Um ein IoT-Projekt zu starten und erfolgreich durchzuführen, müssen Sie problemlos auf Informationen von vielen verschiedenen Geräten, Sensoren und Maschinen in Ihrem IoT-Netzwerk zugreifen und sie verarbeiten können. Dafür ist es wichtig, dass alle Komponenten auf die gleiche Art und Weise miteinander Daten austauschen können: Das OPC UA-Protokollb bietet die Brücke, um dies zu ermöglichen.

Die Vernetzung von verschiedenen Komponenten bietet viele neue Möglichkeiten Ihren Betriebsablauf zu verbessern. Stellen Sie sich z.B. vor, Sie überwachen über externe Sensoren die Betriebstemperatur und den Energieverbrauch an einer Maschine in Ihrer Produktion und erhalten automatisch eine Benachrichtigung, wenn kritische Werte überschritten werden.

Dadurch können Sie potenzielle Probleme frühzeitig erkennen und verhindern. Diese Fähigkeit zur Datenbeschaffung und Kommunikation bildet das Grundgerüst für effektive IoT-Lösungen und ermöglicht neue Potentiale für die digitale Fabrik.

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Der OPC UA Standard

OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) ist in der Industrieautomation von zentraler Bedeutung, um diverse Maschinen und Geräte miteinander kommunizieren zu lassen, ungeachtet ihrer Herkunft oder technologischen Grundlage. Hierbei wird das Konzept des "Client-Server"-Modells angewandt: Ein Client fragt Daten beim Server an und der Server stellt diese in einem strukturierten Format zur Verfügung.

Die Datenübertragung erfolgt mittels gängiger Protokolle wie TCP/IP und kann sowohl innerhalb lokaler Netzwerke als auch über das Internet stattfinden. OPC UA legt besonderen Wert auf Sicherheitsaspekte und Verschlüsselung, z.B. durch zertifikatsbasierte Authentifzierung, bei der jedes Gerät und jeder Nutzer ein eigenes digitales Zertifikat zur Zugangskontrolle verwendet.

OPC UA bildet außerdem die Grundlage für weiterführende Technologien wie umati (Universal Machine Tool Interface). Die umati Initiative hat das Ziel die Vernetzung und Interoperabilität von Werkzeugmaschinen verschiedener Hersteller zu verbessern.

Während OPC UA die Brücke für den Datenaustausch schlägt, so beschreibt umati die gemeinsame, herstellerübergreifende Sprache, in der Maschinen sich austauschen und verstehen können. Dies eröffnet das Potenzial für eine vernetzte Fabrikumgebung, in der Maschinen nahtlos kooperieren können – eine aufregende Perspektive, die dank OPC UA bereits heute Gestalt annimmt.

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Mit OPC UA und Azure IoT - Von der Maschine in die Cloud

Um die Vorteile von OPC UA in der Praxis zu nutzen, setzen wir bei prenode z.B. die Azure IoT Lösung ein. Das birgt drei entscheidende Vorteile:

1. Der OPC UA-Standard ist weit verbreitet und erlaubt eine nahtlose Integration verschiedener Maschinen und Geräte. Das beschleunigt die Umsetzung innovativer IoT-Lösungen enorm.
2. Die Sicherheitsfunktionen von OPC UA in Kombination mit den Schutzmechanismen der Azure IoT Lösung bieten eine sichere Umgebung für Datenübertragung und Zugriffssteuerung und damit die Grundlage für vertrauenswürdige IoT-Anwendungen.
3. Die Microsoft Azure Cloud ist führend bei der Vernetzung von IIoT-Geräten und dem Einsatz in der Industrie 4.0 und bietet sichere Software-Komponenten für diverse Anwendungsfälle. Die Verwendung dieser Komponenten erlaubt eine schnelle Skalierung und verhindert für unsere Kunden einen Vendor Lock-in.  

Das nachfolgende Diagramm verdeutlicht den typischen Ablauf zur Überwachung wichtiger Produktionskennzahlen mit Hilfe von OPC UA und einzelnen Azure Komponenten.

