OPC UA: Segen oder Fluch für Industrie 4.0?

Wie kann es sein, dass ChatGPT für uns bereits PowerPoints und Pivot Tabellen erstellt, während man bei Fragen über die Produktion noch immer ins Stocken kommt:

• Wie viel Material und Energie hat Auftrag X verbraucht?

• Wie viele Stillstände haben meine Maschinen und was sind die Top-Gründe?

• Wann habe ich kritische Grenzwerte überschritten?

• Sind meine Prozessparameter über Aufträge hinweg konstant?

• Produziere ich besser oder schlechter als noch vor einem Monat?

Die Antwort liegt in der mangelnden Verfügbarkeit von relevanten Maschinendaten im gesamten Unternehmen. Aber was hindert uns daran, die Vision der Industrie 4.0 Wirklichkeit werden zu lassen? Welche Herausforderungen begegnen uns bei der Digitalisierung?

Dieser Artikel ist für Sie, wenn…

Sind Sie täglich beschäftigt mit Industrie 4.0, Konnektivität / Maschinendaten, IIoT und Standards wie OPC UA? Oder sind diese Themen relevant für Ihr Unternehmen?

Mit unserer Erfahrung aus über 100 digitalisierten Maschinen aus heterogenen Anlagenparks unterschiedlicher Hersteller und Baujahre (1980 bis heute) möchten wir in dieser Blogreihe unser Wissen der letzten fünf Jahre teilen. In insgesamt 8 Artikeln nehmen wir Sie mit in die Welt der Maschinendaten und Konnektivität und zeigen die gewaltigsten Anwendungsfälle, die wir bei Kunden sehen und realisieren konnten.

Für eine bessere Übersicht finden Sie eine Liste aller Blogposts immer Beginn und Ende jedes Artikels:

Übersicht Blogreihe Konnektivität & Maschinendaten:

1. OPC UA: Segen oder Fluch für Industrie 4.0?

2. Digitalisierungs-Dilemma: Für die Daten arbeiten oder mit den Daten arbeiten

3. Von Euromap, Datenblöcken und harmonisierten Daten

4. Datenharmonisierung, oder: Wie heißt mein Durchsatz?

5. Wie Edge Devices nicht zur Sicherheitslücke werden

6. Keine geschlossenen Systeme mehr

7. Mit ENLYZE und Grafana bereit für alle Herausforderungen in der Produktion

8. Der Schlüssel zu KI in der Produktion

Lektion #1: Anlagenkonnektivität ist noch nicht gelöst

Der Erfolg von Industrie 4.0 hängt entscheidend von einer skalierbaren Erfassung wichtiger Maschinendaten ab. Dies unterscheidet sich grundlegend von der traditionellen Maschinendatenerfassung. Während herkömmliche MDE-Module für ME-Systeme Daten wie Laufzeiten, Stückzahlen, Geschwindigkeiten, Stillstandszeiten und Störungen speichern, erfordert Industrie 4.0 die Erfassung aller prozesskritischen Parameter. Dabei sollten diese:

• in großen Mengen

• mit hoher Frequenz

• strukturiert und standardisiert

gesammelt und gespeichert werden. Im Fokus stehen hier die sogenannten Industrial Internet of Things (IIoT)-Plattformen. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, die Daten für andere Systeme leicht zugänglich zu machen und somit Mehrwert für das gesamte Unternehmen zu schaffen. Abgesehen von der Integration in traditionelle ME- und ERP-Systeme, können Daten aus einer IIoT-Plattform ohne großen IT-Aufwand in andere Systeme integriert werden.

Durch diese Vernetzung lassen sich neue Anwendungsfälle im Bereich von Big Data, Anomalieerkennung und Artificial Intelligence (AI) umsetzen. Zudem können herkömmliche Reporting- und Kalkulationsfunktionen bestehender Business-Software durch moderne und flexible Tools wie PowerBI ergänzt oder ersetzt werden.

Das Marketingversprechen von IIoT-Plattformen besteht nicht nur in einer besonders einfachen Bereitstellung der Daten, sondern auch einer besonders einfachen Anbindung von Anlagen. Während die Anbindung bei Legacy-Systemen wie Historians oft ein langwieriges Projekt ist und viele IT-Ressourcen erfordert, wird bei IIoT-Plattformen der Aufwand auf eine 1-Klick-Integration reduziert.

Zentraler Dreh- und Angelpunkt dieses Versprechens scheint OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) zu sein, welches oft als der vermeintliche Schlüssel zur Vereinheitlichung von Maschinenkommunikation und -anbindung gefeiert wird. Das Ziel von OPC UA ist, eine einheitliche Kommunikationsschnittstelle zu den zentralen Anlagensteuerungen und der Anlagenperipherie zu sein.

„Wenn die Anlage OPC hat, dann ist das kein Problem.“

Wenn Sie sich mit dem Theme Anlagendigitalisierung und IIoT-Plattform beschäftigen, dann haben Sie diesen Satz sicher schon mehrfach gehört. In diesem Artikel werfen wir einen kritischen Blick auf das Protokoll und gehen auf die tatsächliche Leistungsfähigkeit und Anwendung von OPC UA ein.

