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12. März 2021
4 Min.

Die vernetzte Produktion: OPC UA mit Hololens

Es ist zwar hilfreich, dass sich heutzutage die meisten Entwickler auf Englisch verständigen können, doch hilft das wenig, wenn nur Menschen erfolgreich miteinander kommunizieren. In unserer zunehmend vernetzten Welt müssen verschiedene Maschinen miteinander kommunizieren und das herstellerübergreifend. Und hier kommt der OPC UA Standard ins Spiel, der eine Vereinheitlichung der Sprache der Maschinen schaffen will.

Nicht nur in der Automobilindustrie wie etwa bei VW, Renault oder BMW wird dieser Standard verwendet, sondern auch andere große Global Player wie Samsung, Miele oder SAP setzen auf diesen Standard. Und damit nicht genug. Denn dank Augmented Reality und der Datenbrille von Microsoft können so auch die Daten von Maschinen sichtbar gemacht werden. Egal ob Betriebszustand, vorhandene Störungen oder Wartungsdaten: für all das ist kein Terminal an der Maschine mehr notwendig. Man kann einfach die Hololens aufsetzen und hat alle Zahlen vor sich. Doch bevor wir euch einen Use-Case zeigen, noch kurz eine Erklärung zum OPC UA Standard.

Der OPC UA Standard

Für die Industrie 4.0 ist eine gemeinsame Kommunikationslösung für verschiedene Systeme und Geräte die Grundlage. Das Kommunikationsprotokoll OPC UA, Open Platform Communications Unified Architecture, bietet genau das und ist aufgrund der weiten Verbreitung ein etablierter Standard. Da er unabhängig von der Programmiersprache und multiplattformfähig ist, wird er in der Industrie gerne genutzt. Insbesondere auch weil so die Daten der Geräte semantisch lesbar gemacht werden können. Wie genau das funktioniert, erklären wir in diesem Beitrag.

OPC UA Architektur

Eine Beschreibung von OPC UA, sowie eine Übersicht von im IoT verwendeten Transportprotokollen kann hier auf der Novatec Webseite nachgelesen werden.

Den Durchblick haben dank Hololens 2

Doch nicht nur der OPC UA Standard ist in der Industrie beliebt auch immer mehr Firmen setzten Datenbrillen ein. So können gleichzeitig virtuelle Daten ins Sichtfeld eingeblendet werden und die vorhandene Maschine mit beiden Händen gewartet werden. So setzt zum Beispiel Airbus Hololens ein, um den Prozess zur Designvalidierung um 80% zu beschleunigen. Neben beeindruckenden 3D-Modellen besteht der Vorteil auch darin, dass Experten ortsunabhängig beraten können. Mercedes Benz und das Ingenieurunternehmen Howden nutzen diese Möglichkeit, sodass eigene Mitarbeiter aber auch Kunden selbst Maschinen warten können mit der Unterstützung eines Experten. Diese Art der Kollaboration nennt man Remote Support.

Wieso eins, wenn man beides haben kann?

Du denkst das klingt schon ziemlich gut? Ja stimmt, aber wir haben uns gedacht, wieso nicht das Ganze noch besser machen und OPC UA mit der Hololens verbinden? Zusammen mit unserem Partner Game4Automation haben wir deshalb an einer Anwendung getüftelt, die es ermöglicht OPC UA mit der Hololens zu nutzen. Game4Automation ist ein offenes Framework für Visualisierung, Simulation, Virtuelle Inbetriebnahme, VR und Augmented Reality, vereinfacht gesagt für digitale Zwillinge auf Basis der Game-Engine Unity, im Automationsumfeld. Dabei beinhaltet das Framework CAD-Schnittstellen (CADLink), Kinematikkomponenten, Antriebe, Sensorik und Schnittstellen zu industriellen Automationssystemen. Sämtlicher Source Code von Game4automation ist offen und somit den eigenen Bedürfnissen anpassbar. Damit können in C# die in Game4Automation enthaltenen Verhaltensmodelle, UI-Komponenten oder Schnittstellen erweitert oder neu entwickelt werden. Unity ist eine super Entwicklungsumgebung und kombiniert mit OPC UA ein großer Mehrwert für nahezu alle Industrieunternehmen. Doch nachdem diese Schnittstelle geschaffen war, gab es ein Problem: Das Ganze hat nicht auf der Hololens funktioniert. Zusammen mit Game4Automation haben wir deshalb viele Dinge ausprobiert und dann ein Asset gebaut, das die Nutzung von OPC UA mit der Hololens ermöglicht. So können die Vorteile beider Systeme genutzt werden. Wie genau das dann aussieht, zeigen wir jetzt.

