Stellen Sie sich eine Fabrik vor, in der alle Maschinen, alle Sensoren und alle Werkzeuge miteinander kommunizieren. Ein defektes Bauteil wird automatisch erkannt, die Produktion passt sich selbstständig an, und Wartungsarbeiten werden präventiv durchgeführt, bevor es zu Ausfällen kommt. Diese Vision ist keine ferne Zukunftsmusik mehr, sondern wird bereits heute Realität. Der Schlüssel zu dieser Evolution liegt in der Interoperabilität.

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Andreas Faath, Abteilungsleiter Machine Information Interoperability (MII) beim Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA), verantwortet die Interoperabilitätsaktivitäten des VDMA. Damit ist er eine wichtige Stimme des weltweiten Maschinen- und Anlagenbaus im Bereich des interoperablen Informationsaustauschs und der digitalen Transformation. Er vertritt den Maschinen- und Anlagenbau und deren Wünsche und Anforderungen in verschiedenen Fachgremien.

Interoperabilität – was steckt hinter diesem sperrigen Wort?

Interoperabilität beschreibt die Fähigkeit unterschiedlicher Systeme und Komponenten, nahtlos zusammenzuarbeiten und Daten auszutauschen, ohne dass spezielle Anpassungen notwendig sind. In der Industrie bedeutet dies beispielsweise, dass Roboter, Sensoren und Steuerungssysteme verschiedener Hersteller problemlos miteinander kommunizieren können. Ein elektrischer Antrieb kann seine Daten direkt an den Roboter von Hersteller B übermitteln, der seine Daten wiederum an die Steuerungseinheit der Werkzeugmaschine von Hersteller C sendet.

Interoperabilität ist im Kontext einer digitalisierten Fabrik, in der viele verschiedene Maschinen miteinander „sprechen“, unabdingbar. Nicht umsonst ist die Interoperabilität neben der Souveränität und der Nachhaltigkeit eines der großen Handlungsfelder der Industrie 4.0. Können sich Roboter, elektrische Antriebe und Steuerungssysteme in einer Fabrik nicht „verstehen“, ist eine effiziente und nachhaltige Produktion, die so wenige Ressourcen wie möglich verbraucht, nicht denkbar.

Vorteile einer einheitlichen Kommunikation

Die Investition in interoperable Systeme zahlt sich mehrfach aus:

• Effizienzsteigerung: Durch automatisierten Datenaustausch werden manuelle Eingaben überflüssig. Fehler werden reduziert, und Prozesse beschleunigen sich.

• Flexibilität: Neue Maschinen oder Systeme können einfacher integriert werden. Das Unternehmen bleibt zukunftsfähig und kann schneller auf Marktveränderungen reagieren.

• Kosteneinsparung: Obwohl die initiale Investition hoch sein kann, führen effizientere Prozesse und reduzierte Fehlerquoten langfristig zu Kosteneinsparungen, sowohl allgemein als auch bei der Integration neuer Geräte in bestehende Schnittstellen.

Ohne Zusammenarbeit von Maschinen keine digitale Transformation

Heute haben wir nach fast 15 Jahren digitaler Transformation die Schwelle zur vierten industriellen Revolution, auch bekannt als Industrie 4.0, weitgehend überschritten. Diese neue Ära zeichnet sich vor allem durch die Möglichkeit der vollständigen Vernetzung aller Produktionskomponenten und Systeme aus. Doch diese Vernetzung stellt Unternehmen vor große Herausforderungen: In vielen Fabriken existieren Maschinen verschiedener Hersteller und unterschiedlichen Alters nebeneinander.

„Ohne eine gemeinsame „Weltsprache der Produktion“ können produktionsnahe IT-Systeme die von den Maschinen erzeugten Daten nicht verarbeiten und für die Überwachung oder Optimierung nutzen."

Andreas Faath, Abteilungsleiter Machine Information Interoperability (MII) beim Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA)

Viele davon „sprechen“ sozusagen ihre eigene Sprache und erzeugen Daten in zahlreichen Formaten. Diese vielen verschiedenen Daten zu vereinheitlichen ist ein großer Aufwand, der jedoch notwendig ist. Denn ohne eine gemeinsame „Weltsprache der Produktion“, die diese Sprachbarrieren überwindet und eine reibungslose Kommunikation ermöglicht, können produktionsnahe IT-Systeme die von den Maschinen erzeugten Daten nicht verarbeiten und für die Überwachung oder Optimierung nutzen.

Die Bedeutung von Standards

Ein wichtiger Aspekt für die Realisierung von Interoperabilität ist die Standardisierung. International standardisierte Architekturen, wie z. B. OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) bilden das Fundament für interoperable Systeme. Sie definieren, wie Daten strukturiert und übertragen werden sollen.

