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



  • Hannover Messe in den Frühsommer verschoben

    Hannover Messe in den Frühsommer verschoben

    In diesem Jahr wird die Hannover Messe nicht wie gewohnt im April stattfinden, sondern im Frühsommer. Aufgrund der aktuellen Corona-Lage soll die Messe vom 30. Mai bis zum 2. Juni…

    mehr lesen: Hannover Messe in den Frühsommer verschoben

  • Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen effektiv nutzen

    Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen effektiv nutzen

    Ransomware gehört zu den besonders variantenreichen Angriffstaktiken im Bereich Cyberkriminalität: Das BSI gibt an, dass täglich mehr als 400.000 neue Typen entwickelt werden – Tendenz steigend.

    mehr lesen: Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen effektiv nutzen

  • Konjunkturausblick verbessert sich

    Konjunkturausblick verbessert sich

    Mit nun 51,7 Punkten sind die ZEW-Konjunkturerwartungen im Januar gestiegen. Der Lageindikator ist in der aktuellen Umfrage jedoch erneut gesunken.

    mehr lesen: Konjunkturausblick verbessert sich

  • Unternehmen sehen Cyberangriffe als Top-Bedrohung

    Unternehmen sehen Cyberangriffe als Top-Bedrohung

    Cybergefahren sind im Jahr 2022 die größte Sorge für Unternehmen weltweit, so das aktuelle Allianz Risk Barometer 2022. Demnach beunruhigt die Bedrohung durch Ransomware-Angriffe, Datenschutzverletzungen oder IT-Ausfälle die Unternehmen sogar…

    mehr lesen: Unternehmen sehen Cyberangriffe als Top-Bedrohung

  • IBM übernimmt Envizi

    IBM übernimmt Envizi

    Envizi, ein Spezialist für Datenanalyse im Bereich Umweltperformance-Management gehört nun zu IBM. Der IT-Konzern will mit der Übernahme seine Strategie ergänzen.

    mehr lesen: IBM übernimmt Envizi

  • Etteplan übernimmt Cognitas

    Etteplan übernimmt Cognitas

    Etteplan erwirbt Cognitas von Canon. Der finnische Engineering-Dienstleister will so seine Position in Deutschland ausbauen.

    mehr lesen: Etteplan übernimmt Cognitas

  • Martin Kuhnhen wird CSO bei Leadec

    Martin Kuhnhen wird CSO bei Leadec

    Leadec erweitert die Geschäftsführung um die Position des Chief Sales Officers. Die Position wird ab März von Martin Kuhnhen bekleidet.

    mehr lesen: Martin Kuhnhen wird CSO bei Leadec

  • Experten warnen vor Zunahme

    Experten warnen vor Zunahme

    Sicherheitsexperten warnen, dass gute Reproduzierbarkeit, hohe Lösegeldzahlungen und schwache Sicherheitsvorkehrungen dafür sorgen könnten, dass die Zahl der Cyberangriffe auf Lieferketten dieses Jahr deutlich steigen, da sie sich im vergangenen Jahr…

    mehr lesen: Experten warnen vor Zunahme

  • Schnelle, maßgeschneiderte Einblicke in kritische Bedrohungen

    Schnelle, maßgeschneiderte Einblicke in kritische Bedrohungen

    CyberRes, ein Geschäftsbereich von Micro Focus, stellt die Threat-Research-Lösung Galaxy vor. Sie ermöglicht es Cyber-Experten, sich schnell einen Überblick über die akuten Bedrohungen für ihr Unternehmen zu verschaffen, und hilft…

    mehr lesen: Schnelle, maßgeschneiderte Einblicke in kritische Bedrohungen

  • Zu wenig in Vermeidung investiert

    Zu wenig in Vermeidung investiert

    Obwohl einer von zehn vermiedenen Sicherheitsvorfällen schwerwiegend ist, zeigt ein aktueller Kaspersky-Report ‚Cybersicherheits-Eckpfeiler für proaktive Entscheidungsträger‘ jedoch, dass 26% der Entscheidungsträger in Deutschland (23% in Europa) nicht genug in die…

    mehr lesen: Zu wenig in Vermeidung investiert

  • Geschäftsleitung bei IPG neu strukturiert

    Geschäftsleitung bei IPG neu strukturiert

    Nach mehr als 20 Jahren operativer Tätigkeit hat der bisherige CEO und Co-Founder der IPG Group, Marco Rohrer, das Präsidium im Verwaltungsrat der IPG Gruppe übernommen. Claudio Fuchs wird somit…

    mehr lesen: Geschäftsleitung bei IPG neu strukturiert

  • Wieder mehr Menschen in Kurzarbeit

    Wieder mehr Menschen in Kurzarbeit

    Nach Angaben des Ifo Instituts ist die Zahl der Kurzarbeitenden in Deutschland im Dezember auf 879.000 Menschen gestiegen. Vor allem in der Automobilindustrie ist der Anteil an Beschäftigten in Kurzarbeit…

    mehr lesen: Wieder mehr Menschen in Kurzarbeit