Wie können Automatisierer KI-Modelle intuitiv entwickeln und in die Steuerung integrieren? Wie lässt sich überschüssige Energie im Antriebsverbund wieder...
Inhaltsverzeichnis
1. AutoID ist die Basistechnologie für Industrie 4.0
2. Sicherheit gleich integriert
3. Ein Standard für alle Geräte
Der Arbeitskreis Systemintegration des AIM (Industrieverband für Automatische Identifikation, Datenerfassung und Mobile Datenkommunikation) entschloss sich – motiviert von Siemens und Harting – im Jahr 2014 für die Definition eines zukunftsträchtigen technologie- und herstellerunabhängigen Kommunikationsstandard für die AutoID-Branche. Bislang galt, dass viele Geräte über proprietäre Schnittstellen kommunizierten. Zudem galten für unterschiedliche Technologien oft unterschiedliche Kommunikationsstandards. Ob Barcode oder UHF RFID zum Einsatz kamen, hatte einen Einfluss auch bei der Programmierung der Kommunikationsschnittstelle der anzubindenden Software. Diese Gegebenheiten waren historisch gewachsen.
AutoID ist die Basistechnologie für Industrie 4.0
Behälter, Leiterplatten, Automobilkarossen, Krankenhausbetten und vieles mehr sind dank AutoID-Technologie heute automatisch zu identifizieren. Und dies in der Regel komplett passiv ohne Wartungsarbeiten am Objekt. Mit UHF RFID (auch RAIN RFID genannt) erhält das Objekt selbst noch ein Gedächtnis. Informationen wie das Fertigungsdatum und die Firmware-Version einer Leiterplatte können direkt, in diesem Beispiel an der Leiterplatte abgespeichert werden. Ohne Stromzufuhr, drahtlos abrufbar oder aktualisierungsfähig.
Die AutoID-Technologie ist heute ein selbstverständliches Werkzeug, um eine Gesamtlösung wie ein automatisch arbeitendes Lagerlogistikzentrum, zu realisieren. Kommunikationsbarrieren sind unerwünscht. Welche AutoID-Technologie für welchen Zweck eingesetzt wird, soll ebenfalls der Anwendungsfall entscheiden und nicht die Kommunikationsschnittelle des AutoID-Geräts. Zudem werden klassische Kommunikationsstrukturen – Stichwort Automatisierungspyramide – aufgebrochen. Ein RFID-Reader kommuniziert heute direkt mit einem ERP-System sowie mit der SPS an der Produktionsstraße.
Motiviert von diesen Ideen und Anforderungen entschloss sich der AIM-Arbeitskreis, eine Kommunikationsschnittstelle auf Basis von OPC UA zu definieren. OPC UA ist einer der Standards für die Realisierung von modernen Kommunikationsarchitekturen und wird auch in den RAMI-Spezifikationen der Bundesregierung zum Thema Industrie 4.0 gelistet. Zudem wird OPC UA bereits von vielen SPSen und Softwaresystemen unterstützt. Eine Kommunikation zur Maschine wie auch zum Datenbanksystem in der Cloud ist so einfach zu realisieren. OPC UA ist der Kommunikationsstandard der Automatisierungsbrache. Nahezu kein Anbieter für diese Branche und nahezu kein Maschinenhersteller, der heute nicht bereits eine OPC-UA-Schnittstelle anbietet.
Dank objektorientierter Struktur eignete sich OPC UA sehr gut, um einen gemeinsamen Kommunikationsstandard für die verschiedensten AutoID-Technologien zu entwickeln. Gemeinsamkeiten, wie eine Scan Methode für die einfache Erkennung einer ID können so in übergeordneten Klassen definiert werden. Spezifische Ausprägungen können in hieraus abgeleiteten Klassen für die einzelnen AutoID-Technologien umgesetzt werden. Durch diesen Mechanismus, können auch auf dem Standard aufsetzend, herstellerspezifische Erweiterungen eingepflegt werden, ohne die gemeinsame Grundfunktionalität in Frage zu stellen.
Sicherheit gleich integriert
Kommunikationssicherheit ist zudem ein wichtiges Thema. Isolierte Kommunikationssysteme gibt es auch in Fertigung und Logistik immer seltener. OPC UA bietet integriert bereits diverse Sicherheitsmechanismen. Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) hat bestätigt, dass OPC UA bereits integral Mechanismen zur Umsetzung einer sicheren Datenkommunikation anbietet. OPC UA wurde unter Sicherheitsaspekten entwickelt und enthält keine systematischen Sicherheitslücken. Für AutoID-Systeme ist dieser Aspekt nicht zu vernachlässigen. Schließlich arbeiten auf Grundlage der vom AutoID-System kommunizierten Daten komplette Maschinen und Prozesse weitestgehend autonom.
