Interface standard to simplify digitilisation

The open interface “Umati” allows to link machine tools with higher-level IT systems. Digitalisation is simplified, and modern production environments opened up for small and medium-sized enterprises, too. This will be demonstrated at the trade fair “EMO” in September.

Auf der Messe „EMO“ vom 16. bis 21. September 2019 in Hannover erwartet die Besucher in Halle 9 am „Umati“-Stand eine Demonstration die zeigt, wie die offene Schnittstelle im großen Stil funktioniert. Geplant sind mindestens 100 vernetzte Maschinen nationaler und internationaler Hersteller, die Vorstellung der laufenden Aktivitäten sowie die Präsentation des international abgestimmten Entwurfes der Companion Specification.

Mit der auf OPC UA basierenden Schnittstelle Umati (universal machine tool interface) will der VDW erreichen, dass Daten durch eine offene, standardisierte Anbindung aus Maschinen geleitet werden, die mit unterschiedlichen Steuerungen ausgestattet sind. Vergleichbar mit einem USB-Stick. „Es geht darum, etwas zu schaffen, das die Computerindustrie längst hat“, sagt Heinz-Jürgen Prokop, der Vorsitzende des Vereins Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken (VDW).

Für Maschinenbauer gehört die Digitalisierung längst zum täglichen Business. Und so formulieren die Unternehmen auch ihre Vorstellungen für den praktischen Einsatz und die Erwartungen an Umati. „Derzeit konzentrieren wir uns bei Profiroll auf die Analyse von Maschinendaten, um immer engere Toleranzen prozesssicher zu erreichen. So ist in den vergangenen Jahren eine Härtekompensation entwickelt worden, die Schwankungen im eingehenden Material prozessseitig ausregelt – wenn man so will eine intelligente Maschine. Eine groß angelegte Verarbeitung von Maschinenzustandsdaten erfolgt bei uns noch nicht. Entsprechend haben wir zunächst anderweitig im VDW an der Erarbeitung des Umati-Standards mitgewirkt, da die Ressourcen zur Softwareentwicklung im Haus begrenzt sind“, sagt Stephan Kohlsmann, Geschäftsführer der Profiroll Technologies GmbH in Bad Düben. „Unsere Kunden wünschen zunehmend Informationen zum Zustand der Maschinen, erreichten Stückzahlen und auch teilespezifische Daten. Wir Hersteller von Werkzeugmaschinen wissen, welche Informationen für einen Betreiber von Interesse sind und sind damit prädestiniert, einen Standard zu definieren und mit den Steuerungsherstellern zu vereinbaren.“

So könne in Zukunft der Betreiber von unterschiedlichen Werkzeugmaschinen erwarten, die notwendigen Daten in einem einheitlichen Kontext, in einem einheitlichen Takt und in einem einheitlichen Datenformat zur Verfügung gestellt zu bekommen. Das wäre ein Riesenfortschritt, weil er sich nur noch mit der für ihn spezifischen, ebenfalls standardisierten Speicherung und Verarbeitung der Daten kümmern müsse.

Zum Einsparpotenzial und zu Optimierungen, die durch einen einheitlichen Schnittstellenstandard realisiert werden können, sagt Kohlsmann: „Heute erhalten wir Maschinenhersteller von jedem Kunden in einem Lastenheft eine spezifische Anforderung zur Bereitstellung von für ihn wichtigen Daten in einem Format, das er sich ausgedacht hat. Das begründet projektspezifische zeit- und kostenintensive ingenieurtechnische Bearbeitung und Anpassung von Software. Der Standard Umati macht eine Erfüllung der vielseitigen Kundenwünsche überhaupt erst möglich. Das ist im Maschinenbau ein revolutionäres Projekt und vergleichbar mit dem neuen mobilen Übertragungsstandard 5G, durch den Entwicklungen wie autonomes Fahren, Augmented und Virtual Reality oder Echtzeitanwendungen Einzug in den Alltag halten.“

Basis für künftige Geschäftsmodelle

Auch bei der Samag Saalfelder Werkzeugmaschinen GmbH hat das Thema Digitalisierung sowohl im Umfeld der Serienfertigung Automotive als Anlagenbetreiber als auch im Segment Machine Tools besondere Bedeutung. „Basis für IoT oder Industrie 4.0 ist einerseits die Kenntnis der produzierten Daten und deren Bedeutung während der Lebenszeit eines Systems sowie die Nutzung einer gemeinsamen Sprache, damit alle Elemente eines Systems sich letztendlich verstehen. Samag Machine Tools schafft durch die enge Zusammenarbeit mit den Entwicklungsabteilungen der Premiumlieferanten die Voraussetzungen“, sagt Samag-Geschäftsführer Roland Emig.„Durch einen optimierten, abgesicherten und standardisierten Datenzugang zu den Planungs- und/oder Steuerungssystemen sind unter anderem eine optimierte Auslastung von Maschinen und Anlagen, eine Vermeidung ungeplanter Stillstandzeiten sowie die optimierte Planung von Verfügbarkeiten und Kapazitäten umzusetzen“, berichtet Emig.

Ergänzend dazu sei die gemeinsame Vorgehensweise Grundlage für dynamische, zukünftige Geschäftsmodelle wie zum Beispiel Pay-per-Use, Predictive Maintenance, Smart Monitoring, Smart Data Services und Capacity-on-Demand. „Grundsätzlich bestehen zudem Potenziale für die Erleichterung der Exporte durch eine sofortige Implementierung der Maschinen und Anlagen in bestehende Organisationsstrukturen ohne nationale Anpassungen. Hinzu kommt die Reduzierung der Varianten-vielfalt, die Möglichkeit, konzentriertes Expertenwissen im Unternehmen absichern zu können, die Release-Sicherheit und die Datensicherheit.“

Technische Grundlagen

Grundlage der entstehenden Spezifikation ist OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) – ein Datenaustausch-Standard für eine hersteller- und plattformunabhängige industrielle Kommunikation. „Der Standard liefert gleichzeitig ein Datenmodell und eine Kommunikationsstruktur, um Parameter und Semantik in standardisierter, offener Form zu implementieren. Deshalb findet er rasante Verbreitung, gerade im Maschinen- und Anlagenbau“, erläutert Alexander Broos, Leiter Forschung und Technik beim VDW, die technische Basis. Denn die Implementierung ist vergleichsweise einfach, da Entwicklungspakete genutzt werden können, um einen so genannten OPC UA-Server zu konfigurieren und diesen individuell anzupassen.

Eine wichtige Rolle spielen dabei einheitlich definierte Parameter, die in Form in einer OPC UA Companion Specification beschrieben und veröffentlicht werden. Träger der Standards ist die OPC-Foundation, die die Veröffentlichung und Verbreitung von OPC UA-Standards unterstützt. Somit ist auch die OPC-Foundation, ein Industriekonsortium, das die Standards für die offene Konnektivität von industriellen Automatisierungsgeräten und -systemen erstellt und aufrechterhält, ein wichtiger Partner. Der VDW ist seit Juni 2018 Mitglied.

Die wachsende Bedeutung der Digitalisierung ist ein Kernthema der EMO Hannover 2019. So bietet der Ausstellungsbereich „IoT in der Produktion“ den gesamten Überblick zu zentralen Aspekten der Digitalisierung, wie Industrial Security, Data Analytics, Industrial Cloud Services, Process Monitoring, Predictive Maintenance, Artificial Intelligence AI und Machine Learning sowie Big Data-Management.

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