Über standardisierte Erweiterungen, die sogenannten OPC UA Companion Specifications, sind etwa verschiedene Informationsmodelle für unterschiedliche Branchen, Geräte oder Anwendungen definiert. Diese Spezifikationen, die oft von Arbeitsgruppen von Organisationen wie der OPC Foundation oder Industrieverbänden wie dem VDMA erstellt werden, ermöglichen eine größere Interoperabilität, indem sie sicherstellen, dass Daten von verschiedenen Anbietern in einem definierten Bereich einheitlich verstanden und ausgetauscht werden können.

Nehmen wir als Beispiel eine Fräsmaschine: Für die Aufzeichnung der Produktionsdaten der Maschine (z. B. Regelgrößen, Messwerte oder Parameter) wird OPC UA verwendet, damit die Daten überhaupt in andere Systeme weitergeleitet werden können. Damit diese Informationen für diese Systeme herstellerunabhängig verarbeitet werden können, werden Companion Specifications verwendet, die diese Informationen semantisch standardisieren. Zusätzlich können diese semantisch interoperablen Daten beispielsweise mit dem Maschinenhersteller geteilt werden, um mögliche Verbesserungen vorzunehmen oder eine prädiktive Wartung zu ermöglichen.

Die Smart Factory repräsentiert die Produktionsstätte der Zukunft, in der intelligente Vernetzung und Automatisierung zu einer selbstoptimierenden Produktion führen. Interoperabilität spielt hierbei eine fundamentale Rolle, die weit über den reinen Datenaustausch hinausgeht.

In der Smart Factory der Zukunft kommunizieren nicht nur Maschinen miteinander, es werden auch die Produktionsdaten des jeweiligen Produkts erfasst und mit weiteren Produktionsmitteln und darüber liegenden Planungs- und Logistiksystemen geteilt. Jedes Produkt erhält dabei ein digitales Abbild seiner individuellen Produktionshistorie. Wenn beispielsweise ein Automobil die Fertigungslinie durchläuft, ist erfasst, welche Produktionsschritte mit welchen Ist-Parametern durchführt werden und welche Bearbeitungsschritte, die etwa auf Basis der bisher gesammelten Produktionsinformationen optimiert werden können, noch ausstehen können. Dies funktioniert nur, wenn alle beteiligten Systeme – von den Produktionsmitteln über die Produktionssteuerung bis hin zur Qualitätssicherung – eine gemeinsame „Sprache“ sprechen.

Besonders deutlich wird die Relevanz der Interoperabilität bei der vorausschauenden Wartung (Predictive Maintenance). Sensoren überwachen kontinuierlich den Zustand der Maschinen und sammeln Daten, etwa über Verschleiß, Temperatur oder Vibrationen. Diese Daten müssen nicht nur erfasst, sondern auch systemübergreifend analysiert werden. Nur wenn die Sensordaten herstellerübergreifend mit den Produktionsplänen, Wartungshistorien und Qualitätsdaten sinnvoll korreliert werden können, lassen sich zuverlässige Vorhersagen über notwendige Wartungsarbeiten treffen. Methoden der künstlichen Intelligenz ermöglichen hier schon heute neue Potenziale.

Zukunftsperspektiven

Die Bedeutung der Interoperabilität wird weiter zunehmen. Deswegen hat sich die VDMA-Abteilung Machine Information Interoperability (MII) zum Ziel gesetzt, den Einsatz existierender Standards zu fördern und die Kompatibilität verschiedenster Technologien, wie beispielsweise OPC UA und AAS, zu fördern. Schließlich ist Interoperabilität eine entscheidende Säule einer effizienten digitalen Transformation, denn nur durch interoperabel gestaltete Wertschöpfungsketten und Datenökosysteme können Informationen einfach, sicher und skalierend geteilt und genutzt werden.

Dies ist insbesondere im Kontext neuer Technologien wie KI und Maschinelles Lernen wichtig, da sie große Datenmengen benötigen, die nur durch nahtlos vernetzte und vor allem interoperable Systeme bereitgestellt werden können. Darüber hinaus eröffnen Cloud- und Edge-Computing neue Möglichkeiten der (KI-basierten) Datenverwaltung und -analyse.

Fazit

Interoperabilität ermöglicht es Unternehmen, die Vorteile der vierten industriellen Revolution voll auszuschöpfen. Für Unternehmen bedeutet dies: Die Implementierung von Interoperabilität sollte nicht als notwendiges Übel, sondern als strategische Investition in die Zukunft betrachtet werden. Der Weg dorthin mag komplex erscheinen, aber mit der richtigen Planung und schrittweisen Umsetzung ist er für jedes Unternehmen machbar.