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01 Mit UMCM wird die Kopplung von Maschinen zum Kinderspiel

Universelle Schnittstelle für die Maschine

02 UMCM definiert die Anwendungsschicht und greift dabei auf bewährte Transportprotokolle zurück

03 Ein beispielhaftes UMCM-Telegramm in XML-Struktur

Für immer komplexere Fertigungsszenarien gewinnen einfache Schnittstellen zwischen MES und Maschine zunehmend an Bedeutung. Ein Beispiel ist UMCM (Universal Machine Connectivity for MES). Auf den ersten Blick mag eine weitere Maschinenschnittstelle wenig Sinn machen, auch wenn diese standardisiert und damit universell einsetzbar ist. Der wesentliche Nutzen einer Kopplung mit UMCM liegt in der Einsparung von Implementierungsaufwand sowohl beim Maschinenhersteller als auch beim Anwender – und selbstverständlich auch beim MES-Anbieter.

Um in internationalen Märkten erfolgreich agieren zu können, sind Flexibilität, Schnelligkeit und Informationen über Fertigungsprozesse wichtige Voraussetzungen. Informationen über den Fertigungsprozess fallen dort an, wo die Teile produziert werden, an der Maschine. Nicht selten sind die Kosten für die Bereitstellung einfacher MDE-Signale für Takt und Status jedoch höher als die gesamte MDE/BDE-Software. Die optionalen MDE-Module lassen sich die Maschinenhersteller als Nachrüstgeschäft teuer bezahlen. Darüber hinaus verzögern sich viele MDE/BDE-Projekte durch das Warten auf den Maschinenhersteller, der diese Module nachrüsten soll.

Einfacher Zugriff auf die Produktionsdaten
Mit UMCM (Universal Machine Connectivity for MES) hat MPDV einen einfachen, standardisierten Zugriff auf Produktionsdaten definiert. Basierend auf der VDI-Richtlinie VDI 5600 Blatt 3 stellt er eine einfache Schnittstelle zwischen Maschine und MES (Manufacturing Execution System) zur Verfügung (Bild 1). Diese neue Schnittstelle umfasst die physikalische Anbindung der Maschine sowie deren Software-Protokolle: Ein „MES-Connector“, der für alle MES-Anbieter auf einfachste Weise Maschinendaten liefert, die in einer MES-Lösung archiviert und weiter verarbeitet werden können. Maschinenhersteller brauchen sich mit UMCM nur noch darum zu kümmern, dass die erfassten Daten (Zählerstände, Prozesswerte, Maschinenstatus) in der spezifizierten Form zur Verfügung stehen. Somit reduziert sich der Aufwand zur Pflege komplexer Schnittstellen auf nahezu Null. Anwender können sich mit UMCM entspannt auf die per-Definition-Kompatibilität von Maschinen und MES-System verlassen. Spezielles Schnittstellen-Knowhow ist nicht mehr erforderlich. MES-Anbieter profitieren von der besseren Kalkulierbarkeit von Einführungsprojekten, da der Aufwand für Maschinenankopplungen mit UMCM gegen Null geht.

Auf dem Weg zum Standard
Der allseits bekannte OPC-Standard ist zwar bereits ein erster Schritt in Richtung der Standardisierung von Schnittstellen, beschränkt sich allerdings rein auf die Transportschicht. UMCM umfasst neben der Transportschicht auch die Anwendungsschicht. Einfache Datentelegramme übergeben Informationen wie Maschinenstatus, Mengen, Zählerstände oder Prozessdaten inklusive Zeitstempel an das MES-System. Ziel dieser Entwicklung ist ein quasi Plug-and-work-Standard zur unkomplizierten und zeitsparenden Anbindung von Maschinen und Anlagen an ein MES-System. Damit UMCM zum Marktstandard wird, müssen noch viele Anbieter vom neuen Prinzip der Coopetition überzeugt werden (Wortneuschöpfung aus Cooperation – Zusammenarbeit und Competition – Wettbewerb), welches im Zusammenhang mit Industrie 4.0 immer wieder mal genannt wird. Heutzutage versuchen sich Anbieter meist noch durch spezielle Zusatzfunktionen von ihren Mitbewerbern abzuheben und übersehen dabei, dass ein Großteil der Anwender nur wenige dieser Spezialfunktionen nutzt, da diese nur von einem Hersteller angeboten werden. Die wachsende Heterogenität in den Maschinenparks produzierender Unternehmen hat so zwangsweise zur Folge, dass nur ein kleines Set gemeinsamer Funktionen genutzt werden kann.

