktionsverlust durch ineffiziente Kommunikation

  • Warum menschenähnliche Chatbots anders beleidigt werden

    Warum menschenähnliche Chatbots anders beleidigt werden

    Virtuelle Assistenten, sogenannte Chatbots, kommen auf vielen Unternehmenswebseiten zum Einsatz. Eine Studie der TU Dresden hat untersucht, ob Fehler von Chatbots zu aggressivem Verhalten bei ihren Nutzerinnen und Nutzern führen…

    mehr lesen: Warum menschenähnliche Chatbots anders beleidigt werden

  • Valantic und Forcam Enisco vereinbaren strategische Partnerschaft

    Valantic und Forcam Enisco vereinbaren strategische Partnerschaft

    Das Beratungs- und Software-Haus Valantic und der Softwarespezialist Forcam Enisco mit Sitz in Böblingen haben eine strategische Partnerschaft geschlossen. Schwerpunkt der Kooperation soll auf Vernetzungs- und Analyse-Produkten für Fertiger liegen.

    mehr lesen: Valantic und Forcam Enisco vereinbaren strategische Partnerschaft

  • Baustart für neues MPDV-Gebäude in Mosbach

    Baustart für neues MPDV-Gebäude in Mosbach

    Am Unternehmenssitz in Mosbach errichtet MPDV ein neues Bürogebäude. Auf 2.800m² sollen 170 Arbeitsplätze entstehen. Zudem wird die MPDV-Junior-Akademie dort Räumlichkeiten beziehen.

    mehr lesen: Baustart für neues MPDV-Gebäude in Mosbach

  • Achema 2024 mit Angeboten für Nachwuchskräfte

    Achema 2024 mit Angeboten für Nachwuchskräfte

    Im Mittelpunkt des Achema-Auftakts am 10. Juni steht die Frage, wie sich die Prozessindustrie in einer Welt im Wandel erfolgreich positionieren kann. An allen fünf Messetagen sollen zudem zahlreiche Angebote…

    mehr lesen: Achema 2024 mit Angeboten für Nachwuchskräfte

  • Weniger deutsche Unternehmen abhängig von Vorprodukten aus China

    Weniger deutsche Unternehmen abhängig von Vorprodukten aus China

    Im Vergleich zu einer Untersuchung kurz vor Beginn Kriegs in der Ukraine, geben in einer aktuellen Untersuchung des Ifo Instituts weniger Unternehmen an, auf Vorprodukte aus China angewiesen zu sein.

    mehr lesen: Weniger deutsche Unternehmen abhängig von Vorprodukten aus China

  • Nachhaltigkeitsthemen im Datenmanagement abbilden

    Nachhaltigkeitsthemen im Datenmanagement abbilden

    Technologien wie Robotic Process Automation (RPA) oder künstliche Intelligenz (KI) können Unternehmen beim Management von ESG-Daten unterstützen. Der Softwarespezialist Blue Prism beleuchtet die Möglichkeiten.

    mehr lesen: Nachhaltigkeitsthemen im Datenmanagement abbilden