Industrielle Datenschnittstellen für die Produktion
Ihre einfache Maschinenintegration und sichere Datenübertragung dank industrieller Schnittstellenstandards
In der heutigen Produktionslandschaft spielen zuverlässige Datenschnittstellen wie OPC UA, REST und TCP/IP eine entscheidende Rolle. Als Hersteller oder Maschinenbauer ist die Nutzung dieser Schnittstellen der Schlüssel zur nahtlosen Integration in die IT/OT-Systemlandschaft oder zur sicheren Verbindung in die Cloud. Die Wahl der passenden Software zur Schnittstellenintegration ist für Ihre Anwendung daher ein entscheidender Faktor, bei dem Sie vor allem auf eine hohe Skalierbarkeit, einen erstklassigen Support und regelmäßige Updates für einen langfristig sicheren Betrieb setzen sollten.
Vielfältige Herausforderungen
Datenschnittstellen sind in der modernen Fertigungsindustrie zum unverzichtbaren Bestandteil des reibungslosen Austauschs von Daten und damit zur Automatisierung, Überwachung und Optimierung von Produktionsprozessen geworden. Ihre Integration bietet zahlreiche Vorteile, birgt jedoch auch Herausforderungen:
Maschinen- und Systemschnittstellen können äußerst komplex sein, insbesondere wenn es um die Integration verschiedener Systeme mit unterschiedlichen Funktionen, Protokollen und Datenformaten in einer Produktion geht. Es erfordert ein tiefes Verständnis der Funktionsweise der entsprechenden Schnittstellenprotokolle und der Herstellerspezifikation der Datenstrukturen innerhalb der Maschinenschnittstelle, um den nahtlosen Datenaustausch sicherzustellen.
Maschinen- und Systemschnittstellen müssen zuverlässig sein, um Störungen und Ausfälle zu vermeiden. Es ist wichtig, klare Spezifikationen für die Datenstrukturen, Fehlerbehandlung und Pufferung zu definieren, um sicherzustellen, dass die Kommunikation fehlerfrei und ausfallsicher ist.
Software zur Schnittstellenintegration muss skalierbar sein, um den Anforderungen an die Leistungsfähigkeit und Flexibilität der Fertigung auch in Zukunft gewachsen zu sein. Bei immer größeren Anlagen muss die Integrationssoftware in der Lage sein, mit steigender Datenlast umzugehen und die Parallelisierung von Datenverbindungen ermöglichen.
Die Sicherheit ist eine wesentliche Herausforderung bei der Spezifikation von Maschinen- und Systemschnittstellen. Es müssen sichere Datenschnittstellentypen eingesetzt werden, um die Vertraulichkeit, Integrität und Verfügbarkeit der übertragenen Daten zu schützen und unautorisierten Zugriff oder Manipulation zu verhindern.
FabEagle®Connect: Die Integrationslösung für Schnittstellen-Protokolle
Die Low-Code-Schnittstellenintegrationssoftware FabEagle®Connect bietet Ihnen die einfache und zuverlässige Integration einer Vielzahl von Datenschnittstellen.
OPC UA
OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) ist ein weit verbreiteter Standard für die sichere und zuverlässige Kommunikation in der Industrie. Er setzt auf eine Service-orientierte-Architektur und ein gut strukturiertes Informationsmodell. Durch die zunehmende Verbreitung und die vielseitige Anwendung wird OPC UA als zukunftssicherste Schnittstelle betrachtet und gehört damit bei FabEagle®Connect mit zum Standard.
MQTT
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ist ein Protokoll, das für die verlustfreie Übertragung von Nachrichten in verteilten IoT-Systemen optimiert ist. Es minimiert mittels Pufferung Datenverluste durch Verbindungsabbrüche und eignet sich daher besonders gut für Netzwerke mit geringer Bandbreite, wie sie beispielsweise in Mobilfunknetzen vorkommen. Dies wird durch eine Client-/Broker-Architektur erreicht, bei welcher der Client die Topics des Brokers abonniert. Im Falle eines Verbindungsabbruchs puffert der Broker die Daten so lange, bis der Client wieder erreichbar ist.
REST-Client
Representational State Transfer (REST) ist eine Weiterentwicklung des HTTP-Object-Models und wurde speziell für verteilte Webservices entwickelt. Die Client-Server-Architektur wird mit verschiedenen Eigenschaften kombiniert und legt großen Wert auf die Einheitlichkeit der Schnittstellen. Durch die HTTP-Anwenderschicht ist REST mit fast allen Online-Diensten und Web-Clients kompatibel.
Datenbanken
Eine Datenbankschnittstelle ermöglicht die Kommunikation zwischen Anwendungen und einer Datenbank. Die Integrationslösung stellt eine Verbindung zur Datenbank her, sendet SQL-Anweisungen für Abfragen, Einfügungen, Aktualisierungen oder Löschungen und erhält Ergebnisse in Form von Datenmengen.