Das Thema Sicherheit, nicht nur von Seiten der Kommunikation zur SPS oder Rechnersystem, haben die Mitglieder vom AIM-Verband generell als wichtig erachtet. AIM-Deutschland hat daher im Jahr 2018 einen eigenen Arbeitskreis „AutoID & Security“ gegründet. Dieser Arbeitskreis erarbeitet Handlungsempfehlungen wie die AutoID-Technik sicher zu verwenden ist. 2016 stellte AIM-Deutschland die OPC Unified Architecture for AutoID Companion Specification auf der Hannover Messe vor. Die ersten am Markt verfügbaren RAIN RFID Geräte von Siemens und Harting wurden in einer Demoapplikation auf dem Messestand der OPC Foundation gezeigt. Eine direkte Kommunikation, zum Beispiel bis in die Microsoft Azure Cloud, ist kein Problem. Die Schnittstellenspezifikation ist für alle frei verfügbar. So können alle SPS- und Backend-Systeme diese Schnittstelle direkt integrieren.
OPC UA hat seit 2016 weiter an Bedeutung gewonnen. Der Beitritt des Volkswagen-Konzerns in die OPC Foundation im Jahr 2018 zeigt, dass auch eine der Schlüsselbranchen Deutschlands bzw. Europas OPC UA für wichtig erachtet. Am 21. Mai 2019 richtet die Automatisierungsinitiative Deutscher Automobilhersteller (AIDA) gemeinsam mit dem Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer (VDMA) in Kooperation mit der OPC Foundation bei Volkswagen in Wolfsburg einen OPC-UA-Informationstag für Automobilzulieferer aus.
Ein Standard für alle Geräte
Die im Jahr 2016 veröffentlichte OPC Unified Architecture for AutoID Companion Specification ist inzwischen von vielen AutoID-Herstellern in die Geräte integriert worden. Inzwischen sind Barcode-, HF- und UHF-Geräte mit OPC-UA-Schnittstelle verfügbar. Damit unterstützen verschiedene AutoID-Technologien einen gemeinsamen Kommunikationsstandard und eine einheitliche, sichere Datenkommunikation zu unterschiedlichsten Geräten verschiedener Hersteller ist Realität.
Selbstverständlich unterscheiden sich die AutoID-Geräte der einzelnen Hersteller auch weiterhin. Differenzierungsmöglichkeiten weisen die Geräte genügend auf. Lediglich der Datenaustausch ist standardisiert. Dies vereinfacht die Einbindung der AutoID-Technologie. Dank „inbuild security“ erhöht sich bei richtiger Anwendung auch die Sicherheit der Kommunikation. Das beschleunigt den Ausbau der Automatisierung hin zu Industrie 4.0.
Kontinuierlich arbeiten die Teilnehmer an der Erweiterung und Verbesserung der Schnittstellenspezifikation. Ein Kernthema ist dabei die Vereinfachung der Schnittstelle für – aus AutoID-Sicht – einfachere Anwendungsszenarien, um so die Umsetzung und die Schnittstellenintegration zu beschleunigen und unnötige Hürden abzubauen. So kann in Zukunft das einfache Scannen eines einzelnen Objektes rein über Variablen ermöglicht werden. Funktionsaufrufe sind nicht mehr erforderlich. Der Implementierungsaufwand reduziert sich auf das Minimum.
Ein weiteres wichtiges Thema ist die Integration von Sensordaten. Insbesondere die RAIN-RFID-Technik wird immer häufiger zur Übertragung von Sensorwerten genutzt. So kann ein Objekt eineindeutig identifiziert werden, zusätzliche Daten ausgelesen und geschrieben sowie der aktuelle Zustand des Objektes abgefragt werden. Informationen, ob das Getriebe zu heiß, die Karosserie feucht oder der Container sicher verriegelt ist, können so direkt mit abgefragt werden. Oft sogar batterielos – also passiv und ohne zusätzliche Wartungsarbeiten. Die einzelnen Technologien verschmelzen hierbei immer weiter, klassische Sensorik und AutoID wachsen zusammen.
AIM-Deutschland hat auch diesen Aspekt in einem zusätzlichen Arbeitskreis „RFID & Sensorik“ im Jahr 2018 aufgegriffen. Die Ergebnisse und Empfehlungen dieses Arbeitskreises werden selbstverständlich auch bei der Erweiterung der OPC UA basierten Schnittstelle mitberücksichtigt. Zudem gibt es einen internationalen Austausch über den RAIN bzw. AIM North America Verband.
Zur Hannover Messe 2019 wurde das neuste Release der OPC Unified Architecture for AutoID Companion Specification von AIM-Deutschland in Kooperation mit der OPC Foundation vorgestellt worden. Erste Ergebnisse der erwähnten Arbeitsgruppen sind bereits implementiert. Der Arbeitskreis „Systemintegration“ ist auch weiterhin in Kooperation mit der OPC Foundation aktiv. ge
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