Die Digitalisierung stellt den Maschinenbau vor Herausforderungen. Zugleich ermöglicht sie neue, zukunftsweisende Geschäftsmodelle. Damit diese funktionieren, bedarf es einer hürdenfreien Kommunikation in der Fertigung. Möglich werden soll dies mit OPC UA FX – und das spätestens in sieben Jahren.

In vielen Branchen bestimmt nicht mehr die Hardware den Wert eines Produkts, sondern die Software. Diesen Wandel kann jeder bestätigten, der in den vergangenen 20 Jahren ein Auto gekauft hat. Zuerst hat die elektronische Steuerung jene mechanischen Teile ersetzt, die der Autobesitzer noch selbst mit dem Schraubenschlüssel reparieren konnte. Darauf folgten digitale Services wie Fahrerassistenzsysteme und Handy-Integration. Mittlerweile ist die Konnektivität eines PKW das wichtigste Kriterium bei der Kaufentscheidung. 

Im Maschinenbau stehen wir vor einer ähnlichen Entwicklung. Die Anforderung unserer Kunden ist es, für die Maschine ebensolche Anbindungsmöglichkeiten und digitale Mehrwertdienste zur Verfügung gestellt zu bekommen, wie es in der IT- und Consumer-Welt längst üblich ist. Mehr und mehr rücken die dem Produktionsvorgang an der Maschine vor- und nachgelagerten Prozesse in den Mittelpunkt. 

Losgröße 1, Adaptionsmöglichkeiten durch Software-Updates, Fehlerbehebung mit Remote-Zugriff, Einbindung der einzelnen Maschine in durchgängige Wertschöpfungsketten: Maschinenbauer müssen diese Services in Zukunft anbieten, um im Wettbewerb bestehen zu können. Eine Herausforderung dabei ist es, eine nahtlose Kommunikation von Maschine zu Maschine über die vielen derzeit gängigen Steuerungs- und Kommunikationssysteme hinweg zu ermöglichen. Gleiches gilt auch innerhalb von Maschinen, also auf der Feldebene, wenn es um die Kommunikation mit Aktoren und Sensoren geht.

Hürdenfreie Kommunikation horizontal wie vertikal 

Mehr als 850 Unternehmen weltweit sind Mitglied der OPC Foundation. Unter der Ägide von Automatisierungs- und IT-Unternehmen arbeitet die Foundation an der Weiterentwicklung von OPC UA. Coopetition ist das Schlagwort, dem sich die beteiligten Firmen verschrieben haben – also die Zusammenarbeit von Wettbewerbern in einem bestimmten Bereich. Ziel ist es, das bisherige Protokoll-Wirrwar zu beenden und eine Lösung zu schaffen, die sowohl für Anbieter als auch für Nutzer von Automatisierungstechnik Vorteile bringt. 

Zu den Mitgliedern gehören Unternehmen aus den Bereichen Automatisierung und industrielle Kommunikation wie global agierende Indus­trieunternehmen aus Schlüsselbranchen. Die größten Cloud-Anbieter der Welt sind ebenso vertreten wie führende Halbleiterhersteller und wichtige Interessensvertretungen wie der VDMA. Diese Player eint das Interesse an Interoperabilität beim Austausch von Informationen – und zwar ebenso horizontal entlang der Wertschöpfungskette wie vertikal von der Cloud bis zum Sensor. 

Daten werden zu nutzbaren Informationen

Kann die Lösung darin liegen, ein weiteres Kommunikationsprotokoll zu erfinden? Nein, es wäre sogar kontraproduktiv, den vielen bereits existierenden Protokollen ein weiteres hinzuzufügen und somit noch mehr Protokoll-Wirrwarr zu verursachen. Erfolgsversprechender ist der Ansatz von OPC UA, der im Kern auf die Entwicklung eines Informationsmodells statt eines zusätzlichen Protokolls setzt. Der zentrale Unterschied liegt in der Struktur. OPC UA sieht eine semantisch eindeutige Definition vor: Im Informationsmodell ist exakt festgelegt, welcher Platz und welche Eigenschaften welcher Art von Daten zugewiesen sind. Damit werden die Daten maschinenlesbar und können automatisch zu Informationen entwickelt werden.