🧩 Kein integraler Bestandteil, sondern nachträgliches Add-On 

Obwohl OPC UA oft als integraler Bestandteil von Maschinen und Steuerungen angepriesen wird, ist es in der Praxis häufig ein nachträgliches Add-On, das von Maschinenherstellern als zusätzliche Einnahmequelle genutzt wird. 

Da waren wir schon mal weiter: Unsere Erfahrung hat gezeigt, dass viele Maschinen aus den 90er-Jahren (lange vor „Industrie 4.0“) von Haus aus mit dem damaligen OPC DA Standard kamen, und dies ganz ohne Aufpreis.

Aufgrund des Add-On-Charakters wird OPC UA oft „stiefmütterlich“ behandelt. Siemens richtet sich nach der OPC Foundation und liefert die Technologie, die Umsetzung liegt aber beim OEM. Mangelndes Wissen oder Relevanz einer guten Implementierung führen dazu, dass die Performance der OPC UA Server oftmals schlecht ist, diese teilweise deshalb abstürzen oder sogar die Anlagensteuerung überlasten.

Häufig sind auch nicht alle Variablen über OPC UA abrufbar, die auf der HMI zu finden sind. Auch der Support durch die Maschinenhersteller ist begrenzt, da es nicht direkt mit dem Betrieb der Anlage zusammen hängt. In all diesen Aspekten zeigt sich, dass sich der Maschinenhersteller anders für den OPC UA Server verantwortlich fühlt, als er es für die Anlage tut.

🧶 Die Komplexität von OPC UA: Lösung oder Problemquelle? 

OPC UA sollte die Lösung für den Wildwuchs an Maschinenprotokollen sein, doch die Komplexität des Systems führt oft zu neuen Problemen. Das zeigt sich beispielsweise in der schwierigen Übersetzung von OPC DA zu OPC UA. 

Eigentlich zwei sehr verwandte Maschinenprotokolle und in der Theorie eine einfache Umsetzung, aber in der Realität so aufwendig, dass Maschinenherstellern häufig ein Upgrade von DA auf UA nicht anbieten.

Die Komplexität führt auch zu deutlichen Leistungseinbußen. Selbst modernste Steuerungen, wie die Siemens S7 Serie (S7-1500 und 1200) oder Steuerungen von B&R, kommen beim Auslesen einer größeren Anzahl an Variablen über OPC UA an ihre Grenzen.

Viele Steuerungshersteller nutzen deshalb eigene interne Maschinenprotokolle, die in Hinblick auf Effizienz und Performance besser abschneiden. Auch wir bei ENLYZE bevorzugen den direkten Zugriff über diese Protokolle, um die Probleme durch die Komplexität von OPC UA zu umgehen und garantiert die gleichen Variablen zu erhalten, die auch eine HMI erhält.

🗣️ OPC UA ist ein Kommunikations-, kein Industriestandard

Das Vorhandensein von OPC UA Servern bedeutet bedauerlicherweise noch nicht, dass diese miteinander kompatibel sind. Die Unterschiede reichen vom verwendeten Namensschema bis zu den unterstützten Verschlüsselungs- und Authentifizierungsarten. Dies führt häufig zu Problemen und zu langwierigen Fehlersuchen.

Wie aus unterschiedlich implementierten OPC UA Servern trotzdem ein einheitliches Namensschema erstellt werden kann, erklären wir im dritten Teil dieser Serie.

🔎 Kritische Betrachtung von OPC UA und Alternativen

Theoretisch sollte OPC UA die Lösung für die heutige Vielfalt an Maschinenprotokollen sein. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass die Komplexität von OPC UA oft neue Probleme schafft und alternative Anbindungen besser geeignet sein können.

Vor der Entscheidung für OPC UA sollte deshalb genau geprüften werden, was tatsächlich geboten wird, besonders hinsichtlich Performance, Variablenanzahl, Kosten und Support. 

Wenn OPC UA nicht die gewünschten Ergebnisse liefert, gibt es alternative Maschinenprotokolle, die oft einfacher aufgebaut sind und weniger Fallstricke bieten.

Wenn also OPC UA nicht der Heilige Gral ist auf dem Weg zu Industrie 4.0, wie kann dann der gesamte Maschinenpark angeschlossen werden? Was muss noch beachtet werden, wenn man eine vollumfängliche IIoT-Plattform aufbauen möchte?

Wir hoffen, dass wir Ihnen mit diesem Blogartikel einen neuen Blick auf die Herausforderungen der Anlagenkonnektivität geben konnten. In den folgenden Artikeln werden wir auf weitere Lektionen rund um das Thema Digitalisierung in der Industrie und IIoT-Plattformen eingehen und technische Herausforderungen beleuchten.

Wir freuen uns, wenn Sie uns auf diesem Weg begleiten. Wenn Sie in der Zwischenzeit Fragen, Feedback, oder eine konträre Meinung haben, können Sie uns unter hello@enlyze.com gerne erreichen. Wir freuen uns, von Ihnen zu hören.