Durchbruch in der Datenvisualisierung mit OPC UA und Virtual Reality

Datenflussvisualisierung von einem Roboter (blau) und eines Förderbandes (orange) in einer Fertigungszelle
Datenflussvisualisierung von einem Roboter (blau) und eines Förderbandes (orange) in einer Fertigungszelle – Bild: ISW Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen der Universität Stuttgart

Die Implementierung von OPC UA als Kommunikationsstandard ermöglicht die Datenbereitstellung von Maschinen und Anlagen, etwa als Grundlage für Analysen und vermehrt auch für das Training von KI-Algorithmen, für Predictive Maintenance oder Qualitätskontrollen. Durch die Integration von OPC-UA-Servern in Verbindung mit Virtual-Reality-Anwendungen, können diese Daten dreidimensional und interaktiv dargestellt werden. Ein Instandhaltungsmitarbeiter könnte dann mithilfe einer VR-Brille in Echtzeit durch die Produktionsstätte navigieren und den Status jeder Maschine überprüfen. Im Falle einer potenziellen Störung kann er direkt in die virtuelle Umgebung hineinblicken, um relevante Daten und Diagnoseinformationen abzurufen. Die Visualisierung von OPC-UA-Daten in einer virtuellen Umgebung verbessert nicht nur die Überwachung, sondern auch die Interpretation komplexer Zusammenhänge, die an sich nicht sichtbar sind, z.B. Datenflüsse von kommunizierenden Bauteilen oder Anlagen.

VR in der Industrie

Virtual Reality ermöglicht es Nutzern, in eine computergenerierte Umgebung einzutauchen und mit ihr zu interagieren. Hierfür werden VR-Brillen oder Headsets verwendet, die visuelle und akustische sowie teilweise haptische Eindrücke vermitteln. Sensoren erfassen die Bewegungen des Nutzers und übertragen sie in die virtuelle Realität, um ein authentisches Erlebnis zu schaffen. In den vergangenen Jahren hat sich die VR-Technologie kontinuierlich weiterentwickelt. Das eröffnet auch in der Industrie ein breites Spektrum neuer Anwendungen. Die Integration führt zu einer interaktiven Erfahrung, die letztendlich zu einer Steigerung der Benutzerbeteiligung führt. Dieser Aspekt ist vor allem für das Digital Prototyping von Interesse. Dort ermöglicht es VR, digitale 3D-Prototypen auf immersive Weise zu visualisieren und mit ihnen zu interagieren. Diese realistische Darstellung des Modells verbessert den Entscheidungsprozess und ermöglicht eine effiziente Zusammenarbeit. Darüber hinaus kann VR gut für Trainings eingesetzt werden, etwa für realistische Simulationen, mit denen Mitarbeiter komplexe Aufgaben in einer sicheren und kontrollierten virtuellen Umgebung üben können. Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet ist die Einblendung von Echtzeitdaten in der VR. Die dynamische Darstellung von Live-Daten wie Anlagenstatus, Leistungskennzahlen und Umgebungsbedingungen erweist sich als leistungsfähiges Werkzeug und ist von hohem Wert für die Entscheidungsfindung, da sie dem Benutzer sofortige und kontextbezogene Informationen liefern kann. Analysen und Leistungsindikatoren werden in ein Format umgewandelt, das den Bedienern das Verständnis komplexer Datensätze erleichtert.

Verknüpfung von OPC UA und VR

Damit die Vorteile von OPC UA und der VR-Visualiserung genutzt werden kann, müssen beiden Technologien gekoppelt werden. Meist wird ein Simulationsmodell der realen Produktionsanlage verwendet, das auf einer VR-fähigen Simulationsplattform ausgeführt wird. Im ersten Schritt müssen die Daten definiert werden, die visualisiert werden sollen. Nachdem die Datensets spezifiziert sind, wird ein OPC-UA-Server implementiert, der die Daten zyklisch von der Steuerung des realen Produktionssystems zur Verfügung stellt. Die Update-Rate kann je nach Anwendungsfall variieren. Es ist sinnvoll, zwischen IT- und OT-Daten zu unterscheiden. Die spezifischen OT-Daten werden als Livedaten mit einer Update-Rate von 50ms aktualisiert, während die IT-Daten Event-basiert oder in einer Update-Rate von 1 bis 5s aktualisiert werden. Die VR-Simulationsumgebung befindet sich auf der Client-Seite und empfängt und verarbeitet Daten, die vom übergeordneten OPC-UA-Server zur Verfügung gestellt werden. Ist diese Verbindung hergestellt, können die empfangenen Daten je nach Anwendungsfall und eigenen Präferenzen visualisiert werden. Doch wie genau wird die Verbindung zwischen einem OPC-UA-Server und einer VR-Anwendung technisch gelöst?

