Industrie 4.0 und der Einsatz von OPC UA

Industrie 4.0 setzt den Einsatz von digitaler Kommunikations – und Steuertechnik voraus. Denn Geräte der Industrie 4.0 sind mobil und ständig miteinander vernetzt. Das braucht den Einsatz verschiedener Kommunikationsprotokolle wie zum Beispiel OPC UA.

Was ist OPC UA?

  • Open Platform Communications Unified Architecture und besteht aus einer Reihe von Protokollen​
  • Es standardisiert die Maschine zu Maschine (M2M) Kommunikation
  • Es stellt serviceorientierte Architekturen (SOA) zur Verfügung​
  • Durch geeignete Semantik bei der Kommunikation wird die Anzahl der Schnittstellen gering gehalten​
  • Die Bereitstellung einfacher Schnittstellen​ sorgt für umfangreiche Standdardisierung
  • Einheitliche Nachrichtenformate vereinfachen den Austausch von Daten und Informationen
  • Es gibt flexible Erweiterungsmöglichkeiten​
  • Eine Implementierung hoher Sicherheitsstandards mit verschiedenen Sicherheitslevel ist verfügbar
  • Redundanz sichert Datenverluste ab​
  • Heartbeat zur Verbindungsüberwachung in beide Richtungen, d. h. sowohl Server als auch Client bemerken Unterbrechungen.​
  • Pufferung von Daten und Quittierung von übertragenen Daten. Verbindungsunterbrechungen führen nicht zu Datenverlust. Verlorene Daten können erneut angefordert werden.

Fazit:

Industrie 4.0 ist am Aufbau und wird das Arbeits- und Sozialgefüge massiv verändern.

Datenbanken im Zeitalter der „Industrie 4.0“

Seit der Entwicklung von Computern spielen Datenbanken eine wichtige Rolle bei der Datenverarbeitung. Die Datenmenge ist im Zeitalter der Industrie 4.0 um ein vielfaches mehr geworden. Bei der Erfassung und Verarbeitung der Daten gibt es immer leistungsfähigere Geräte, wie Scanner, Kameras, Sensoren, Roboter oder Werkzeugmaschinen.

Mit der wachsenden Anzahl an vernetzten, digitalen Geräten wird die verarbeitete Datenmenge viel größer werden. Zudem soll zwischen den beteiligten Maschinen, Robotern und Menschen ein Datenaustausch in Echtzeit stattfinden. Die Daten müssen gespeichert, archiviert und innerhalb kurzer Zeit an beliebigen Orten wieder abrufbar sein. Dabei sind die Berechtigungen für die Daten und der Schutz der Daten einzuhalten.

So gibt es für die Ingenieure für die KI und die Produktionstechnik der Industrie 4.0 vielfältige Anforderungen zu erfüllen.

Dazu sind neue Speichermedien und Techniken für den Transport der Daten, in für heutige Maßstäbe kaum vorstellbaren Größen, zu entwickeln. Zudem wird durch den Einsatz von Quantencomputern die benötigte Rechenleistung zur Verfügung gestellt, um die KI für Industrie 4.0 und für Solarnet umfassend einsetzen zu können. Denn die Menschheit ist dann auch auf dem Mond beheimatet und auf dem Weg zur Besiedelung des Mars. Mit der Industrie 4.0 wird ein neues System etabliert, dass durch die KI den neoliberalen Kapitalismus ablöst.

Allerdings lassen sich die grundlegenden Elemente der Datenverabeitung weiterhin nutzen. Der Sprachumfang von SQL wird dem Full Level Stand entsprechen und weitere nützliche Funktionen zur Verfügung stellen. Zudem werden die mehrdimensionale Speicherung von Daten neue Wege der Verarbeitung bringen.

Anforderungen an Industrie 4.0

    • Die aktuellen Protokolle Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) und Time Sensitive Networking (TSN) sind für Industrie 4.0 nur eingeschränkt nutzbar. Es fehlt teilweise die Echtzeit Nutzung bei der Übermittlung und Verarbeitung von Daten durch passende Schnittstellen oder Feldbusse​
    • Roboter stehen nicht mehr an einem Platz, sondern bewegen sich im Rahmen der Aufgaben in verschiedenen räumlichen Bereichen ​
    • Der Austausch von Information zwischen den Maschinen ist mit kurzer Antwortzeit notwendig. Das vermeidet Kollisionen und optimiert Prozesse​
    • Neue Technologien, wie verschränkte Kommunikation, sind bei großen Entfernungen notwendig
    • Eine Zuordnung der Informationen erfolgt durch Zuordnung von Kontext und der Ausweitung bei der Verarbeitung von Metadaten​
    • Die Weitergabe von Daten erfolgt kontextbezogen​
    • Der schnelle Eingriff in maschinenorientierte Abläufe durch den Menschen muss zu jeder Zeit möglich sein​
    • Auch Echtzeit Daten sind vollständig zu speichern, zu archivieren und innerhalb kürzester Zeit an jedem Ort zur Verfügung zu stellen
    • Der Datenschutz und und die Datensicherheit inklusive Berechtigungen müssen bei allen Daten angewendet werden
    • Die 3 Roboter Gesetze von Isaac Asimov sind einzuhalten​
    • Durch selbst optimierende Programme der KI werden bisher bestehende Fehlerquoten mehr und mehr eliminiert
    • Selbst reproduzierende Industrie erleichtert in ferner Zukunft die Industrialisierung von Planeten, Asteroiden und Monden

    • Die Menschen werden in Symbiose mit Maschinen leben

Daten – Information – Wissen im Kontext der Informatik

Der Begriff Information ist in der römischen Antike zum Beispiel durch Cicero als Vorstellung der Götter “informatio dei” genutzt worden. Augustinus hat mit “informatio sensus” den Prozess der sinnlichen Wahrnehmung auch als Unterweisung und Belehrung abgeleitet. Im 15. und 16. Jahrhundert wurde “informare” für die Tätigkeit der Benachrichtigung genutzt.

Der Mathematiker Claude E. Shannon definierte 1948 in seinem Aufsatz ” A Mathematical Theory of Communication” den Begriff Information im Kontext der Nachrichtentechnik. Daraus entstanden Wissenschaftsbereiche wie Informationswissenschaft und Informatik. Aber auch die Disziplinen Soziologie, Medientheorie und Philosophie wurden dadurch beeinflusst.(1)

Betrachten wir, wie Daten zu Information und Wissen werden

Daten sind in der Informatik Zeichen, die meist maschinenbearbeitbar sind. Stehen diese Zeichen im Kontext einer Bedeutung, dann werden aus strukturierten Daten Informationen.

Aus Informationen wird Wissen, wenn Menschen durch Beobachtung oder Erfahrung auf Zusammenhänge schließen. Nach der Philosophie Kants wird dies mit durch den Verstand kontrollierte Vernunft erreicht.

Beispiel

Daten 08937432
Information (durch Kontext “Telefonnummer”) 08937432
Wissen (durch Erfahrung oder Beobachtung: München hat die Vorwahl “089”) 08937432

 

In diesem Zusammenhang gibt es eine asiatische Sichtweise, die ein berühmter asiatischer Philosoph schrieb(2)

Die Nichtwissenheit wissen
ist das Höchste.
Nicht wissen, was Wissen ist,
ist ein Leiden.
Nur wenn man unter diesem Leiden leidet,
wird man frei von Leiden.
Daß der Berufene nicht leidet,
kommt daher, daß er an diesem Leiden leidet;
darum leidet er nicht.

 

Quelle: (1) Alexander Roesler/Bernd Stiegler “Grundbegriffe der Medientheorie”; (2) Laotse