TCP/IP
Das besonders unter den Netzwerkprotokollen bekannte Protokoll TCP/IP bildet die Grundlage für viele Anwendungsprotokolle und komplexere Schnittstellen. TCP/IP prägt das Referenzmodell mit einer Aufteilung in Funktionsschichten (Anwendung, Transport, Internet und Netzzugangsschicht).
Modbus
Modbus gehört zu den Bus-Systemen und ermöglicht die Kommunikation zwischen Client und Servern. Modbus wird als verbreiteter Industriestandard häufig von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) und Automatisierungstechnik genutzt.
ActiveMQ
MQ im ActiveMQ steht für Message Queue (Nachrichten-Warteschlange) und wandelt synchrone in asynchrone Kommunikation um. ActiveMQ ist ein freier Message-Broker und wurde von der Apache Software Foundation entwickelt. Durch die asynchrone Kommunikation besteht ein hohes Optimierungspotenzial bei der Übertragung von Daten, während zusätzlich verschiedene Clients (REST, AMQP, MQTT) unterstützt werden.
Unsere Expertinnen und Experten unterstützen Sie bei Ihren Integrationsprojekten
Mit der zunehmenden Verbreitung von Protokollen für die Maschinenanbindung wie OPC UA, einem vielseitigen, aber komplexem Standard, steigen auch die Möglichkeiten, Integrationsaufgaben zur Anbindung von Maschinen und Anlagen sowie zur Bereitstellung von Schnittstellen selbst zu realisieren. Neben den klassischen Mechanismen, die z.B. seit OPC DA für das Lesen und Schreiben existieren, stehen mittlerweile zahlreiche "UA Companion Specifications" für spezifische Branchen und Anwendungen zur Verfügung.
Neben dem grundlegenden Verständnis des Schnittstellenprotokolls sind auch Fragen zur IT-Infrastruktur und Datenarchitektur relevant. Die Summe dieser Anforderungen kann die Einführung neuer Lösungen im laufenden Betrieb oder in eine bestehende Software erschweren. Deshalb stellen wir Ihnen neben der Low-Code-Schnittstellenintegrationssoftware FabEagle®Connect auch erfahrende Teams mit Expertenwissen in den Bereichen Schnittstellenintegration und Datenarchitektur für Ihre Integrationsprojekte zur Verfügung. So können Sie sich auf Ihr Kerngeschäft konzentrieren, während wir die technische Integration für Sie übernehmen.
Test und Koordination im ACM-Prozess
Der in der Halbleiterindustrie verbreitete Standard SECS/GEM ist äußerst präzise, aber auch sehr komplex. Aus den hohen Anforderungen der Branche ist zusätzlich der ACM-Prozess (Automation Capabilities Management) entstanden, der sicherstellt, dass neue Equipments die spezifizierten Anforderungen der Datenschnittstelle erfüllen. In diesem Bereich unterstützen wir Maschinenbauer und Fabrikbetreiber beim Test und der Koordination des ACM-Prozesses sowie bei der technischen Umsetzung der SECS/GEM-Schnittstellen.
Arbeitsschritte im ACM-Prozess:
- Erstellung einer Projektspezifikation zur Integration der Equipment-Schnittstelle
- Vorbereitung der Durchführung des Tests, inkl. Erstellung der Testdokumentation
- Durchführung des Tests der Equipment-Schnittstelle beim Maschinenbauer (FAT, Factory Acceptence Test)
- Umsetzung der Equipment-Integration mit FabEagle®Connect
- Durchführung des Integrationstests beim Betreiber
- Weiterführende Tracking- und Stabilitätstests in der Produktion
Workshop zur Definition der Architektur einer Integrationsebene
Neben der Verwendung von Schnittstellenstandards gibt es verschiedene Ansätze für die Daten- und Integrationsarchitektur. Sobald ein Projekt mehr als eine einzelne Maschine umfasst, die mit dem IT-System verbunden werden soll, muss die Architektur einer Integrationsebene geplant werden. Dabei sind folgende Fragen zu klären:
- Anzahl der Datenquellen: Wie viele Datenquellen sollen über eine Integrationslösung angebunden werden?
- Plattformwahl: Auf welcher Plattform soll die Integrationslösung installiert werden, z.B. IoT-Box oder Server-VM?
- Skalierbarkeit: Wie skaliert die Integrationslösung, wenn weitere Datenquellen und -senken hinzukommen?
- Datenübertragung: Welche Daten werden übertragen und mit welchem Mechanismus (z.B. Push/Pull, Senden bei Update, fester Takt)?
- Datenstruktur: Wie ist die Schnittstelle bzw. sind die zu übertragenden Daten strukturiert (z.B. Tabelle oder Baum)?
- Schnittstellenprotokoll: Welches Schnittstellenprotokoll passt zu den spezifizierten Anforderungen?
