Die Planung von Groupe Renault lautet, den Einsatz von OPC UA-fähigen Geräten und Anlagen weltweit an allen Produktionsstandorten zu realisieren, und die durchgängige Datenkommunikation vom Sensor über die Maschinen bis in die Cloud und wieder zurück mit dem Kommunikationsstandard OPC UA umzusetzen. Heute wird OPC UA bereits in 17 der 38 Fertigungsstandorte mit insgesamt 3300 OPC UA-fähigen Geräten eingesetzt.
Der Start der digitalen Transformation begann bei Renault bereits 2016 im Werk Valladolid in Spanien. Dort wurden zahlreiche digitale Pilotprojekte mit Initialcharakter für die Automobilproduktion des französischen Automobilkonzerns angestoßen. Weitere Produktionsstandorte in der Türkei sowie in Rumänien begannen ebenfalls fast zeitgleich mit der Fokussierung auf digitale Projekte.
Renault erkannte bereits 2017, dass der Kommunikationsstandard OPC UA die notwendige Voraussetzung bietet, Daten unterschiedlichster Maschinen und Betriebssysteme effizient miteinander zu vernetzen. Die Integration von OPC UA-fähigen Komponenten und Anlagen wurde seitdem aktiv forciert.
Groupe Renault auf dem Weg zur Smart Factory
Die Steuerung, Optimierung und Profitabilität der standortübergreifenden Fertigung auf der Basis von sicheren Echtzeitdaten stellt die Zukunft der Automobilproduktion dar.
ZIELE AUF DEM WEG ZUR DIGITALISIERUNG
Eine Gruppe aus OT-, IT-, Geräte- und Software-Experten erklärte bereits 2017 für den gesamten Konzern fünf konkrete Ziele zur digitalen Transformation der Automobilproduktion. Zu diesen Zielen gehörten die vernetzte Belegschaft, datengesteuerte Abläufe in Echtzeit, Prozesse 4.0, flexible Lieferketten und Anlagen sowie die vollständige Rückverfolgbarkeit von Bauteilen.
Die Vision der intelligenten Automobilproduktion Realität werden lassen, war das ehrgeizige Zukunftsszenario. M2M-Kommunikation, Cloud-Anwendungen, Big Data, und Machine Learning gehörten genauso zur Vision wie KI und digitaler Zwilling.
HÜRDEN AUF DEM WEG ZUR DIGITALISIERUNG
In der Automobilindustrie kommen hochspezialisierte Produktionsanlagen zum Einsatz. Renault nutzt unterschiedliche Montagesysteme, Wartungssysteme, Testanlagen, Schweißautomaten und Industrieroboter, die jeweils über spezifische Betriebssysteme verfügen. Einige Anlagen sind als Legacy-Systeme bereits seit den 1980er Jahren im Einsatz.
Eine große Herausforderung lag daher zu Beginn der Digitalisierungsoffensive 2016 und 2017 in der fehlenden Interoperabilität der Systeme. Die Vernetzung der etablierten Anlagen mit unterschiedlichen Betriebssystemen ließ sich nicht ohne Weiteres umsetzen. Außerdem mussten interoperable Schnittstellen integriert und eine einheitliche Datenstruktur sowie Kommunikationsprotokolle erarbeitet werden, damit die Produktion überhaupt auf standardisierte Daten zugreifen konnte.
Die Vision der intelligenten Fabrik und Profitabilität war zu Beginn vor allem von der Suche nach der geeigneten IT-Architektur geprägt. Groupe Renault entschied sich, die Digitalisierung der Produktion auf dem Fundament der OPC UA-Technologie und der OPC UA-basierenden Companion Specifications aufzubauen. Zusätzlich entwickelte Groupe Renault eigene Datenmodelle für verschiedene Prozesse.
Weltweiter Kommunikationsstandard für die Automobilindustrie
Was kann OPC UA?
Die Buchstaben OPC UA stehen für Open Platform Communications Unified Architecture (IEC62541). Es geht dabei um eine IT-Architektur, die auf unterschiedlichen Betriebssystemen integriert werden kann. Daten werden von OPC UA-Servern bereitgestellt. Der OPC UA-Client bzw. Subscriber kann auf diese Daten zugreifen. Ein System kann hierbei Server und Client gleichzeitig sein.
Das Effiziente an OPC UA?
Die Architektur ist plattform- und herstellerunabhängig. OPC UA steht für einen weltweit einheitlichen Standard für den bidirektionalen Informationsaustausch. Dieser Standard ermöglicht die Übermittlung von Maschinendaten und die semantische Beschreibung der Daten.
WAS GEHÖRT ZUM OPC UA-BAUKASTEN?
Einfache Schnittstellen, einheitliche Nachrichtenformate, flexible Erweiterungsmöglichkeiten und die Implementierung hoher Sicherheitsstandards. OPC UA bietet somit eine anpassungsfähige Architektur, die sich flexibel und schnell auf Neuerungen in der industriellen Automatisierung einstellen kann. Vom Sensor bis in die Cloud und zurück in Echtzeit lautet das Erfolgsrezept von OPC UA.
