Branchenorientierte Companion Specifications für OPC UA

Der Trend und seine
Herausforderungen

Der Trend zu branchenübergreifenden OPC UA Companion Specifications bringt einige Herausforderungen mit sich, z.B. die branchenweite Abstimmung von Inhalten eines Informationsmodells. Um dieser Situation mit einem vereinheitlichten Vorgehen zu begegnen, wird zusammen mit vielen Hinweisen für Organisatoren, Moderatoren und Teilnehmer durch den VDMA-Arbeitskreis ein Leitfaden als Einheitsblatt veröffentlicht. Um den Anspruch des Leitfadens nach Wiederverwendung zu unterstützen, wird als weiteres Hilfsmittel eine Darstellung der Zusammenhänge zwischen Companion Specifications untereinander und den zugrunde liegenden Standards vorgestellt.

OPC UA-Architektur (gemäß Ascolab) (Bild: Ascolab GmbH)

OPC UA-Architektur (gemäß Ascolab) (Bild: Ascolab GmbH)

In den letzten fünf Jahren beschäftigen sich immer mehr Unternehmen vertieft mit OPC UA beschäftigen und definieren zunehmend über Fachverbände Companion Specifications. Betrachtet man die Architektur von OPC UA, konzentrierten sich bisherige Aktivitäten und Produkte auf herstellerspezifische Informationsmodelle. Somit konnte der herstellerübergreifende Standard lediglich auf der Ebene der Grundmechanismen (Transport, grundlegende Modellierungsregeln, Basisdienste) genutzt werden. Durch die wachsende Bedeutung von Interoperabilität aufgrund der zunehmenden Umsetzung von Industrie-4.0-Ansätzen etablieren sich – oft unter dem Dach eines Fachverbandes – Arbeitskreise zur Spezifikation branchenweit standardisierter Informationsmodelle. Eine branchendefinierte Companion Specification erleichtert den Ein- oder Umstieg einzelner Unternehmen in OPC UA als Kommunikationsstandard durch ein vorbereitetes Informationsmodell. Dieser Parametersatz kann als Standardschnittstelle für eine Vielzahl an Anwendungen aus der Branche dienen.

Darstellung der Abhängigkeiten zwischen Teilen des OPC-UA-Standards und Companion Specifications. (Bild: Inst. f. Steuerungstechn. der Werkzeugm.)

Darstellung der Abhängigkeiten zwischen Teilen des OPC-UA-Standards und Companion Specifications. (Bild: Inst. f. Steuerungstechn. der Werkzeugm.)

Wägetechnik und Werkzeugmaschinen

So ist aktuell auch im VDMA eine Vielzahl von Fachverbänden im Bereich OPC UA aktiv. Aus diesen Aktivitäten sind bisher mehrere Release Candidates sowie auch finale Companion Specifications für die Fachverbände der jeweiligen Branche entstanden. So erarbeitete z.B. der VDW in seiner ersten Spezifikation (Veröffentlichung Juli 2017) eine Schnittstelle zur Anbindung von HMIs an CNC-Steuerungen. Der Fokus lag auf der Standardisierung von maschineninterner Kommunikation. In seiner aktuellen Aktivität strebt der VDW hingegen, analog zur Fachabteilung Wägetechnik im VDMA, eine standardisierte Außenschnittstelle der jeweiligen Produktklassen zu übergeordneten Systemen (z.B. ERP, MES oder Cloudapplikationen) an. So reduzieren sich die Aufwände für kundenspezifische Anpassungen bei der Anbindungen an diese Systeme. Der Fokus kann dann auf die Kernkompetenz der Werkzeugmaschinen- oder Waagenhersteller gelegt werden, die in der Weiterentwicklung und Verbesserung ihrer Produkte und dem dafür notwendigen Domänenwissen besteht. Die Arbeitsgruppen bestehen aus acht bzw. zwölf Unternehmen der jeweiligen Branchen, die ein breites Spektrum der Branchenverbände abdecken. Die Heterogenität in den Unternehmen soll die spätere Akzeptanz durch die restliche Branche sichern, da unterschiedlichste Maschinentypen, aber auch Anwendungsszenarien betrachtet werden. Gleichzeitig erhöht sich jedoch der Aufwand für die Abstimmung und Einigung auf einen gemeinsamen Parametersatz. Ein zielgerichtetes Vorgehen ist daher Grundvoraussetzung für ein zügiges Vorankommen und um sicherzustellen, dass die Themen in voller Breite betrachtet werden bevor das Informationsmodell im Detail definiert wird. Die Fokussierung auf die domänenspezifische Kernkompetenz bedeutet häufig, dass das technische Vorwissen zu den umfangreichen und generischen Modellierungsmöglichkeiten von OPC UA nur in geringem Umfang vorhanden ist. Daher erlaubt ein möglichst hohes Abstraktionslevel den Domänenexperten, ihr Wissen in Struktur zu bringen, ohne sich mit Details der OPC-UA-Umsetzung zu befassen.

Schritte im UML-ähnlichen Vorgehen zur Erstellung von Companion Specifications. (Bild: Inst. f. Steuerungstechn. der Werkzeugm.)

Schritte im UML-ähnlichen Vorgehen zur Erstellung von Companion Specifications. (Bild: Inst. f. Steuerungstechn. der Werkzeugm.)

Leitfaden für Companion Specifications

Die OPC Foundation definiert als Vorgabe für Companion Specifications in erster Linie eine Dokumentenvorlage sowie die Abgabe eines Nodeset-XML. Ein standardisiertes Vorgehen zur Erarbeitung der Inhalte oder speziell zur OPC-UA-Informationsmodellierung existiert nicht. Erfahrungen zu wiederkehrenden Problemstellungen aus Arbeitskreisen wie den genannten Beispielen zeigen jedoch, dass eine einheitliche Methode hilfreich für die Erstellung neuer Spezifikationen wäre. Der VDMA gründete deshalb einen Arbeitskreis, um seinen Fachverbänden Hilfestellung zu geben und eine größere Einheitlichkeit im Verband zu erreichen. Der Leitfaden soll ein Werkzeug sein, Erfahrungswerte und daraus abgeleitete Empfehlungen aus bisherigen Aktivitäten zu Companion Specifications zu vermitteln. Hierzu wurden Erfahrungen aus abgeschlossenen und laufenden Arbeiten analysiert und verglichen. Dabei zeigte sich wie erwartet zunächst ein klarer Bedarf nach organisatorischen Vorgaben und Hilfsmitteln (z.B. Vorlagen oder Working Group Charters). Zudem fiel auf, dass viele bisherige Arbeitsgruppen zu Beginn ihrer Arbeit viel Zeit durch die Auseinandersetzung mit den Merkmalen der Technologie OPC UA und der Ableitung eines geeigneten Vorgehens für den Weg vom Domänenwissen zur Companion Specification verloren. Im Ergebnis waren die Vorgehensmodelle jedoch alle sehr ähnlich. Daher lag es nahe, zukünftigen Arbeitsgruppen den Einstieg in die Arbeit durch ein standardisiertes, aber ausreichend flexibles Vorgehensmodell zu erleichtern, welches durch entsprechende Dokumentvorlagen unterstützt wird.

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