Der Mehrwert für dein Unternehmen (und dich)

Stell dir vor, du arbeitest in einer großen Firma mit einer riesigen Produktionshalle und bist für die Wartung der Maschinen zuständig. Du überwachst die Maschinen von einem separaten Raum aus. Auf verschiedenen Monitoren hast du dabei unterschiedliche Messwerte im Blick. Plötzlich erscheint eine Fehlermeldung, eine der Maschinen ist blockiert. Natürlich machst du dich sofort auf den Weg. An der Maschine angekommen löst du die Blockade auf. Doch um zu überprüfen, ob die Werte der Maschine nun stimmen, musst du zuerst zurück vor die Monitore. Mit einer Hololens 2 könntest du dir solche Laufwege sparen. Die handliche Datenbrille kann dir überall Zugriff auf die Maschinendaten geben, während deine Hände dabei die ganze Zeit frei sind. Auch kann über eine Objekterkennung das blockierte Teil rot eingefärbt werden, um es schneller lokalisieren zu können. Sollte einmal eine Reparatur notwendig sein, kann die Hololens 2 auch Abhilfe schaffen. So kann bei komplexen Reparaturen ein Experte remote zugeschaltet werden. Auch standardisierte Wartungen werden durch Schritt für Schritt-Anleitung vereinfacht. Dabei wirst du kontinuierlich durch den Prozess geführt und die Brille zeigt dir, wo du was machen musst. Somit werden zum einen die Kosten gesenkt, da Experten nicht extra anreisen müssen und zum anderen wird die Fehlerquote drastisch verringert.

Produktionsband mit eingeblendeten Informationen von OPC UA zur Maschine über Hololens

Beispielhafte Darstellung eines Produktionsbands mit eingeblendeten Daten zur Maschine.

Gehen wir noch einen Schritt weiter. Stell dir vor, die Halle ist nicht nur riesig, mit unzähligen Maschinen, sondern du bist auch noch neu im Unternehmen. Jetzt kommt eine Fehlermeldung für Maschine 31. Normalerweise müsstest du diese Maschine zuerst auf einem Lageplan suchen, um zu wissen wo sie sich auf dem Shopfloor befindet. Damit du hier ebenfalls effektiv arbeiten kannst, hilft dir die Hololens und unsere Indoor Navigation. So wird dir genau angezeigt, wo du entlang laufen musst und du läufst nicht zum Ende einer langen Produktionslinie, um dann zu merken, dass du auf der falschen Seite stehst. Auch ist die Navigation dank Augmented Reality Oberfläche schneller angepasst wie jeder Lageplan.Wie genau das funktioniert, haben wir in diesem Beitrag erläutert.

Fazit

OPC UA allein ist ein sehr vielfältig einsetzbares Protokoll, dass die Kommunikation zwischen Maschinen aber auch die Lesbarkeit und Auswertung der transportierten Daten wesentlich erleichtert. Die Kombination von OPC UA mit der Hololens bietet noch mehr Möglichkeiten und ist insbesondere im Industriebereich eine revolutionäre Möglichkeit. Für Mitarbeiter werden so viele Dinge vereinfacht und das gesamte Unternehmen profitiert von effizienteren Arbeitsprozessen und geringeren Fehlerquoten. Angefangen beim einheitlichen Terminal über die hochflexible Navigation bis hin zum unkomplizierten Remote Support, dieses Plug-In ist ein Rundum-Sorglos-Paket. Wenn du das auch so siehst oder aber wenn du sagst, da gibt es noch Unklarheiten oder Probleme, die deiner Meinung nach auftreten könnten, schreib gerne ein Kommentar. Falls du dich dafür interessiert diese Anwendung auch in deinem Unternehmen umzusetzen, zöger nicht uns zu kontaktieren. Wir freuen uns über jede Rückmeldung!

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Bildnachweise: "Production line" (https://skfb.ly/6SPOI) by Wafelek is licensed under Creative Commons Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Adittional Content, Lighting and Texture: Novatec GmbH

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