Datenbasis geschaffen

Um einen OPC-UA-Client in die Simulationsumgebung einzubinden, wird die Programmierschnittstelle der Anwendung genutzt und der open62541 Stack als Open-Source-Implementierung des OPC-UA-Protokolls verwendet. Im Anwendungsbeispiel kommt zudem die Unity3d Game Engine zum Einsatz. Durch die Einbettung des Stacks können die Grundfunktionen von OPC UA in der Simulationsumgebung genutzt werden. Im nächsten Schritt wird das definierte Variablen-Datenset, das als XML gespeichert ist, zur Konfiguration des Clients genutzt. Dadurch kann der OPC-UA-Client Daten vom OPC-UA-Server empfangen und interpretieren. Damit ist die Datenbasis geschaffen. Abschließend können die zyklisch übermittelten Daten des Produktionssystems für verschiedene Visualisierungsfunktionen genutzt werden. Das Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen präsentierte auf der letzten SPS-Messe ein Beispiel für die Visualisierung. Dabei wurde der gesamte Messestand in einer VR-Umgebung abgebildet und die Maschinen mit ihren OPC-UA-Servern angebunden. Die Verfahrwege der einzelnen Achsen wurden 1:1 abgebildet und der aktuelle Energieverbrauch wurde dargestellt. Die erste Abbildung dieses Artikels zeigt eine Dreiachs-CNC-Maschine mit geöffneter Steuerungsoberfläche, in der z.B. die Achswerte aus OPC UA angezeigt werden. Durch die Verknüpfung des OPC-UA-Servers der realen Maschine und der Simulation ist es zudem möglich, direkt aus der VR-Umgebung auf den OPC-UA-Server zu schreiben und die Maschine zu steuern. Beispielsweise sind Aktionen wie das Erzwingen von Maschinenstopps möglich. Ein weiteres Beispiel ist die Visualisierung von Datenflüssen. Sie ist in der Abbildung beispielhaft an einem aktiven Roboterarm und einem aktiven Förderband dargestellt. Die Visualisierung erleichtert den Mitarbeitern das Verständnis der Abläufe und ermöglicht Transparenz über die gesamte Produktionskette.

Seiten: 1 2



  • 3D-gedruckte Stecker halten Lötofen stand

    3D-gedruckte Stecker halten Lötofen stand

    Mit einer von Boston Micro Fabrication (BMF) entwickelten Drucktechnologie lassen sich Mikrobauteile für die Elektronik in Serie fertigen. Beim Hersteller Z-Axis Connector halten 3D-gedruckte Bauteile sogar den hohen Temperaturen im…

    mehr lesen: 3D-gedruckte Stecker halten Lötofen stand

  • Sonja Pierer übernimmt bei Intel Deutschland

    Sonja Pierer übernimmt bei Intel Deutschland

    Sonja Pierer ist neue Geschäftsführerin von Intel in Deutschland. Die 46-Jährige folgt in dieser Position auf Christin Eisenschmid.

    mehr lesen: Sonja Pierer übernimmt bei Intel Deutschland

  • Marktanteile industrieller Netzwerk-Standards 2024

    Marktanteile industrieller Netzwerk-Standards 2024

    Die Firma HMS Networks hat ihre diesjährige Marktanalyse zu industriellen Kommunikationsstandards veröffentlicht.

