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



  • Partnerschaft zwischen Synaos und SEW-Eurodrive

    Partnerschaft zwischen Synaos und SEW-Eurodrive

    Synaos und SEW-Eurodrive wollen in einem gemeinsamen Projekt das Zusammenspiel von künstlicher Intelligenz und mobilen Robotern erproben und verbessern.

    mehr lesen: Partnerschaft zwischen Synaos und SEW-Eurodrive

  • Procad kauft Produktkonfigurator-Spezialisten Acatec

    Procad kauft Produktkonfigurator-Spezialisten Acatec

    Der Karlsruher PLM-Anbieter Procad hat Acatec erworben. Wenige Monate nach Beginn einer Partnerschaft mit dem Spezialisten für Produktkonfiguratoren sprachen die Synergieeffekte für die Akquisition, heißt es in der Pressemitteilung.

    mehr lesen: Procad kauft Produktkonfigurator-Spezialisten Acatec

  • Das selbstständige Warehouse-Management-System

    Das selbstständige Warehouse-Management-System

    ZIM-Förderung für Forschungsprojekt ‚SeSoGEN‘ Das selbstständige Warehouse-Management-System Die CIM GmbH und die Technische Universität München entwickeln im Rahmen eines Forschungsprojektes intelligente Lagersoftware die selbstständig Einlagerungsstrategien entwickeln kann.

    mehr lesen: Das selbstständige Warehouse-Management-System

  • Mercedes-Benz und Siemens schließen Partnerschaft

    Mercedes-Benz und Siemens schließen Partnerschaft

    Mercedes-Benz will die Produktionsaktivitäten am Standort in Berlin-Marienfelde neu gestalten. Dort soll ein Zentrum für Digitalisierung entstehen. Dafür arbeitet der Autobauer mit Siemens zusammen.

    mehr lesen: Mercedes-Benz und Siemens schließen Partnerschaft

  • Arbeitsmarktbarometer legt erneut zu

    Arbeitsmarktbarometer legt erneut zu

    Im aktuellen IAB-Arbeitsmarktbarometer stehen die Zeichen auf Entspannung. Beide Komponenten des Indexes gaben im März positive Signale.

    mehr lesen: Arbeitsmarktbarometer legt erneut zu

  • UiPath übernimmt Cloud Elements

    UiPath übernimmt Cloud Elements

    Cloud Elements gehört ab sofort zu UiPath. Durch die Akquisition kann der RPA-Anbieter zukünftig Benutzeroberflächen- und API-basierte Automatisierung auf einer Plattform anbieten.

    mehr lesen: UiPath übernimmt Cloud Elements

  • Europäische CEO Alliance unterstützt Klimastrategie

    Europäische CEO Alliance unterstützt Klimastrategie

    CEOs unterschiedlicher Unternehmen haben sich zur CEO Alliance 2020 zusammengeschlossen, um Europa zu einer führenden Region in Sachen Klimaschutz zu machen.

    mehr lesen: Europäische CEO Alliance unterstützt Klimastrategie

  • Cognizant übernimmt ESG Mobility

    Cognizant übernimmt ESG Mobility

    Cognizant übernimmt ESG Mobility und will dadurch seine Expertise im Bereich autonome und vernetzte Mobilität ausweiten.

    mehr lesen: Cognizant übernimmt ESG Mobility

  • Robert Bosch GmbH ordnet Geschäftsführung neu

    Robert Bosch GmbH ordnet Geschäftsführung neu

    Die Robert Bosch GmbH gibt Veränderungen in der Geschäftsführung bekannt. Uwe Rasche und Michael Bolle verlassen das Unternehmen. Somit werden die Zuständigkeiten innerhalb der Geschäftsführung neu geordnet.

    mehr lesen: Robert Bosch GmbH ordnet Geschäftsführung neu

  • Mehr Resilienz durch Digital Workplace

    Mehr Resilienz durch Digital Workplace

    In einer Studie von Campana & Schott geben zwei Drittel der Befragten an, dass digitale Arbeitsplätze Resilienz und Effizienz steigern. Fast die Hälfte der Studienteilnehmer hat bereits solche Arbeitsplätze eingeführt.

    mehr lesen: Mehr Resilienz durch Digital Workplace

  • Forschung am digitalen Zwilling

    Forschung am digitalen Zwilling

    Das Projekt IoT4DigitalTwin ist Teil der europäischen Initiative IoT4Industry im Rahmen des Programms Horizon 2020. Geprom Connecting Inustries und Gefasoft GmbH haben ein Konsortium gebildet mit dem Ziel, einen digitalen…

    mehr lesen: Forschung am digitalen Zwilling

  • Open Industry 4.0 Alliance stellt App Store vor

    Open Industry 4.0 Alliance stellt App Store vor

    2019 hat sich die Open Industry 4.0 Alliance auf der Hannover Messe gegründet. Das mittlerweile 74 Mitglieder umfassende Konsortium stellt zur diesjährigen Messe einen eigenen App Store vor.

    mehr lesen: Open Industry 4.0 Alliance stellt App Store vor