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Der Azure IoT Hub wird hierbei von Microsoft als verwaltete Cloud-Service-Plattform angeboten, um IoT-Geräte nahtlos in Azure zu integrieren. Dabei werden die IoT-Geräte sicher mit der Azure-Cloud verbunden, die Daten gesammelt und effektiv analysiert.

Hierdurch wird ermöglicht auf kurzfristige Veränderungen zu reagieren und neue, intelligente IoT-Anwendungen zu erstellen. Es werden typischerweise folgende Komponenten verwendet:

• IoT Edge Komponente - Die OPC UA Signale werden lokal von der IoT Edge Komponente empfangen, verarbeitet und an den IoTHub weitergeleitet.
• IoTHub - Der IoTHub ermöglicht eine sichere, bidirektionale Verbindung zwischen Edge und Cloud.
• EventHub - Verschiedene Anwendungen (einschließlich Power BI) können über den Event Hub auf die Daten zugreifen.
• Power BI - In Power BI werden die gewünschten KPIs in visuellen Berichten dargestellt (Weiterverarbeitung über z.B. Excel möglich)

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Typische Anwendungen

Die Kombination von Azure IoT und OPC UA eröffnet vielfältige Vorteile und Möglichkeiten Produktionsdaten intelligent zu verarbeiten und Erkenntnisse hieraus abzuleiten. Einige der wichtigsten Anwendungsfälle für die Industrie heutzutage sind:

• Digitaler Twin: Die Integration von Azure IoT und OPC UA ermöglicht die Erstellung von digitalen Zwillingen (Digital Twins). Diese virtuellen Repräsentationen realer physischer Anlagen oder Produkte bieten eine Reihe von Möglichkeiten. Durch die kontinuierliche Erfassung und Übertragung von Daten in die Cloud kann der Zustand des realen Objekts in Echtzeit überwacht und analysiert werden. Dies ermöglicht eine bessere Vorhersage von Wartungsbedarf, eine genauere Simulation von Prozessen und eine verbesserte Effizienz bei der Produktentwicklung und -optimierung.
• Smart Manufacturing: Die Verbindung der Maschinen an die Cloud ermöglicht die Umsetzung von Smart Manufacturing-Konzepten. Die Integration von IoT-Daten in die Fertigungslinien verbessert die Flexibilität, ermöglicht eine präzisere Planung und fördert die Automatisierung, was zu einer gesteigerten Produktionsleistung und zu einer verbesserten Qualitätskontrolle führt.
• ‍PräventiveWartung: Durch die kontinuierliche Erfassung und Übertragung von Maschinendaten in die Cloud können Unternehmen präventive Wartungsstrategien entwickeln. Die Analyse dieser Daten ermöglicht das Erkennen von Wartungsbedarf, bevor es zu Ausfällen kommt, was die Betriebszeit erhöht und ungeplante Stillstände reduziert.

OPC UA & Azure IoT in der Produktion

Die Kombination von Azure IoT und OPC UA eröffnet neue Möglichkeiten für Unternehmen, um Betriebsabläufe zu optimieren, die Produktivität zu steigern und Kosten zu reduzieren, indem sie auf umfassende Datenanalysen und intelligente Entscheidungsfindung setzen. Die erfolgreiche Verwendung dieser Technologien spielen eine entscheidende Rolle bei der Transformation von traditionellen Firmen - hin zu vernetzten, digitalisierten und zukunftsorientierten Unternehmen.

Bei prenode konnte durch die Nutzung von Azure Komponenten und OPC UA zusammen mit unserem Kunden TRUMPF eine innovative und von Microsoft ausgezeichnete Technologie implementiert werden, die das Modell Equipment-as-a-Service (EaaS) in der Blechindustrie ermöglicht. Experten von TRUMPF im Remote Control Center wird es ermöglicht die hochproduktiven Maschinen mit den optimalen Einstellungen zu steuern und Probleme bei der Produktion direkt aus der Ferne zu lösen.

Erfahren Sie mehr in unserer Erfolgsgeschichte: Remote Operations für das Equipment-as-a-Service (EaaS) Geschäftsmodell bei TRUMPF

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