Wiederverwendbarkeit und Standardisierung
Teile und herrsche mit OPC UA!
Das IEC62541-basierte M2M-Protokoll OPC UA gilt heute schon für viele als wichtigster Standard für die nicht deterministische industrielle Kommunikation. In naher Zukunft soll OPC UA inklusive Echtzeitfähigkeit und Safety von der Feldebene bis in die Cloud eine umfangreiche Anwendungspalette abdecken. Allein im VDMA erarbeiten rund 40 Arbeitskreise Vorschläge und Standardisierungen für unterschiedliche Anwendungsfälle und Domänen. So gesehen steht der Übergang von firmenspezifischen Technologien hin zu OPC UA eigentlich außer Zweifel. Ein etwas anderes Bild ergibt sich, wenn man die praktische Anwendung und die derzeitigen strategischen Entscheidungen bei den Maschinenbauern betrachtet.
Bild: Ingenieurbüro lean-digital-transformationHier sieht man sich sehr schnell mit Fragen konfrontiert: Dient OPC UA wirklich der Sicherung der Innovationsführerschaft oder ist es Zeitverschwendung? Ist es letztlich nicht nur ein Standard unter vielen, der zudem noch nicht einmal eine breite installierten Basis hat? Diese Fragen hat sich auch der Expertenkreis "Mensch und Mechatronik" aus Automatisierern, Maschinenbauern und Beratern gestellt.
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Wiederverwendbarer Modulbaukasten
These Nummer 2 lautet: "Für die Rationalisierung und Wartbarkeit werden große Softwaresysteme architekturell in Fraktale zerlegt. Die Standardisierung ist für die Wirtschaftlichkeit komplexer werdenden Produktionsanlagen entscheidend." Sie zielt auf den schlichten Grundsatz bei technisch aufwändigen und umfangreichen Systemen hin - teile und herrsche. So ist es im Allgemeinen das Ziel erfolgreicher Maschinen- und Anlagenbauer einen wiederverwendbaren elektromechanischen Modulbaukasten zu entwickeln, der einen Großteil der Prozessanforderungen abdeckt. Der verbleibende Aufwand für schlecht vorhersehbare und bzw. planbare kundenindividuelle Anpassungen ist dann im besten Fall sehr gering. Die Vorteile wirken über den gesamten Produktlebenszyklus vom Engineering über die Inbetriebnahme bis hin zu Wartung und Rückbau. Grundsatz der Zerteilung und Wiederverwendung sowie deren Nutzen gelten in der Software selbstverständlich ebenso. Allerdings ist der Weg dorthin beschwerlich und auch die Pflege eines Softwarestandards stellt besondere Herausforderungen. Die vermeintlich so leichte Wandelbarkeit von Software wird zum Stolperstein. Eine zentrale Frage mit der sich viele Softwareteams laufend konfrontiert sehen ist: Warum sich mit Standardisierung aufhalten, wenn es doch auch so schnell angepasst werden kann. Aber je größer und vielschichtiger das Softwaresystem ist, desto weniger wandelbar wird es de facto - obwohl es immer noch den Anschein hat als könne man die einzelnen Funktionen leicht ändern. Jeder Programmierer, der an einem großen Bestandssoftware nur eine Kleinigkeit ändern muss, kennt diesen Effekt nur zu genau. Im Umfeld einer digital transformierten Produktion, das große, langlebige und komplexe Softwaresysteme erfordert, ist ein Höchstmaß an Standardisierung erfolgsentscheidend. Standardisierung von Software heißt demnach nicht (nur) die Softwarestrukturen zu standardisieren, sondern vorrangig die Programm- und Kommunikationsschnittstellen. Ansonsten erhält man starre Templates, die eine Wiederverwendung im Sinne der flexiblen Erweiterbarkeit stark einschränken oder sogar zunichtemachen.
