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Industrie 4.0-Anforderungen …

 
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kdw



Anmeldedatum: 05.05.2006
Beiträge: 1079

BeitragVerfasst am: 29.03.2017, 17:03    Titel: Industrie 4.0-Anforderungen … Antworten mit Zitat

Hallo Forum.

Ende November 2016 hat der ZVEI einen Leitfaden mit dem Titel „Welche Kriterien müssen Industrie-4.0-Produkte erfüllen?“ veröffentlicht. Er zeigt Anbietern und Anwendern auf, welche Anforderungen Industrie-4.0-geeignete Produkt erfüllen sollen beziehungsweise müssen. Siehe http://ssv-embedded.de/doks/infos/zvei_welche_kriterien_muessen_i40-produkte_erfuellen.pdf.

Über Thinglyfied 2 lassen sich bereits heute die für 2017 vorgegebenen Anforderungen für I4.0-Komponenten erfüllen.

VG KDW
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kdw



Anmeldedatum: 05.05.2006
Beiträge: 1079

BeitragVerfasst am: 05.05.2017, 14:50    Titel: VDMA: I4.0 für Maschinenbauer … Antworten mit Zitat

Hallo Forum.

Auf der Hannover-Messe 2017 hat der VDMA nachgelegt und den neuen Leitfaden Industrie 4.0 Kommunikation mit OPC UA (https://goo.gl/llSbWD) veröffentlicht.

Der Leitfaden erhebt den Anspruch, Maschinen- und Anlagenbauer sowie Betreiber bei der Einführung von Industrie-4.0-Kommunikation auf der Basis von OPC UA durch die Beschreibung von drei Migrationsschritten unterstützen zu wollen.

Insgesamt möchte das VDMA-Dokument als konkrete Handlungsempfehlung eingeordnet werden, um Erweiterungsnutzen (Value Added Services) für bereits existierende Produkte, Maschinen und Anlagen zu schaffen. Insofern wird zunächst einmal klargestellt, dass es bei der „I4.0-Kommunikation“ nicht um eine weitere Methode zum zeitkritischen Transport von Prozess- und Steuerungsdaten, sondern um grundlegend neue Konzepte wie beispielsweise serviceorientierte Architekturen (SOA) und Informationsmodelle geht. Damit können einzelne Komponenten, Maschinen und Anlagen ihre Dienste innerhalb eines IP-Netzwerks anbieten, um SOA-basiert zu abstrakteren Maschinen- und Anlagendiensten orchestriert zu werden. Aber auch „einfache und relativ bodenständige Anwendungen“ wie Condition Monitoring oder Energieeffizienzoptimierungen lassen sich per I4.0-Kommunikation als Value Added Services realisieren. Um Maschinen- und Anlagenbauer sowie Betreiber zur nachträglichen Integration und dem OPC UA-Einsatz zu bewegen, zeigt der Leitfaden einen aus drei Schritten bestehenden Migrationspfad auf.

Erster Migrationsschritt: Zunächst einmal muss aus VDMA-Sicht ein IP-basiertes Netzwerk für den OPC UA-Einsatz realisiert werden, dass über den Nahbereich einer Maschine bzw. Anlage hinausreicht und auch IT-Systeme wie MES und ERP einbezieht. Hierfür eignen sich laut Leitfaden „Ethernet, WLAN und 5G-Mobilfunk“, wobei auf 5G wohl noch ein paar Jahre gewartet werden muss und in der Zwischenzeit auch 4G ausreichen dürfte. In dieses erweiterte IP-Netzwerk wird nach entsprechender Konfiguration dann ein geeigneter OPC UA-Server eingefügt, der über eine Verbindung zu mindestens einer SPS verfügt. Mit Hilfe des Servers kann dann der OPC UA-Client eines MES-System auf die SPS-Daten zugreifen, um ein Condition Monitoring oder eine Energieeffizienzüberwachung zu realisieren. Der Leitfaden weist bei der Beschreibung des ersten Migrationsschritts auch auf die IT-Security hin und beschreibt, dass für die OPC UA-Kommunikation zwischen Server und Client zum einen Zugriffsrechte zu konfigurieren sind und zum anderen Zertifikate erstellt und verwaltet werden müssen.

