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Smarte Produkte auf Basis von OPC-UA ist wie Häuser bauen

Die Open Platform Communications Unified Architecture OPC UA ist als Standard in aller Munde. OPC UA dient dazu, Maschinendaten auszutauschen und um darauf aufbauende Anwendungen zu entwickeln, etwa als eine Smart-Maintenance-Lösung. Bei der Vielzahl der zu berücksichtigenden Aspekte einer solchen Lösung fehlt jedoch meist eine allgemeine leicht verständliche Planungsübersicht; die eigentlichen Ziele und der Kundennutzen sind oft nicht ausreichend definiert und somit wird die eigentliche Lösung eher zur Bastelarbeit denn zu einem ingenieurmäßig entwickelten Produkt. Hier kann eine vorab entwickelte aussagekräftige Architektur der angedachten Lösung großen Nutzen stiften und als Grundlage für alle Beteiligten im Projekt dienen.

Gemeinsam mit Elha-Maschinenbau (unser Aufmacherbild) hat die Two Pillars GmbH (Paderborn) eine derartige Architektur für eine cloudbasierte Smart-Maintenance-Lösung auf Basis von OPC-UA und der Unterstützung des Engineering-Tools iQuavis entwickelt. Wichtig bei der Entwicklung einer Architektur ist vor allem die systematische Vorgehensweise, um möglichst viele unklare Aspekte vorab zu identifizieren, die ein Risiko für die Umsetzung bedeuten könnten. An diesem Beispiel soll die Vorgehensweise veranschaulicht werden.

Bild 1: Stakeholder, Bedarfe und technische Anforderungen der OPC-UA-Smart-Maintenance-Lösung (Ausschnitt)

Damit stets nachvollziehbar ist, woher sich Anforderungen an die Smart-Maintenance-OPC-UA-Lösung ergeben haben, werden alle relevanten Stakeholder (Interessensgruppen) der Lösung festgehalten (Bild 1). Hiernach werden auch die konkreten Bedarfe der Stakeholder identifiziert. Beides ist essentiell, um hieraus die Kundenanforderungen abzuleiten. Aus den gesammelten Informationen leiten sich darauffolgend technische Anforderungen an die zu entwickelnde Lösung ab, welche wiederum weiter detailliert werden müssen.

So ergeben sich im Beispiel der Smart-Maintenance-Lösung für den Maschinenbediener andere Bedarfe als für den Produktionsleiter (vgl. Bild 1). Die Bedarfe werden in technische Anforderungen übersetzt. Dabei werden auch Anforderungen an die vom Kunden gewünschte Datenspeicherung, wie hier in Form des Wunsches nach einer Cloud-Umgebung und den entsprechenden Teilanforderungen aufgenommen. Es entsteht so bereits früh eine gemeinsame Ausgangslage über die gewünschte Funktionalität und den Umfang der Lösung. Aus dieser abstrakten Betrachtung werden anschließend Komponenten zur Lösungsrealisierung erarbeitet. Dies ist ein typisches Vorgehen des Systems Engineering, das aber gerade für neue Technologien nicht immer leicht umzusetzen ist.

Bild 2: OPC UA Architektur/ Lösungsbeschreibung

Die identifizierten Lösungskomponenten werden anschließend hierarchisiert und in einer Wirkstruktur festgehalten (Bild 2). Die Wirkstruktur selbst dient dazu die physikalischen Beziehungen und Zusammenhänge der Komponenten untereinander durch Stoffflüsse abzubilden, sodass als Ergebnis eine allumfassende Skizze über alle Komponenten des Systems vorliegt.

Für die Smart-Maintenance-Lösung ergaben sich für das Beispiel zwei Arten von Komponenten: Umfeldelemente, die als unveränderbar angenommen werden und einen Einfluss auf die Lösung ausüben (gelb) und Systemelemente (blau), die sich aus den Anforderungen an die Lösung ergeben haben. Verbunden sind diese durch Flüsse. Im Beispiel sind dies Daten und Austauschformate, die im Hintergrund noch weiter detailliert werden.

Die Architektur beinhaltet somit alle relevanten Informationen der Smart-Maintenance-OPC-UA-Lösung, sodass diese in den Entwicklungsabteilungen verteilt und gewinnbringend eingesetzt werden können. So stellt die Architektur die Grundlage für ein gemeinsames Verständnis und zugleich die Ausgangslage zur konkreten Umsetzung.
Dies bestätigt auch der Geschäftsführer von Elha-Maschinenbau, Hans-Georg Liemke: „Durch die Architekturentwicklung mit Two Pillars und der Engineering-Software iQuavis konnten wir die OPC UA Umsetzung systematisch planen. Rückblickend hat die erarbeitete Architektur uns befähigt, das OPC UA Projekt genauso, wie wir uns es vorgestellt haben, zu realisieren.“

 

*OPC UA = Open Platform Communications Unified Architecture; Standard für den Datenaustausch als plattformunabhängige, serviceorientierte Architektur, um Maschinendaten zu transportieren und maschinenlesbar semantisch zu beschreiben.

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