Die Vorteile des Informationsmodells von OPC UA lassen sich grob in drei Kategorien einteilen.
Standardisierung: Das Informationsmodell verwendet einen konsistenten Satz von Datentypen, Objekten und Beziehungen, um Geräte zu beschreiben. Dies erleichtert die Integration verschiedener Systeme und Anwendungen, da die Systeme oder Anwendungen alle das gleiche Informationsmodell verwenden können, um Daten zu verstehen und auszutauschen.
Kontextualisierung: Das strukturierte Format bedeutet, dass jede Information einen bestimmten Kontext und eine bestimmte Bedeutung hat. Die Bereitstellung kontextualisierter Informationen ist nützlich, da sie zu einem besseren Verständnis der Daten und ihrer Einordnung in das größere System beitragen.
Zukunftssicher: Die OPC Foundation hat Methoden etabliert, die es Unternehmen ermöglichen, Begleitspezifikationen zu definieren oder benutzerdefinierte Informationsmodelle zu erstellen, die sicherstellen, dass sich die Informationen im Laufe der Zeit weiterentwickeln und den spezifischen Anforderungen eines Unternehmens entsprechen. Die Informationsmodelle sind außerdem erweiterbar, sodass Entwickler bei Bedarf neue Funktionen hinzufügen können, ohne bestehende Systeme zu beschädigen.
OPC-UA-Informationsmodelle stellen kontextualisierte Informationen bereit, indem sie nicht nur die Struktur und das Format der Daten, sondern auch die Bedeutung und den Kontext der Daten definieren. Um die Bedeutung und den Kontext der Daten zu erklären, verwendet das Informationsmodell die objektorientierte Modellierung, bei der Daten in Objekten mit bestimmten Typen und Eigenschaften organisiert werden. Ein OPC-UA-Informationsmodell für eine Werkzeugmaschine kann beispielsweise über ein "Machine"-Objekt verfügen, das die gesamte Maschine repräsentiert, mit Unterobjekten für die verschiedenen Komponenten wie "Kompressor", "Controller" und "Sensor", die jeweils ihre eigenen Eigenschaften haben.
Abbildung 1. Die hierarchische Struktur von OPC UA, die eine Maschine, den Kompressor der Maschine,
und die Eigenschaften des Kompressors beschreibt.
Um die Kontextualisierung weiter zu verbessern, können OPC-UA-Informationsmodelle Beschreibungen und Dokumentationen für jedes Objekt oder jede Eigenschaft enthalten.
Die hierarchische Struktur des Informationsmodells von OPC UA, die einer Baumstruktur ähnelt, ermöglicht es den Benutzern, einfach zu navigieren und den Kontext der Informationen zu verstehen. Benutzer können an einem beliebigen Knoten beginnen und nach oben zu den relevanten Maschinen oder nach unten zu bestimmten Konfigurationseinstellungen navigieren.
Nehmen wir an, ein Unternehmen stellt Automobilteile her und verfügt über mehrere Produktionslinien, die verschiedene Maschinen verwenden, um verschiedene Vorgänge wie Stanzen, Schweißen und Lackieren durchzuführen. Um die Leistung der Produktionslinie zu überwachen, sammeln sie eine Vielzahl von Daten von den Maschinen, wie Temperatur, Druck, Geschwindigkeit und Vibrationen.
Mithilfe der kontextualisierten Daten von OPC UA kann das Unternehmen diese Daten in Echtzeit aggregieren und analysieren, um Muster und Trends zu erkennen und fundierte Entscheidungen über Maschinenwartung, Prozessoptimierung, Qualitätskontrolle und Energiemanagement zu treffen. Unternehmen können die Daten beispielsweise nutzen, um Folgendes zu verbessern:
Vorausschauende Wartung: Erkennen Sie, wann eine Maschine wahrscheinlich ausfallen wird, und planen Sie die Wartung vor dem Ausfall. Dies kann dazu beitragen, Ausfallzeiten zu reduzieren und die Gesamtanlageneffektivität (OEE) zu erhöhen.