    mehr lesen: Marktanteile industrieller Netzwerk-Standards 2024

  • Sabine Scheunert übernimmt Eurocentral-Geschäftsleitung

    Sabine Scheunert übernimmt Eurocentral-Geschäftsleitung

    Dassault Systèmes ernennt Sabine Scheunert zur Vorsitzenden der Geschäftsleitung in Eurocentral. Die Managerin verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Automobil- und Technologiebranche und war u.a. für Mercedes-Benz tätig.

    mehr lesen: Sabine Scheunert übernimmt Eurocentral-Geschäftsleitung

  • Ifo-Geschäftsklimaindex fällt um 1,3 Punkte

    Ifo-Geschäftsklimaindex fällt um 1,3 Punkte

    Pessimistischere Erwartungen der Unternehmen sorgen dafür, dass der Ifo-Geschäftsklimaindex im Juni unter dem Vormonatswert bleibt. Nach drei Anstiegen in Folge zeigt sich auch die Industrie im Juni wieder skeptischer.

    mehr lesen: Ifo-Geschäftsklimaindex fällt um 1,3 Punkte

  • Wibu-Systems eröffnet Niederlassung in Südkorea

    Wibu-Systems eröffnet Niederlassung in Südkorea

    Mit einer neuen Tochtergesellschaft in Südkorea geht das Karlsruher Unternehmen Wibu-Systems einen strategischen Schritt zur Erschließung des südkoreanischen Hightech-Marktes sowie der dortigen Wirtschaft.

    mehr lesen: Wibu-Systems eröffnet Niederlassung in Südkorea

  • Quantencomputing für effizientere E-Autos

    Quantencomputing für effizientere E-Autos

    Die BMW Group, Nvidia und Classiq wollen gemeinsam mechatronische Systeme optimieren. Das gemeinsame Ziel: den Einsatz von Quantencomputern in der Automobilbranche zu fördern.

    mehr lesen: Quantencomputing für effizientere E-Autos

  • 8,8Mrd.€ für die AWS-Cloud-Infrastruktur in Deutschland

    8,8Mrd.€ für die AWS-Cloud-Infrastruktur in Deutschland

    Kürzlich hat AWS Investitionen in Höhe von 7,8Mrd,€ in die AWS European Sovereign Cloud angekündigt, deren erste Rechenzentren in Brandenburg entstehen sollen. Nun legt der Cloud-Anbieter nochmals 10Mrd.€ nach.

    mehr lesen: 8,8Mrd.€ für die AWS-Cloud-Infrastruktur in Deutschland

  • Ungeplante Stillstände kosten 147.000€ pro Stunde

    Ungeplante Stillstände kosten 147.000€ pro Stunde

    Zwar erhöhen Firmen mittels Wartung die Verfügbarkeit ihrer Anlagen. Laut einer Studie von ABB kommt es bei der Mehrheit der Befragten monatlich jedoch zu mindestens einem ungeplanten Stillstand.

    mehr lesen: Ungeplante Stillstände kosten 147.000€ pro Stunde

  • Ein Robotik-Netzwerk für die Spitzenforschung

    Ein Robotik-Netzwerk für die Spitzenforschung

    Das Robotics Institute Germany (RIG) soll als zentrale Anlaufstelle für Robotik in Deutschland fungieren. Die Beteiligten, darunter Universitäten und Forschungseinrichtungen, haben sich fünf strategische Ziele gesetzt.

    mehr lesen: Ein Robotik-Netzwerk für die Spitzenforschung

  • Mit künstlicher Intelligenz gegen Maschinenstillstände

    Mit künstlicher Intelligenz gegen Maschinenstillstände

    Ein Forschungsteam vom Fraunhofer IPA hat zusammen mit Partnern aus der Industrie eine Methode entwickelt, wie künstliche Intelligenz in die Instandhaltung integriert werden kann. Erkennt die KI einen Fehler, werden…

    mehr lesen: Mit künstlicher Intelligenz gegen Maschinenstillstände

  • Das Auto mit Kopfbewegungen steuern

    Das Auto mit Kopfbewegungen steuern

    Arrow Electronics und Nvidia haben gemeinsam ein KI-basiertes Lenksystem für das semi-autonome SAM Car erarbeitet. Die Steuerung erfolgt per Gesichtserkennung.

    mehr lesen: Das Auto mit Kopfbewegungen steuern