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



  • KI-basierte Datenverarbeitung im autonomen Fahrzeug

    KI-basierte Datenverarbeitung im autonomen Fahrzeug

    Forschung an neuromorpher Hardware im Projekt KI-Flex KI-basierte Datenverarbeitung im autonomen Fahrzeug Im Forschungsprojekt KI-Flex wurde an einer Plattform gearbeitet, die im autonomen Fahrzeug alle Verkehrsteilnehmer sicher orten soll. Entstanden…

    mehr lesen: KI-basierte Datenverarbeitung im autonomen Fahrzeug

  • Nachhaltigkeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette

    Nachhaltigkeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette

    Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit für den Industriesektor Hand in Hand? Dies kann Realität werden. Das kürzlich abgeschlossene Forschungsprojekt ’Climate Solution for Industries’ (CS4I) unter Beteiligung des Fraunhofer IPA setzt bereits bei…

    mehr lesen: Nachhaltigkeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette

  • Neil Barua folgt auf James Heppelmann

    Neil Barua folgt auf James Heppelmann

    Nach 13 Jahren als CEO beim Softwareunternehmen PTC verabschiedet sich James Heppelmann in den Ruhestand. Sein Nachfolger wird Neil Barua.

    mehr lesen: Neil Barua folgt auf James Heppelmann

  • Skeptischer Blick auf den Sommer

    Skeptischer Blick auf den Sommer

    Ifo Geschäftsklimaindex im Mai Skeptischer Blick auf den Sommer Nach 93,4 Punkten im Vormonat, fällt der Ifo Geschäftsklimaindex im Mai auf 91,7 Punkte – der erste Rückgang in sechs Montanen.

    mehr lesen: Skeptischer Blick auf den Sommer

  • Kritik am Cyber Resilience Act

    Kritik am Cyber Resilience Act

    Kritik am Cyber Resilience Act Open-Source-Organisationen richten offenen Brief an EU Kommission In einem offenen Brief kritisieren neun Open-Source-Organisationen die EU Kommission, die Perspektive der Community im Rahmen des Cyber…

    mehr lesen: Kritik am Cyber Resilience Act

  • VDI bietet Big-Data-Schulungen an

    VDI bietet Big-Data-Schulungen an

    Aus- und Weiterbildung VDI bietet Big-Data-Schulungen an Auf Grundlage der im November 2022 veröffentlichten Richtlinie VDI/VDE-MT 3714 bietet der VDI Schulungen für die Implementierung und den Betrieb von Big-Data-Anwendungen an.

    mehr lesen: VDI bietet Big-Data-Schulungen an

  • Qualitätsmanagement-System mit integrierter KI

    Qualitätsmanagement-System mit integrierter KI

    KI-Funktionen in Standardsoftware Qualitätsmanagement-System mit integrierter KI Softwareanbieter Consense ergänzt sein Qualitätsmanagement-System um KI-gestützte Funktionen. Die Algorithmen sollen helfen, Prozesse zu automatisieren und einfacher zu gestalten.

    mehr lesen: Qualitätsmanagement-System mit integrierter KI

  • Eine Tauschplattform für die Autoindustrie

    Eine Tauschplattform für die Autoindustrie

    Plattform Wavetrade Eine Tauschplattform für die Autoindustrie Der KI-Spezialist One Data hat eine Tauschplattform an den Start gebracht, über die Automobilhersteller ’kritische Komponenten’ wie etwa Halbleiter an- und verkaufen sowie…

    mehr lesen: Eine Tauschplattform für die Autoindustrie

  • Marktstudie vergleicht mehr als 140 SCM-Lösungen

    Marktstudie vergleicht mehr als 140 SCM-Lösungen

    Supply-Chain-Management-Software Marktstudie vergleicht mehr als 140 SCM-Lösungen Wo liegen die Unterschiede in Supply-Chain-Management-Software? Eine Marktübersicht der Trovarit, des Fraunhofer IPA und des IFR vergleicht mehr als 140 Lösungen.

    mehr lesen: Marktstudie vergleicht mehr als 140 SCM-Lösungen

  • Was bedeuten Low Code und No Code für ERP-Systeme?

    Was bedeuten Low Code und No Code für ERP-Systeme?

    Diskussionspapier des Bitkom Was bedeuten Low Code und No Code für ERP-Systeme? Mit Low Code bzw. No Code können auch Nicht-ITler Anwendungen aus vorgefertigten Bausteinen erstellen. Die Auswirkungen des Ansatzes…

    mehr lesen: Was bedeuten Low Code und No Code für ERP-Systeme?

  • Positives Signal, doch es bleiben Fragen

    Positives Signal, doch es bleiben Fragen

    DSAG-Statement zur geplanten Stärkung des SAP-ERP-Geschäfts Positives Signal, doch es bleiben Fragen Im Rahmen der Bilanzpressekonferenz hat SAP mitgeteilt, das Enterprise-Resource-Planning (ERP)-Geschäft stärken und Einschnitte in Programmen für Vertrieb und…

    mehr lesen: Positives Signal, doch es bleiben Fragen

  • Neuer Deutschlandchef bei HPE

    Neuer Deutschlandchef bei HPE

    Marc Fischer folgt auf Johannes Koch Neuer Deutschlandchef bei HPE Hewlett Packard Enterprise hat Marc Fischer zum Deutschland-Chef ernannt. Sein Vorgänger Johannes Koch übernimmt die Leitung für die Region Zentraleuropa.

    mehr lesen: Neuer Deutschlandchef bei HPE