Prozessoptimierung: Identifizieren Sie Engpässe, Ineffizienzen und andere Probleme, die sich auf die Produktion auswirken. Anhand dieser Informationen kann das Unternehmen gezielt Verbesserungen am Prozess vornehmen, wie z. B. die Anpassung von Maschineneinstellungen oder die Neukonfiguration der Produktionslinie, um die Effizienz zu verbessern und Ausschuss zu reduzieren.
Qualitätskontrolle: Überwachen Sie die Qualität der produzierten Teile und identifizieren Sie Defekte oder Anomalien. Anhand dieser Informationen kann das Unternehmen den Prozess anpassen, z. B. die Geschwindigkeit oder den Druck einer Maschine ändern, um die Produktqualität zu verbessern und Ausschuss zu reduzieren.
Energieverbrauch: Identifizieren Sie Bereiche, in denen der Energieverbrauch besonders hoch oder ineffizient ist, und treffen Sie fundierte Entscheidungen, wie z. B. die Anpassung von Produktionsplänen oder die Optimierung von Geräteeinstellungen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Unternehmen die kontextualisierten Daten von OPC UA nutzen können, um tiefere Einblicke in ihre Fertigungsabläufe zu gewinnen, sodass sie datengestützte Entscheidungen treffen können, die die Effizienz verbessern, Kosten senken und die Produktqualität verbessern.
Zukunftssicher sind die Informationsmodelle von OPC UA vor allem durch die Unterstützung von Companion-Spezifikationen und herstellerspezifischen Erweiterungen.
Begleitspezifikationen sind domänenspezifische Informationsmodelle, die auf dem OPC-UA-Standard aufbauen und zusätzliche Datentypen, Objekte und Dienste definieren, die für eine bestimmte Branche oder Anwendung spezifisch sind. Die OPC Foundation arbeitet mit Organisationen wie dem VDMA zusammen, um OPC UA Companion Specifications zu erstellen. Gemeinsam arbeiten sie daran, die spezifischen Datenmodelle und Informationen zu identifizieren, die für ihre jeweiligen Branchen oder Anwendungen benötigt werden. Anschließend definieren sie, wie diese Informationen mithilfe des OPC-UA-Standards dargestellt werden können, und erstellen eine Begleitspezifikation, die Richtlinien für die Verwendung von OPC UA in diesen Kontexten enthält.
Einzelne Anbieter verwenden herstellerspezifische Erweiterungen, um benutzerdefinierte Informationsmodelle zu erstellen, die die spezifischen Funktionen und Fähigkeiten ihrer Produkte darstellen, um sicherzustellen, dass ihre Produkte problemlos in andere Systeme und Anwendungen integriert werden können, die OPC UA unterstützen.
Sowohl Begleitspezifikationen als auch herstellerspezifische Erweiterungen sind mit dem OPC-UA-Standard kompatibel, da sie auf den gleichen Datentypen und Objekten basieren, die im Standard definiert sind.
Abbildung 2. OPC-UA-Modellierung
Darüber hinaus bietet OPC UA ein flexibles und erweiterbares Informationsmodell, das sich leicht an neue Anwendungsfälle und Technologien anpassen lässt.
Die Unterstützung von OPC UA für Begleitspezifikationen und herstellerspezifische Erweiterungen sowie sein flexibles und erweiterbares Informationsmodell tragen dazu bei, dass OPC UA eine zukunftssichere Technologie bleibt, die sich an die sich ändernden Anforderungen der Branche und den technologischen Fortschritt anpassen kann.
Joakim Wiberg, Leiter Technik, Anybus. Joakim ist außerdem Chief Technology Officer (CTO) der ODVA und hält regelmäßig Vorträge über Sicherheit (Security) und industrielle Kommunikation.
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