Die Vorteile eines einheitlichen Datenmodells sind herstellerübergreifend in der gesamten Automobil- und Zulieferindustrie von signifikantem Nutzen.
Google Cloud Platform
"Wir fühlen uns geehrt, die OPC Foundation zu unterstützen. Unsere Mitgliedschaft unterstreicht das Engagement von Google Cloud für Offenheit und Zusammenarbeit mit der Industrie. Mit OPC UA werden wir Maschinendaten in unsere Datenanalyse- und KI-Fähigkeiten einbinden, um letztlich neue Fähigkeiten und Leistungen in der Fabrik zu fördern. Indem wir KI über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg vorantreiben, wollen wir Flexibilität und Auswahlmöglichkeiten in industriellem Maßstab bieten."
ADAPTER ZEIGEN DEN WEG
Zur Sicherstellung der einheitlichen Datenstruktur werden für die bestehenden Maschinen Gateways bzw. Adaptoren für die Maschinendaten eingesetzt. Mittels MQTT werden die OPC UA Sensordaten (Publication Topics) und Sensorkonfiguration (Command Topics) verteilt. Dadurch ist sowohl die Übermittlung von Monitoring-Sensordaten in die Cloud als auch die Steuerung von Maschinen mit Sensordaten aus der Cloud möglich. Groupe Renault nutzt zur Sammlung der Daten die Google Cloud Platform.
RENAULT ENTSCHEIDET SICH
Diese Vorteile waren für Renaults Expertengruppe ausschlaggebend, OPC UA als Kommunikationsstandard werksübergreifend zu integrieren. Die OPC UA-Schnittstelle bietet für Renault den einheitlichen Zugriff auf Daten divergenter Steuerungstypen. OPC UA erzeugt Datensicherheit in der Kommunikation, eine schnelle Datenverarbeitung, die zuverlässige und kontextgetreue Zustellung der Daten, eine einheitliche Datenstrukturvorgabe und hohe Skalierbarkeit.
Die Entscheidung, OPC UA als Kommunikationsstandard zu integrieren, war zu Beginn vor allem durch den herstellerunabhängigen Datenaustausch motiviert. Heute ist OPC UA einer der wichtigsten Bausteine für die Vision der intelligenten Fabrik.
OPC UA IN DER PRAXIS BEI DER GROUPE RENAULT
INDUSTRIAL DATA MANAGEMENT 4.0
Groupe Renault nutzt die von der OPC Foundation mit ihren Partnern erarbeiteten Datenstrukturbeschreibungen (OPC UA Companion Specifications), sowie eigene Datenmodelle. Eigene Ergänzungen für die Maschinenebene (Unified Data Collector) und die Aggregatorebene (DFA, Data for Aggregator) stammen von Groupe Renault selbst. Beispielsweise betreffen die Erweiterungen die Geräteidentifikation und den Standort der Geräte.
Die seit 2019 bestehende Plattform ‚Industrial Data Management 4.0‘ (IDM 4.0) ermöglicht das Erfassen der Daten aus unterschiedlichsten Quellen. Die Daten werden kontextualisiert, strukturiert und aggregiert sowie als Big-Data zu Steuerungs- und Analysezwecken verfügbar gemacht.
Mitte 2020 startete die Renault- Google-Cloud Partnership mit der Überführung der Groupe Renault OPC UA-Datenmodelle in Google Cloud’s BigQuery. Groupe Renault ist auf der Grundlage der OPC UA-Infrastruktur in der Lage, alle 17 Standorte, Fabrikprozesse und Maschinen weltweit und in Echtzeit effektiv zu überwachen und zu steuern.
WIE ERFOLGT DIE ANBINDUNG VON LEGACY-SYSTEME?
Die Integration von Daten und Protokollen unterschiedlicher Produktionskomponenten und Legacy-Systemen ist ein notwendiger Schritt in Richtung Automatisierung und Digitalisierung. Ohne diesen Schritt ist die Steigerung der Produktivität kaum möglich. Renault löste dieses Problem, indem Legacy-Komponenten und Systeme mit Adaptern ausgestattet werden, und somit die Steuerungen, Datenformate und Protokolle unterschiedlicher Hersteller die OPC UA-Fähigkeit erlangten.
Mit Partnern entwickelte Renault eine IoT Box, in der die spezifischen Datenprotokolle der einzelnen Komponenten zum OPC UA-Standard transformiert werden. Unabhängig von den Plattformen kann die Produktion nun auf standardisierte Geräteinformationen zurückgreifen.