Unsere Expertinnen und Experten stehen Ihnen zur Diskussion und Beantwortung dieser und weiterer Fragen rund um die Definition einer Integrationsebene in einem Workshop-Format zur Verfügung. Wir begleiten Sie auf Wunsch von der Spezifikation der Anforderungen bis hin zur Umsetzung mit unserer Integrationssoftware FabEagle®Connect. So stellen wir sicher, dass Ihre Integrationsprojekte effizient und zielgerichtet umgesetzt werden.
Ihr Ansprechpartner
FAQs rund um industrielle Datenschnittstellen
Industrielle Datenschnittstellen verbinden Maschinen, Anlagen und IT-Systeme. Sie schaffen die Voraussetzung dafür, dass Prozess- und Maschinendaten zuverlässig fließen – von der Steuerung über den Leitrechner bis hin zu MES oder ERP und ermöglichen damit eine durchgängige Datenübertragung für Planung, Steuerung und Analyse.
Standards wie OPC UA, MQTT, REST oder Modbus sorgen dafür, dass Maschinen unterschiedlicher Hersteller zuverlässig miteinander kommunizieren. Die Definition von gemeinsamen Protokollen und Mechanismen ermöglicht die Vernetzung von OT und IT in der Produktion.
Für die Anbindung einer Maschine an die IT-Ebene werden deren Prozess- und Betriebsdaten über eine Datenschnittstelle bereitgestellt, transformiert und an übergeordnete Systeme wie MES oder ERP übertragen.
Der Ablauf umfasst drei Schritte:
- Datenzugriff auf der Maschine, z. B. über OPC UA, MQTT, REST oder einen klassischen Feldbus.
- Transformation und Übersetzung durch z. B. eine Integrationssoftware zur Datenstrukturierung und -umwandlung in ein benötigtes Format.
- Übertragung an übergeordnete IT-Systeme wie MES, ERP oder Cloud-Anwendung.
Mit Low-Code-Software wie FabEagle®Connect lässt sich dieser Prozess deutlich vereinfachen: Schnittstellen werden konfiguriert statt programmiert und können jederzeit erweitert werden.
In der Praxis kommen in einer Produktion verschiedene Protokolle zum Einsatz, abhängig von der vorherrschenden Systemlandschaft und dem konkreten Anwendungsfall, zum Beispiel:
- OPC UA: Industriestandard für sichere, strukturierte Maschinendaten und komplexe Datenstrukturen
- MQTT: Publish/Subscribe-Protokoll mit Client/Broker -Architektur für sichere IoT-Datenübertragung
- Modbus: bewährter Standard für viele Bestandsanlagen und klassische Steuerungen
- REST-APIs: flexible Webschnittstellen zur Anbindung moderner IT-Systeme und Cloud-Dienste
Auch ältere oder proprietäre Maschinen lassen sich digital anbinden, ohne teure Neuanschaffungen oder lange Stillstände. Möglich wird das durch Retrofit-Strategien, zum Beispiel durch den Einsatz von:
- Gateways oder Protokollwandler, die Modbus, serielle Protokolle oder proprietäre Datenformate in moderne Standards übersetzen.
- Edge-Devices, die Maschinendaten lokal erfassen, vorverarbeiten und sicher bereitstellen.
- Integrationsplattformen, die alle Datenquellen zentral anbinden.
Standardisierte Schnittstellen sind die Voraussetzung für eine vernetzte und flexible Fertigung. Sie stellen sicher, dass Maschinen, Sensoren und Software nahtlos miteinander arbeiten – unabhängig vom Hersteller oder Alter. Außerdem sinkt mit einer einheitlichen Datenstrukturen der Integrationsaufwand, Software lässt sich schneller implementieren und Anlagen können einfacher erweitert werden.
Sichere Maschinenintegration kombiniert technische Schutzmechanismen mit klaren Prozessen. Dazu gehören:
- Verschlüsselte Datenübertragung über verschlüsselte Protokolle
- Authentifizierung und Rollenmodelle, die den Zugang zu Daten kontrollieren
- Netzwerksegmentierung zur Trennung kritischer Bereiche
- Regelmäßige Updates und Monitoring eingesetzter Software, um Angriffsflächen zu minimieren
Moderne Standards wie OPC UA bringen viele dieser Sicherheitsfunktionen bereits mit. Ergänzende Tools und Plattformen erhöhen die Transparenz und ermöglichen eine durchgängige Nachverfolgung.
Eine skalierbare Integrationsarchitektur wächst mit einer Fertigung und ermöglicht es, Maschinen und Anlagen schnell und strukturiert in die bestehende Lösung aufzunehmen.
Wichtig sind dabei:
- Modulare Adapter, die neue Maschinenarten ohne Individualentwicklung anbinden.
- Template-basierte Konfigurationen, die wiederkehrende Schnittstellen standardisieren.
- Zentrale Verwaltung der Datenpunkte, damit Änderungen nur an einer Stelle gepflegt werden müssen.
- Flexible Deployment-Modelle über Edge, Cloud oder On-Premises.
So bleibt die Produktion auch bei Erweiterungen, Umbauten oder neuen Linien stabil, effizient und transparent.