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



  • Neues Trio an der MPDV-Spitze

    Neues Trio an der MPDV-Spitze

    Die MPDV hat seit Oktober drei neue Geschäftsführer. Nathalie Kletti, Thorsten Strebel und Jürgen Petzel stehen an der Spitze des Unternehmens.

    mehr lesen: Neues Trio an der MPDV-Spitze

  • Beschäftigtensituation im Maschinenbau bleibt angespannt

    Beschäftigtensituation im Maschinenbau bleibt angespannt

    Die Beschäftigtensituation im Maschinen- und Anlagenbau bleibt weiter angespannt. Im August ging die Zahl der Beschäftigten im Vergleich zum Vormonat um weitere 2.165 auf 1,025 Millionen zurück. Damit sind fast…

    mehr lesen: Beschäftigtensituation im Maschinenbau bleibt angespannt

  • Flexibel und sicher

    Flexibel und sicher

    Helmholz erweitert sein Portfolio an Industrieroutern. Die bewährten REX-Geräte sind ab sofort auch mit zusätzlicher WAN (Wide Area Network)-Schnittstelle und Fallback-Mechanismus erhältlich.

    mehr lesen: Flexibel und sicher

  • Tower Factory wird Teil von Fuji Europe

    Tower Factory wird Teil von Fuji Europe

    Die Fuji Europe Corparation hat Tower-Factory, einen Anbieter von Lagerlogistiksystemen, übernommen. Kunden von Fuji Europe sollen dadurch Lösungen erhalten, die den gesamten Materialfluss abdecken.

    mehr lesen: Tower Factory wird Teil von Fuji Europe

  • Bereits mehr als 1.200 Teilnehmer für TeDo Webinare

    Bereits mehr als 1.200 Teilnehmer für TeDo Webinare

    Für die Webinare des TeDo Verlags, die im Rahmen des Herbstes der Innovationen durchgeführt werden, haben sich bereits weit über 1.200 Teilnehmer angemeldet. Das SPS-Magazin, die IT&Production, die Robotik und…

    mehr lesen: Bereits mehr als 1.200 Teilnehmer für TeDo Webinare

  • Neuer VDMA-Präsident gewählt

    Neuer VDMA-Präsident gewählt

    Der VDMA hat mit Karl Haeusgen einen neuen Präsidenten. Im Rahmen der Mitgliederversammlung wurde der Vorstandsvorsitzende von Hawe Hydraulik als Nachfolger von Carl Martin Welcker bestimmt. Auch der Verband VDMA…

    mehr lesen: Neuer VDMA-Präsident gewählt

  • Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel

    Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel

    Maindays 2020 Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel Unter dem Motto ‘Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel‘ findet die 21. Jahrestagung MainDays vom 24. bis zum 25. November in Potsdam…

    mehr lesen: Instandhaltung zwischen Kostendruck und digitalem Wandel

  • Kurzarbeit geht weiter zurück

    Kurzarbeit geht weiter zurück

    Im September ist die Zahl der Beschäftigten, die in Kurzarbeit sind, weiter zurückgegangen. Das Ifo-Institut schätzt die Zahl der Kurzarbeiter aktuell auf 3,7 Millionen Menschen.

    mehr lesen: Kurzarbeit geht weiter zurück

  • Edge-Cloud vernetzt 20 Fraunhofer-Institute

    Edge-Cloud vernetzt 20 Fraunhofer-Institute

    Das Fraunhofer IPT und die Firma German Edge Cloud arbeiten gerade an der Fraunhofer Edge Cloud, die bald 20 Fraunhofer-Institute vernetzen soll. Die offene Foschungsplattform und Testumgebung hilft später im…

    mehr lesen: Edge-Cloud vernetzt 20 Fraunhofer-Institute

  • CtrlX-Ökosystem für Third-Party-Software geöffnet

    CtrlX-Ökosystem für Third-Party-Software geöffnet

    Bosch erweitert das noch junge Automatisierungssystem CtrlX um Komponenten und Services. Vor allem aber lädt die Unternehmensgruppe Third-Party-Anbieter dazu ein, sich mit eigenen Anwendungen auf der Plattform zu engagieren.

    mehr lesen: CtrlX-Ökosystem für Third-Party-Software geöffnet

  • Mit Indigo Maschinendaten in Echtzeit synchronisieren

    Mit Indigo Maschinendaten in Echtzeit synchronisieren

    Mit ihrer Plattform Indigo will sich das Münchener Startup Emocean auf dem Markt für Analytics-Projekte positionieren. Das Besondere: Die Lösung soll Maschinendaten in Echtzeit synchronisieren und so etwa den unmittelbaren…

    mehr lesen: Mit Indigo Maschinendaten in Echtzeit synchronisieren

  • Zaghafte Entspannung trotz Orderminus

    Zaghafte Entspannung trotz Orderminus

    Im Vergleich zum Vorjahreszeitraum haben die Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus ein reales Orderminus von 14 Prozent verzeichnet. Das ist seit Beginn der Corona-Krise der geringste Rückgang auf Monatsbasis.

    mehr lesen: Zaghafte Entspannung trotz Orderminus