ANBINDUNG VON NEUEN KOMPONENTEN, TOOLS ODER ANLAGEN
Werden neuwertige Komponenten oder Anlagen in die Produktion integriert, verfügen diese bereits serienmäßig über eine OPC UA-Schnittstelle. Die Anbindung der neuen Geräte an die existierende OPC UA-Infrastruktur ist also hürdenlos möglich. Renault fordert darüber hinaus Zulieferer auf, Anlagen und Komponenten mit OPC UA Schnittstellen zu liefern, um den Anteil an Komponenten mit OPC UA Schnittstellen stetig zu steigern.
Intelligente Werkzeuge
Groupe Renault hat es sich zum Ziel gesetzt, die Ausfallrate sämtlicher Komponenten auf 0,5 Prozent der Betriebszeit zu senken. In sechs von zehn Werkstätten, in denen Geräte mit OPC UA-Schnittstellen eingesetzt wurden, konnten laut Renault signifikante Einsparungen erzielt werden.
ELEKTROSCHRAUBER
Renault nutzt servogesteuerte Elektroschrauber in der automatisierten oder manuellen Fertigung, die je nach Hersteller unterschiedliche Protokolle nutzen und Daten erzeugen (wie zum Beispiel Prozesscode, Auftragsnummer und Energieverbrauch). Groupe Renaults IOT-Box wird für die Umwandlung des spezifischen Protokolls in OPC UA verwendet.
Derzeit sind drei verschiedene Marken von Schraubsteuerungen angeschlossen, und Renault bereitet sich darauf vor, zwei weitere in die Liste aufzunehmen. Zurzeit sind über 500 Schraubsteuerungen angeschlossen. Die neuen Datenprotokolle enthalten Informationen wie Motornummer, Schraubendrehertyp, Drehmoment und Werte, die beim Anziehen von Schrauben verwendet werden. Seit 2019 haben sich auch die Zulieferer von Renault verpflichtet, OPC UA-fähige Elektroschrauber herzustellen.
BATTERIEN
2018 wurden 80000 Messstellen zur Bestimmung der Batterieladung mit Adaptern ausgerüstet und damit OPC UA-fähig. Ergebnis: Ladezustände der Batterien aller Fahrzeuge werden mit OPC UA in Echtzeit übertragen.
SCHWEIßROBOTER
Komponenten wie CNC, PLC, Schweißprozesse, Roboter und andere industrielle Komponenten werden durch Adapter OPC UA-fähig. Das betrifft Datentypen wie beispielsweise Boolesche Werte, Zeitstempel, Analogwerte sowie Bild- und Tabellendaten. Gerade beim automatisierten Zusammenschweißen von Bauteilen erzeugt OPC UA-Vorteile, da eine exakte Strom- und Spannungsversorgung sichergestellt werden muss. Bei zu geringer Spannung und zu niedriger Temperatur entsteht ein sogenannter „Sticky Point“, der sich negativ auf die Qualität der verschweißten Bauteile auswirkt.
Mittels der von den 2.200 vernetzten Robotern im Karosseriebau gesammelten Daten ist Renault in der Lage, Schweißprozesse effizient zu überwachen, Unregelmäßigkeiten in Echtzeit zu erkennen und einzugreifen oder eine vorausschauende Wartung an den Komponenten durchzuführen. Die Ausfallraten bei Schweißprozessen sind um 20 Prozent gesunken.
OPC UA für Automobilhersteller
AUSWEITUNG DES OPC UA-EINSATZES
OPC UA auf dem Weg zum internationalen Industrienetzwerkstandard für Automobilhersteller und deren Zulieferer.
Die Groupe Renault weitet ihre Nutzung von OPC UA stetig aus. In der Machine-to-Machine (M2M)-Kommunikation und bei Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) hat OPC UA laut Groupe Renault „vielversprechende Ergebnisse bei geringem Implementierungsaufwand“ erzielt. Neue Prozess-, Fertigungs- und Qualitätsdaten werden über OPC UA-fähige Geräte zugänglich gemacht. Mit der Ausweitung des OPC UA Einsatzes erhält die Groupe Renault Zugriff auf immer mehr Daten. Ab dem ersten Quartal 2021 werden laut Groupe Renault mehr als 1 Milliarde Nachrichten pro Tag in die Google Cloud übertragen. Die Menge der verfügbaren Industriedaten wird sich bis Ende 2023 voraussichtlich verzehnfachen.
OPC UA ALS INTERNATIONALER STANDARD FÜR DIE AUTOMOBILINDUSTRIE
Die Integration von OPC UA-Schnittstellen in der Automobilherstellung wird von Renault weiter vorangetrieben. 2019 wurden im Rahmen des Projekts „Connected Plant“ die Nutzung von OPC UA unter anderem bei Bearbeitungsanlagen, Drehmaschinen und Fräsmaschinen eingeführt. Immer mehr Zulieferer integrieren OPC UA-Schnittstellen in Geräte und On-Board-Software.
Die Vision von Renault: Ein auf OPC UA aufgebauter, internationaler Industriekommunikationsstandard für Automobilhersteller und dessen Zulieferer mit einheitlichen Datenmodellen.
Text vom Original übernommen – OPC Foundation
