OPC UA GMS: die Messtechnik revolutioniert

Eine Hauptrolle bei Industrie 4.0 spielt die Messtechnik. Ihre digitale Transformation steht und fällt mit der Schnittstelle OPC UA GMS (geometrische Messsysteme), mit der ein Arbeitskreis des Verbands Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) den Weg zur herstellerneutralen Kommunikation beim Messen freimacht. Wie sie durch ihre Mitarbeit in diesem Gremium die Arbeitsabläufe in der Messtechnik verbessern wollen, erläutern die drei Unternehmen Mahr, Wenzel und Zeiss.

„Die Qualität hängt von der Genauigkeit des Instruments ab“, befand bereits Henry Ford. Der Autopionier, der mit Frederick Winslow Taylor vor über einem Jahrhundert das Qualitätsmanagement erfand, wäre sicher erstaunt über die Präzision heutiger digitaler Messtechnik. Zumal sie sich von seinem Qualitätsmanagement erheblich unterscheidet, denn damals wurde erst am Ende des Produktionsprozesses gemessen. An seine Stelle trat das frühzeitige Messen im Prozess (Inline-Messung). Dank der Kommunikation von Messergebnissen oder Korrekturwerten an Werkzeugmaschinen können Unternehmen seitdem ihre Qualitätssicherung optimieren und die Produktivität signifikant steigern. Hier kommen die offenen, herstellerneutralen Schnittstellen OPC UA GMS und I++ DME ins Spiel, die für effizienten und präzisen Datenaustausch zwischen verschiedenen Maschinen und Herstellern sorgen und so die Tür zur Integration der Messtechnik in die digitale Fabrik öffnen.

Datenzugang vereinfacht und standardisiert

Die Bedeutung der Standardisierung betont Tiberiu Dobai, Product Owner Metrology Software bei der Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH aus Oberkochen, die sich im VDMA-Arbeitskreis OPC UA GMS engagiert: „Nach der erfolgreichen Verabschiedung der ersten OPC UA Companion Specification für die geometrischen Messsysteme (OPC UA GMS), liegt der Fokus auf der technischen Umsetzung dieser ersten Version. Ein Beispiel dafür ist der neue Zeiss Data Hub, der Kunden einen einfachen und standardisierten Zugang zu Maschinendaten ermöglicht."

Wie der Data Hub in der Praxis funktioniert, demonstrierte das Unternehmen auf der EMO Hannover. Das neue Produkt arbeitet zusammen mit Koordinatenmessgeräten und dem umati.app Dashboard, das Maschinendaten in einer zentralen, benutzerfreundlichen Oberfläche darstellt. Die Konnektivitätsinitiative umati (Universal Machine Technology Interface) von VDMA und VDW vereinheitlicht die digitale Kommunikation in der Produktionstechnik. Dazu nutzt sie OPC UA als Kommunikationsprotokoll, um Maschinendaten zu sammeln und zu übertragen.

Ein Beispiel für den Mehrwert, den eine standardisierte und transparente Datenkommunikation bietet, ist ein Datenpaket für die Berechnung der Overall Equipment Effectiveness (OEE). Dobai: „Die bereitgestellten Daten ermöglichen es den Kunden, die Auslastung und Nutzung der einzelnen Maschinen zu berechnen und zu optimieren. Damit entsteht Transparenz, die den Kunden eine ressourceneffiziente Fertigung ermöglicht."

Eine gemeinsame Sprache für geometrische Messsysteme

Auch die Mahr GmbH aus Göttingen ist von Anfang an aktives Mitglied im VDMA-Arbeitskreis. „Trotz der Vielfalt der geometrischen Messsysteme ist es uns gelungen, eine gemeinsame Sprache für sie zu finden“, erklärt Dr. André Schella, Data Scientist bei Mahr. Die Göttinger haben den Standard nach der Veröffentlichung im Mai 2023 in einen umati-Showcase implementiert.

Der Data Scientist bezeichnet besonders OPC UA GMS als Schlüsseltechnologie für die Umsetzung von Industrie 4.0. Für ihn ist es jedoch nicht nur wichtig, dass Messmaschinen auf gleiche Art und Weise mit ihrer Umgebung kommunizieren können: Vielmehr gehe es auch darum, „eine nahtlose Integration der Maschinendaten entlang der vertikalen Wertschöpfungskette zu ermöglichen“.

Messschieber und Messmaschine: Anbindung an umati-Dashboard

OPC UA erlaube außerdem ein kontinuierliches Monitoring des Produktionsprozesses und mache so Produktionsabläufe transparenter. Die positiven Effekte laut Schella: „Feedback kann an die Produktionsmaschinen gesendet werden, um effizienter zu produzieren, was zu weniger Ausschuss und geringeren Prozesskosten führt." Wie es in der Praxis bereits funktioniert, erfuhren Interessierte auf dem Mahr-Messestand auf der EMO Hannover 2023: Dort führten die Göttinger den Funk-Messschieber MarCal 16EWRi und die Zylinder-Koordinaten-Messmaschine Mar4D vor, die beide mit dem umati-Dashboard verbunden sind.

„Die Einführung von OPC UA soll den Arbeitsalltag unserer Kunden signifikant erleichtern“, begründet Prof. Dr. Heiko Wenzel-Schinzer, Geschäftsführer und Chief Digital Officer (CDO) der Wenzel Group GmbH & Co. KG aus Wiesthal die aktive Mitarbeit im VDMA-Arbeitskreis. „Durch die einheitliche Sprache und die standardisierten Kommunikationsprotokolle wollen wir unseren Messlösungen ermöglichen, problemlos mit verschiedenen Maschinen und Systemen zu interagieren. Dies gewährleistet eine effizientere Datenintegration und erleichtert beispielsweise die Fehlerdiagnose und die Wartung der Anlagen.“

Messtechnik aller Art in Produktionslinie integriert

So gelang es dem Unternehmen in einem Standardisierungsprojekt dank OPC UA, verschiedene Messgeräte und -systeme in eine Produktionslinie zu integrieren. „Die automatisierte Überwachung, Kontrolle und Kalibrierung der Messsysteme in Echtzeit ermöglichen es uns, schnell auf Abweichungen oder Probleme zu reagieren", erklärt der CDO. Weitere Vorteile liegen in der frühzeitigen Erkennung möglicher Störungen und einer damit einhergehenden Reduzierung von Anlagenausfallzeiten durch gezielte Wartungsmaßnahmen.