Vernetzte Fertigung : Industriestandard OPC UA over TSN: „Der Markt hat sich entschieden“

Am Anfang stand der Wunsch nach Veränderung und Offenheit: „Es war ursprünglich ein verrückter Traum, der sich aber durchsetzte, weil alle führenden Hersteller das Problem erkannt und sich unserer Initiative angeschlossen haben“, wie Wolfgang Leindecker, Executive Board Member von TTTech Industrial erzählt. Nicht nur beim Forschungspartner und TSN-Spezialisten ist die Freude am innovativen Durchbruch und dessen Potentiale groß. Immerhin stecken einige Jahre intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeit in dem Projekt.

„Der Markt hat sich für OPC UA over TSN entschieden und ist damit zum Standard der Zukunft geworden“, gibt sich Stefan Schönegger, VP Product Strategy & Innovation von B&R im Interview mit dem INDUSTRIEMAGAZIN überzeugt. Seit den Anfängen des Internet of Things (IoT) wird hart um eine universale Sprache gesucht und gerungen. Unter OPC UA over TSN ist ein offener, sicherer und schneller Datenaustauschstandard für die industrielle Maschinenkommunikation über den erweiterten Echtzeit-Ethernet-Standard IEEE zu verstehen, womit Informationen nicht nur übertragen, sondern auch verarbeitet werden können und durch einen Publish-/Subscribe-Mechanismus die hochsynchrone Kommunikation mit vielen Teilnehmern im Netzwerk erlaubt.

Es ist eines der meist diskutierten Themen in der Industrie und zugleich eine der größten Herausforderungen in der aktuellen Technologieentwicklung. Unzählige konkurrierende Protokollstandards kämpfen um die Vorherrschaft am globalen Milliardenmarkt. „Durch den einheitlichen OPC-Kommunikationsstandard werden sich völlig neue Möglichkeiten in der Anwendung ergeben und damit zum Treiber für IIoT werden“, wie Wolfgang Leindecker skizziert, „Sensoren, Maschinen, Anlagen und Roboter könnten so miteinander in Echtzeit kommunizieren und Daten über die Cloud weiterverarbeitet werden, etwa für Visualisierungen oder Simulationen. „Die Zukunft des industriellen IoT wird sein, autonome, selbstoptimierende Produktionszellen zu schaffen“, heißt es aus dem Wiener TTTech-HQ. „OPC UA over TSN ermöglicht erstmals herstellerneutrale Kommunikation in der industriellen Produktion.

Maschinenbauer müssen nicht mehr verschiedene Varianten mit unterschiedlichen Steuerungen und Feldbussen bauen. Die durchgängige Vernetzung vom Sensor bis in die Cloud wird tatsächlich umsetzbar“, schwärmt Stefan Schönegger. Ab 2020 werden deshalb alle Produkte aus der Innviertler Automationsschmiede, von Steuerungen, Buscontrollern, Industrie-PCs bis zum TSN-Maschinenswitch, den neuen Standard sprechen. Das Interesse an der neuen Technologie gehe dabei quer durch alle Branchen – von Automotive über Textilverarbeitung bis zur Medizintechnik - wie aus Eggelsberg zu hören ist.

Wie bewerten heimische Unternehmen die aktuellen Entwicklungen? Aus der Sicht der Maschinen- und Anlagenbauer würde ein einheitliches Kommunikationsprotokoll in der Branche jedenfalls sinnvoll sein, wie Alois Wiesinger, Technischer Leiter bei Fill, einräumt: „Es gibt tatsächlich viel Wirrwarr am Markt, um die vielfältigen Anforderungen von Kunden und Hersteller zu erfüllen. Wir würden auf den neuen Standard umsteigen, wenn es soweit ist. Noch ist nicht viel davon zu sehen.“

Die Frage nach dem Nutzen betrieblicher IoT-Anwendungen beantwortet der Techniker mit gemischten Gefühlen: „Die Branche ist schon auf einem sehr hohen Automatisierungsgrad, weil moderne Maschinen bereits zu Tode optimiert und vernetzt sind.“ In der betrieblichen Praxis generiere der IoT-Einsatz vor allem Daten und noch mehr Daten. Ein Umstand, der besonders für verarbeitende Großunternehmen interessant sein dürfte, die aus den Daten digitale Produkte und damit neue Geschäftsmodelle etablieren möchten. Genau diesen Weg hatte der Medizintechnikhersteller W&H aus Bürmoos beschritten, wie Christoph Hiltl, Director Digital Solutions schildert: „Wir standen vor dem Problem sinkender Margen bei physischen Produkten am Markt aufgrund des Preiskampfes. Daher haben wir unser Geschäftsmodell geändert und uns für eine IoT-basierte Plattform entschieden, um noch näher am Kunden und den Produkten zu sein.“