Zweiter Migrationsschritt: OPC UA ist in der Automatisierungstechnik der einzige etablierte Standard mit breiter Unterstützung, der Informationsmodelle nutzt und neben dem protokollbasierten Datenzugriff umfassend vorgibt, wie solche Modelle dokumentiert, implementiert und referenziert werden. Ein OPC UA-Informationsmodell bildet eine Obermenge unterschiedlicher Datenobjekte, also eine mehr oder weniger abstrakte Abbildung einzelner Knoten mit ihren Eigenschaften, Beziehungen und Operationen, die damit ausgeführt werden können. Da sich andere Standards in erster Linie auf die eigentlichen Kommunikationsregeln für Protokolle konzentrieren, sind Informationsmodelle genau das, was der M2M-Kommunikation bisher fehlte. Aus diesem Grund empfiehlt der VDMA-Leitfaden als zweiten Migrationsschritt auf dem Weg zur I4.0-Kommunikation den Herstellern sich innerhalb einer Branche zusammenzusetzen und jeweils eine einheitliche OPC UA-Companion Spezifikation zu entwickeln. Als Beispiel wird EUROMAP 77 für Spritzgussmaschinen relativ ausführlich vorgestellt.

Dritter Migrationsschritt: OPC UA differenziert drei unterschiedliche Kategorien für Informationsmodelle: 1. Informationsmodelle für Geräte (Devices) als Basis. 2. Darauf aufbauend die bereits angesprochenen Companion Spezifikationen und 3. übergeordnete erweiterte Informationsmodelle. In einer einzigen OPC UA-Anwendungen können mehrere dieser Modelle gleichzeitig zum Einsatz kommen. Insofern richtet sich der dritte Schritt im VDMA-Leitfaden in erster Linie an Komponentenhersteller und Maschinenbauer. Ihnen wird verdeutlicht, dass es trotz einer brancheneinheitlichen Companion Spezifikation auch in Zukunft deutliche Unterscheidungsmerkmale zwischen funktional identischen Produkten geben kann. Hierfür eignen sich aus Sicht der Leitfaden-Autoren die erweiterten OPC UA-Informationsmodelle. Sie ermöglichen einem Hersteller die Umsetzung geschützten Wissens als Alleinstellungsmerkmal, um sich vom Wettbewerb abzuheben.



Gerade die praktische Umsetzung der ersten beiden Migrationsschritte aus dem VDMA-Leitfadens verspricht einen interessanten Mehrwert. Sie erfordert aber auch sehr viel Detailarbeit, deren Komplexität und Kosten besonders von Anlagenbetreibern nicht unterschätzt werden sollten. Es ist zu berücksichtigen, dass bei den meisten existierenden Maschinen und Anlagen nicht ohne weiteres eine OPC UA-Serverschnittstelle hinzugefügt werden kann, um auf die in den Steuerungen vorhandenen Daten zuzugreifen. Auch wenn der Zugriff auf SPS-Daten durch ein nachträglich installiertes OPC UA-Gateway ermöglicht wurde, ist noch nicht gewährleistet, dass die zur Verfügung stehenden Daten wirklich einen Mehrwert bieten, bzw. ein brauchbares Informationsmodell ergeben. Unter Umständen muss in das SPS-Programm eingegriffen werden, um dem Gateway den Zugriff auf geeignete Daten zu ermöglichen. Vielfach müssen nachträglich sogar spezielle Sensoren hinzugefügt werden, um Daten für Condition Monitoring oder Predictive Maintenance zu gewinnen.

Insgesamt ist der VDMA-Leitfaden aber ein Schritt in die richtige Richtung. Durch das Hinzufügen OPC UA-basierter Kommunikation lassen sich in vielen Maschinen und Anlagen auf jeden Fall geeignete Value Added Services schaffen, die die Gesamteffizienz steigern und auf diese Weise eine Investition zügig amortisieren. Auf Grund fehlender Detailvorgaben müssen allerdings vielfach die erforderlichen OPC UA-Informationsmodelle gemäß den individuellen Bedürfnissen selbst definiert und ggf. zu einem späteren Zeitpunkt an dann existierende Industrie-4.0-Standards anpasst werden. Diese Probleme sind allerdings vertretbar, zumal es sich dabei lediglich um Konfigurationsänderungen handelt. Des Weiteren lässt sich die vom VDMA beschriebene OPC UA-Kommunikation über zusätzliche Softwarekomponenten auch um eine I4.0-konforme Verwaltungsschale ergänzen, so dass der Schritt in Richtung Industrie 4.0 noch deutlicher ausfällt und der ZVEI-Leitfaden „Welche Kriterien müssen Industrie-4.0-Produkte erfüllen?“ gleich mit umgesetzt wird

VG KDW
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