Genau hier setzt UMCM an und spezifiziert die Daten, die nahezu jede Maschine problemlos liefern kann und die für aussagekräftige Auswertungen in einem MES-System relevant sind. Bei UMCM übertragen Maschinen mittels einfacher Datentelegramme die wichtigsten Daten an ein MES-System. Dazu gehören:
• Zeitstempel,
• Produktionsfortschritt,
• Zählerstände,
• Maschinenstatus,
• Prozesswerte und
• Materialinformationen.
Als Transportschicht dienen bewährte Standards wie OPC UA oder File-basierter XML-Transfer. In den meisten Fällen lassen sich Maschinen damit quasi via Plug-and-work an ein MES-System ankoppeln (Bild 2). Dabei ist UMCM deutlich weniger komplex wie typische Branchenschnittstellen, wie zum Beispiel Euromap 63 oder Weihenstephaner Standard.

Baustein für Industrie 4.0
Je mehr Anbieter UMCM in ihre Systeme, Steuerungen und Anlagen implementieren, umso effizienter können Fertigungsbetriebe mit den erfassten Daten arbeiten und ihre Produktionsprozesse damit optimieren. Die Standardisierung ist eine zentrale Methode auf dem Weg zur Fabrik von morgen bzw. zu Industrie 4.0. Nachdem UMCM die Forschungsarbeiten im Projekt Lupo (Leistungsfähigkeitsbeurteilung unabhängiger Produktionsobjekte) deutlich vorangebracht hat, kommt die universelle Schnittstelle nun auch bei weiteren Forschungsprojekten zum Einsatz. Im Zuge von Industrie 4.0 interessieren sich immer mehr Anbieter, Anwender und auch Hochschulen für das Thema Maschinenanbindung. Jede weitere Verwendung von UMCM trägt dabei zur Marktverbreitung bei und ebnet den Weg zum allgemein anerkannten Industriestandard. Auf der Hannover Messe präsentierte MPDV die universelle Schnittstelle als einen zentralen Bestandteil des Zukunftskonzepts MES 4.0. UMCM ist bereits eine praxisnahe Umsetzung des Handlungsfelds „Unified Shopfloor Connectivity“ und damit ein wichtiger Baustein für das große Gesamtkunstwerk Industrie 4.0.

Etablierung am Markt
Zurzeit wird UMCM unter Mitwirkung des MES D.A.CH Verbands, einem Zusammenschluss von MES-Anbietern im europäischen Raum, auf dem Markt und bei den Maschinen- und Steuerungsanbietern etabliert. Aktuell entwickeln die Mitglieder einer Arbeitsgruppe Beispielimplementierungen für UMCM in verschiedenen Einsatzszenarien und in Kombination mit unterschiedlichen Steuerungen bzw. Transportprotokollen. Aber nicht nur technisch rüstet sich UMCM für den Markt. Unter dem Slogan „Verbinden heißt UMCM“ treibt der MES D.A.CH Verband die Verbreitung nun schon seit mehr als einem Jahr voran. Mit einem kompakten Flyer und einem ausführlichen Prospekt präsentierte auch der MES D.A.CH Verband UMCM auf der Hannover Messe. Auch Stefan Hoppe, President OPC Europe, ist vom Konzept der universellen Maschinenkoppelung überzeugt: „Mit dem Datenprofil UMCM wird der logische nächste Schritt zum einfachen standardisierten Zugriff auf die Produktionsdaten definiert. OPC-Unified Architecture ist dazu die ideale performante Transportschicht mit integrierter Security vom kleinsten Embedded-Gerät bis zur MES/ERP IT-Enterprise Ebene.“

Am Puls der Zeit und doch dem Markt voraus
Die Spezifikation von UMCM ist mittlerweile abgeschlossen und kann in der Version 1.7 bei MPDV angefordert werden. Das Dokument enthält auch ein „Kochbuch“, welches anschaulich beschreibt, wie UMCM in einem konkreten Anwendungsfall implementiert werden kann (Bild 3). Die MES-Experten von MPDV setzen UMCM bereits produktiv ein und realisieren damit unkomplizierte Kopplungen zwischen MES und Maschinen. Prof. Dr.-Ing. Jürgen Kletti, Geschäftsführer der MPDV Mikrolab GmbH und Vorsitzender des MES D.A.CH Verbands sowie Leiter der UMCM Arbeitsgruppe, erklärt: „Unser Ziel ist es, so viele Maschinenkopplungen wie möglich mit UMCM zu realisieren. Nur so können wir UMCM als Industriestandard am Markt implementieren. Das haben wir uns als Initiator ganz groß auf unsere Fahnen geschrieben.“ Innovative Ideen brauchen immer einen Treiber – im Fall von UMCM sind das neben dem MES D.A.CH Verband die MES-Experten von MPDV. (no)

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Autorin:
Nadja Neubig ist Marketing Managerin bei der MPDV Mikrolab GmbH in Mosbach. n.neubig@mpdv.de