Unterausschuss formuliert erste Empfehlungen für Datenformate und Schnittstellen

Am 19. und 20. Februar 2020 traf sich der Unterausschuss (UA) „Schnittstellen, Dokumentation, Datensouveränität, Speicherung & Archivierung“ im Fachausschuss ZfP 4.0 zu seiner vierten Sitzung in den Räumlichkeiten von VisiConsult in Stockelsdorf.

Vor dem Hintergrund von Industrie 4.0 und der digitalen Transformation beschäftigt sich der UA mit Datenformaten und Schnittstellen, die für eine Datentransparenz der Zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) in einer vernetzten industriellen Produktion notwendig sind.
Die digitale Transformation erfordert, dass die Hürde für die digitale Kommunikation gesenkt, proprietäre Datenformate und Schnittstellen geöffnet und semantische Interoperabilität implementiert werden. Damit können Produktionssysteme verschiedener Hersteller und Industriezweige kombiniert und Daten ausgetauscht werden. Hersteller können sich somit auf ihr Kernwissen fokussieren, was schließlich zu besseren und wettbewerbsfähigeren Produkten führt.

Diese Entwicklungen ermöglichen es der Zerstörungsfreien Prüfung, Teil der Industrie 4.0-Welt zu werden und die neuen Anwendungen für sich zu nutzen.

Anforderungen an eine Datentransparenz

Während der Sitzung im Februar haben sich die Mitglieder des Unterausschusses für folgende Anforderungen an eine Datentransparenz für Datenformate und Schnittstellen ausgesprochen: 

1. Standardisierte offene und gut dokumentierte Datenformate und Schnittstellen.
   Die Verwendung offener Datenformate und Schnittstellen ermöglicht den von Industrie 4.0 geforderten ungehinderten Datenaustausch. Sie müssen gut dokumentiert sein, um allen Beteiligten die Implementierung der Datenformate und Schnittstellen zu ermöglichen – am günstigsten durch die Verfügbarkeit von Software Development Kits (SDKs). Zudem sollten sie standardisiert werden, um die Anzahl der zu implementierenden Datenformate und Schnittstellen zu minimieren.
    
2. Datenformate und Schnittstellen mit einer semantischen Interoperabilität, die auf standardisierten Informationsmodellen basieren.
   Die semantische Interoperabilität ermöglicht Maschinen die Interpretation von Daten und ist daher eine weitere Schlüsselkomponente für die Datentransparenz in der Industrie 4.0. Ähnlich wie bei Datenformaten und Schnittstellen muss die semantische Interoperabilität, die Ontologie, in offenen und gut dokumentierten Informationsmodellen standardisiert werden.
    
3. Datensicherheit.
   Daten müssen vor zerstörerischen Kräften und vor unerwünschten Aktionen unberechtigter Benutzer geschützt werden. Andernfalls wird keine Datentransparenz möglich sein.
    
4. Datensouveränität.
   Die Eigentums- und Nutzungsrechte an den Daten müssen gewährleistet werden, insbesondere wenn Daten zwischen verschiedenen Unternehmen übertragen werden.

Empfehlenswerte Datenformate und Schnittstellen

Auf Basis dieser Anforderungen empfiehlt der Unterausschuss derzeit die Verwendung folgender Datenformate und Schnittstellen:

1. DICONDE (Digital Imaging and Communication in Non-Destructive Evaluation), ein standardisiertes und vollständig dokumentiertes Datenformat und eine Schnittstelle zur Kommunikation von Daten mit semantischer Interoperabilität auf der Grundlage standardisierter Informationsmodelle.
   DICONDE basiert auf der weltweit etablierten medizinischen Datenschnittstelle DICOM. Dieser Standard bietet die Möglichkeit, die Datensicherheit und -integrität zu gewährleisten und bildet normative Anforderungen bei der Digitalisierung von Prüfprozessen effektiv ab.
    
2. OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture), ein standardisiertes und gut dokumentiertes Framework mit anwendungsspezifischen Schnittstellen und flexiblen Kommunikationsmodellen.
   Die semantische Interoperabilität wird durch die sogenannten Companion Specifications ermöglicht, die die Informationsmodelle detailliert beschreiben. OPC UA ist in der Produktionsumgebung weitgehend akzeptiert und gewährleistet die Datensicherheit.
    
3. Die IDSA (International Data Spaces Association) garantiert die Datensouveränität zwischen verschiedenen Unternehmen durch die Verwendung der zertifizierten IDS-Konnektoren. Sie hilft ebenso beim Aufbau eines sicheren Marktes für Daten.
   IDSA selbst ist kein Datenformat oder Schnittstelle. Seine IDS-Konnektoren ermöglichen jedoch die Verwendung verschiedener Schnittstellen, wie OPC UA und DICOM (geplant).

Der Datenaustausch im Rahmen von ZfP 4.0, wie beispielsweise die Kommunikation von Auftrags- und Messwerten, lässt sich sowohl über das OPC UA-Framework als auch über den DICONDE-Standard abbilden. Beide Applikationen bieten eine semantische Beschreibung der Daten und ermöglichen eine revisionssichere Speicherung der Ergebnisse.

Abhängig vom Kontext ist der Einsatz einer der beiden Applikationen sinnvoller. In Industrie 4.0-Umgebungen ist OPC UA verbreitet und ermöglicht, einen Datenfluss zwischen verschiedenen Maschinen und Prüfsystemen abzubilden. In Prüfumgebungen mit großen Datenmengen bietet sich dagegen eher DICONDE bzw. eine Kombination beider an. DICONDE dient zudem als strukturiertes Datenformat. OPC UA ist nicht als Datenformat vorgesehen, bietet aber definierte Schnittstellenmodelle zur Kommunikation und Speicherung von Daten auf Servern.

Beide erlauben die Umsetzung sowohl von lokalen als auch globalen Netzwerkkonzepten bis hin zu einem Zugriff auf die Cloud. Wobei OPC UA (mit seinen semantischen Informationsmodellen) schon durchgehend von Microsoft in Azure implementiert ist.

Arbeitsgruppe OPC UA für die ZfP

Zur Erarbeitung der OPC UA Companion Specifications für die Zerstörungsfreie Prüfung wurde eine Arbeitsgruppe innerhalb des Unterausschusses gegründet, die im Laufe des Jahres zu einer Joint Working Group zusammen mit der OPC Foundation und dem Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V. (VDMA) umgebaut werden soll.

Als Editoren der Companion Specifications konnten Frank Leinenbach (Fraunhofer IZFP) und Dirk Hofmann (TU Dresden) gewonnen werden. Die erste Sitzung der neuen Arbeitsgruppe hat am 2. April 2020 mit den Gästen Andreas Faath (VDMA) und Rüdiger Fritz (SAP) stattgefunden. Während der Sitzung wurden erste Grundlagen für die Ausarbeitung der Use-Cases für die OPC UA Companion Specifications gelegt.

Ausblick

Der Unterausschuss freut sich auf die weitere Zusammenarbeit und widmet sich fortan:

• der Untersuchung bestehender DICONDE-Informationsmodelle und der Frage, ob diese für einzelne Methoden noch angepasst werden müssen
• der Entwicklung der OPC UA Companion Specifications für die ZfP

Für den Austausch und die Interaktion mit der Industrie ist die DGZfP bereits Mitglied in der OPC Foundation und in der IDSA.

Dr. Johannes Vrana