Die Anwendung vernetzt medizinische Geräte mit einem Cloud-Service, wodurch nicht nur Dokumentationen von Behandlungen automatisiert werden. Geräte melden auch frühzeitig ihren Wartungsbedarf, um Ausfallszeiten zu minimieren. Das Vorhaben eines einheitlichen Protokolls macht den betrieblichen Digitalisierungsexperten eher skeptisch: „Es gibt bereits viele Anwendungen am Markt mit sehr spezifischen Anforderungen an Hard- und Software, etwa in der Medizintechnik. Da sehe ich nicht viele Vorteile, lasse mich aber gern vom Gegenteil überzeugen“, so Hiltl.

So ganz vom Nutzen und Vorteil eines neuen Industriestandards scheint aber auch so mancher Hersteller nicht wirklich überzeugt, wie die technologiepolitischen Scharmützel zwischen den Konkurrenten verdeutlichen. Armin Pehlivan, Geschäftsführer von Beckhoff Automation Österreich, sagt etwa klar: „Wir unterstützen als Mitglied der OPC einen offenen Kommunikationsstandard, setzen aber auf der Feldebene weiterhin auf EtherCAT.“

Für den Mitbewerber mag OPC UA over TSN eine gute Lösung für die Maschinen-Cloud-Kommunikation sein, „aber“, so Pehlivan weiters, „für die Feldkommunikation ist sie zu teuer, langsam und ungenau.“ Insgesamt sei die Infrastruktur noch nicht ausgereift und die Kosten für die Technologie - etwa eines TSN-Switch - im Vergleich zu hoch. An der langfristigen Durchsetzung eines globalen Standards glaubt er daher persönlich nicht: „Es wird auch in Zukunft vielfältige Lösungen und unterschiedliche Bussysteme für unterschiedliche Anwendungen geben“.

Mario Drobics, Senior Research Engineer und IoT-Forschungskoordinator am Center for Digital Safety & Security des Austrian Institute of Technology (AIT) bewertet die Bemühungen um eine Vereinheitlichung am Markt relativ nüchtern: „Prinzipiell ist dieser Ansatz weder neu, noch revolutionär. OPC ist auch nicht das einzige offene Protokoll. Tatsächlich zeichnet sich aber eine Vormachtstellung von OPC UA over TSN als einheitliche Protokollebene in der IIoT ab, weil fast alle Hersteller aus den USA, Europa und Asien in den Gremien vertreten sind.“ Der Trend zur Offenheit werde seit langem von Forschung und Wissenschaft propagiert und folge immer mehr den Bedürfnissen der Industrie, so Drobics.

OPC UA over TSN verdeutliche eine Trendwende weg von proprietären Systemen, Nischen- und Speziallösungen hin zu einem Produkt für den Massenmarkt. Unternehmen waren bisher mit Investitionen in IoT zurückhaltend, weil die Dynamik der Technologie abschreckend wirkte, hohen Know-how-Einsatz erforderte und überdies Fragen der Datensicherheit und Security mangelhaft waren. „Jetzt“, so der Experte, „sind Sicherheitslösungen auch im Standard abgebildet“. Über die alles entscheidende Einschätzung, wann und ob es nur mehr einen einzigen Schnittstellenstandard in der Zukunft geben werde, ist sich auch der IoT-Forscher nicht sicher. Aufgrund fehlender Übergangsfristen und langer Maschinenlaufzeiten erscheint eine Prognose als kaum machbar.

Die Initiative zur Vereinheitlichung fördert paradoxerweise mittelfristig die Vielfalt an Schnittstellenstandards am Markt, weil Hersteller neben OPC UA over TSN-Produkten auch TSN-Erweiterungen ihrer proprietären Systeme auf den Markt bringen und damit wiederrum parallele Infrastrukturen anbieten. Wie aus gut informierten Insiderkreisen zu hören ist, denken globale Branchenriesen wie Siemens noch lange nicht daran, ihre eigenen Protokolle zugunsten offener Standards aufzugeben.

Denn dadurch würden sich Einflussmöglichkeiten, Handlungsspielräume und Wettbewerbspositionen in der Industrie drastisch verschieben. Folgen, die noch nicht abschätzbar sind. Auf Anfrage des INDUSTRIEMAGAZINS teilte Siemens mit, dass man sich zum offenen Standard bekenne, aber auch hohe Verantwortung für seine Kunden trage und daher auch weiterhin auf Profinet-TSN setze. Letztlich überlässt es Siemens aber seinen Kunden zu entscheiden, ob diese OPC UA over TSN oder Profinet-TSN-Technologie für ihre Anwendungen verwenden.