Die sogenannte Shaper-Initiative hat 2016 begonnen, an OPC UA over TSN zu arbeiten, einem offenen, standardisierten Informationsmodell für die Durchlässigkeit von der Cloud bis auf die Feldebene. Mittlerweile wird die Technologie als OPC UA FX bezeichnet und von der Field-Level-Communications-Initiative der OPC Foundation (FLC) weiterentwickelt. Mit einer Multi-Vendor-Demo haben 17 Gerätehersteller auf der Hannover Messe 2022 gezeigt, dass OPC UA FX marktreif funktioniert.

Bereits bei der Planung an OPC UA FX denken

Was heißt das für den Maschinenbauer? Er sollte bereits bei der Planung einer neuen Maschinenserie an OPC UA FX denken. Maschinenbaukunden fragen bei B&R verstärkt nach Unterstützung, damit sie eigene digitale Geschäftsmodelle und Services umsetzen können. Zugleich fordern die Maschinen- und Anlagenbetreiber, dass sie unterschiedliche Maschinen einfach per Plug-and-Play zu einem Produktionsverbund vernetzen können. Mit OPC UA FX ist nun ein einheitlicher, offener und globaler Standard verfügbar, mit dem die Maschinenbauer die steigende Nachfrage ihrer Kunden nach digitalen Mehrwertdiensten bedienen können. Auch auf Produktebene stehen alle Türen für OPC UA FX offen. Der neue Bus-Con­troller von B&R ist FX-ready, unterstützt TSN und kann in bestehende Ethernet-Netzwerke eingebunden werden, ebenso wie die aktuelle Generation der X20-Steuerungen. Zudem hat B&R einen TSN-Switch entwickelt. In den kommenden Versionen der B&R-Software Automation Studio wird es möglich sein, Applikationen mit OPC UA FX zu projektieren.

Umstieg auf OPC UA FX 

Doch FX ist nicht nur für neue Maschinen, sondern auch für bestehende Anlagen relevant. Bekannte OT-Protokolle können weiterhin hy­brid genutzt werden, da beide Welten auf demselben Netzwerk-Kabel koexistieren können. Das bedeutet, dass jeder Kunde die Geschwindigkeit des Umstiegs auf OPC UA FX selbst bestimmen kann – wichtig ist nur, schon darauf vorbereitet zu sein. Es gilt, sich jetzt schon zu fragen, was ich mit meinen Maschinenserien in zehn Jahren am Markt erreichen will: Der Druck der produzierenden Indus­trie, datengetriebene Services zu bekommen, ist bereits bei den Maschinenbauern aufgeschlagen und wird sich in den kommenden Jahren noch massiv verstärken. Leistungsfähige Machine-Learning-Algorithmen, verpackt in Software-Apps, werden in Zukunft eine immer größere Rolle spielen. Solche Lösungen benötigen eine umfangreiche Datenerfassung, -vorverarbeitung, -analyse und nicht zuletzt -übertragung. Das lässt sich über zusätzlichen Engineering-Aufwand und die Investition in zusätzliche Gateways erreichen – oder eben über die rechtzeitige Integration von OPC UA FX. Das Zeitfenster ist knapp: Schon in fünf bis sieben Jahren wird OPC UA FX in den Produktionshallen dominieren. Sobald der erste Stein fällt, wird ein Domino-Effekt eintreten und der Markt auf den Kopf gestellt werden. Wer den Anschluss nicht verpassen möchte, sollte seine Steine nun fein säuberlich aufstellen.

Autor
Peter Kemptner, unabhängiger Marketing-­Dienstleister und Fachredakteur in Salzburg