Bild: Ingenieurbüro lean-digital-transformationServiceorientierte Architekturen
Die bestmögliche technische Umsetzung einer jeden Systemkomponente sollte für sich gesehen frei wählbar sein. Nach dem derzeitigen Stand der Technik erfüllen das sogenannte serviceorientierte Softwarearchitekturen am besten. Bei Microservice-Architekturen ist die Entkopplung der einzelnen Services bzw. dahinterliegenden Softwarekomponenten so stark, dass diese weder gemeinsam entwickelt noch technische Gemeinsamkeiten haben müssen. Lediglich die Information, die die jeweiligen Services benötigen bzw. die diese wieder selbst bereitstellen, müssen fest definiert sein. Nicht umsonst heißt es in einer Definition des VDMA: "Industrie-4.0-Kommunikation unterscheidet sich von bisheriger Kommunikation im Wesentlichen dadurch, dass sie auf einer standardisierten serviceorientierten Architektur (SOA) beruht und die Übertragung von sich selbstbeschreibenden Informationen ermöglicht. (?) Diese Selbstauskunftsfähigkeit reduziert den Konfigurationsaufwand und erleichtert das Benutzerverständnis." OPC UA trägt diesen Anspruch schon im Namen mit Open Platform Communications Unified Architecture. Die grundlegende Architektur des Standards ist dienstbasiert aufgebaut. So ermöglicht das OPC UA Information Modeling Framework es, die Daten und das Verhalten von Systemen - also z. B. einer Maschine oder Anlage - in sogenannte Informationsmodelle zu verwandeln, die dann wiederum mit anderen OPC-UA-Anwendungen über folgende Basisdienste diese Informationen zur Verfügung stellen:
Bild: Ingenieurbüro lean-digital-transformation? Informationsmodell durchsuchen/erkunden (browse), ? die Variablen je nach Zugriffsrechten lesen und schreiben (read/write), ? Veränderungen von Variablenwerten (subscribe) und Ereignisse (events) abonnieren, womit ein kontinuierliches Abfragen nach neuen Werten entfällt, und ? Methoden und Programme auf der Serverseite aufrufen (methods/programs), um direkt Aktionen zu initiieren.
Mittels objektorientierter Mechanismen können damit selbst komplizierte, vielschichtige Strukturen und deren Verhalten eindeutig abgebildet und systematisch erweitert werden. Damit ist nun nicht nur ein flexibel erweiterbarer Informationsaustausch auf Dienstbasis möglich, sondern es können zudem größere Softwarekomponenten die wiederum als komplexer Dienst agieren (z.B. Streamanalye von Sensordaten) im Sinne von Microservices mit OPC UA flexibel mit einander verkoppelt werden.
Fazit zur zweiten These
OPC UA ist mehr als nur ein Kommunikationsprotokoll. Es unterstützt durch seine technischen Eigenschaften in passender Weise moderne, flexible Softwaresysteme und den daraus resultierenden Bedarf an standardisierten Systemschnittstellen.
Das IEC62541-basierte M2M-Protokoll OPC UA gilt heute schon für viele als wichtigster Standard für die nicht deterministische industrielle Kommunikation. In naher Zukunft soll OPC UA inklusive Echtzeitfähigkeit und Safety von der Feldebene bis in die Cloud eine umfangreiche Anwendungspalette abdecken. Allein im VDMA erarbeiten rund 40 Arbeitskreise Vorschläge und Standardisierungen für unterschiedliche Anwendungsfälle und Domänen. So gesehen steht der Übergang von firmenspezifischen Technologien hin zu OPC UA eigentlich außer Zweifel. Ein etwas anderes Bild ergibt sich, wenn man die praktische Anwendung und die derzeitigen strategischen Entscheidungen bei den Maschinenbauern betrachtet.
Bild: Ingenieurbüro lean-digital-transformationHier sieht man sich sehr schnell mit Fragen konfrontiert: Dient OPC UA wirklich der Sicherung der Innovationsführerschaft oder ist es Zeitverschwendung? Ist es letztlich nicht nur ein Standard unter vielen, der zudem noch nicht einmal eine breite installierten Basis hat? Diese Fragen hat sich auch der Expertenkreis "Mensch und Mechatronik" aus Automatisierern, Maschinenbauern und Beratern gestellt.Bild: Ingenieurbüro lean-digital-transformation
Ingenieurbüro lean-digital-transformation
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 12 2019 - 10.12.19.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
