Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IMLKommunikationsstandards spielen eine essenzielle Rolle in der Automatisierung von Prozessen, da sie den Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Systemen und Geräten ermöglichen. Sie fördern die Interoperabilität und Kompatibilität, reduzieren Integrationskosten und ermöglichen eine nahtlose Kommunikation. Dadurch werden Effizienzsteigerung bei der Integration, Kostensenkung und eine verbesserte Skalierbarkeit in automatisierten Systemen erreicht.
Interoperabilität von Systemen
Interoperabilität: Kommunikationsstandards für die Automatisierung
In der infrastrukturreduzierten Logistik und Produktion der Zukunft ersetzen flexible autonome Robotik-Systeme zunehmend starre Automatisierungslösungen. Durch die Integration von neuen Systemen und Robotiklösungen in bestehende Prozesse wird der Materialfluss effizienter gestaltet und kann so den Anforderungen an moderne Lieferketten gerecht werden. An diese Umstände muss auch das Flottenmanagement angepasst werden. Für diese Flexibilisierung und steigende Heterogenität braucht es Schnittstellen und Standards, um die Interoperabilität der involvierten Systeme sicherzustellen.
Kommunikationsstandards sind essenziell für die Interoperabilität und Automatisierung von Prozessen, da sie den reibungslosen Austausch von Informationen zwischen unterschiedlichen Systemen ermöglichen. Insbesondere in Bereichen wie der industriellen Wertschöpfung und der digitalen Transformation sind standardisierte Schnittstellen entscheidend, um dezentrale, autonome und selbstoptimierende Systeme effektiv zu integrieren und zu betreiben. Schnittstellendefinitionen wie VDA 5050 oder M2X standardisieren die Verbindung zwischen einem Flottenmanagement sowie Mobilen Robotern und ermöglichen durch Interoperabilität eine kosteneffiziente Integration. Dadurch bieten sie eine Zukunftssicherheit für Automatisierungslösungen.
Ganzheitliche Unterstützung bei der Gestaltung von Interoperabilität
Unsere Leistungen umfassen sowohl fachliches als auch technisches Know-how zur Schaffung von Schnittstellen und digitalen Lösungen zur Interoperabilität:
- Standardisierung und Prüfung:
Unterstützung bei der Entwicklung von Kommunikationsstandards und Durchführung von Interoperabilitäts- sowie Konformitätstests zur Sicherstellung zuverlässiger, standardisierter Datenkommunikation - Technologie-Implementierung:
Unterstützung bei der (Weiter)Entwicklung und Implementierung von Schnittstellen, Beratung und Integration bewährter Schnittstellen - Forschung und Innovation:
Entwicklung von Open-Source-Werkzeugen und Plattformen zur Unterstützung der Automatisierung - Schulungen und Wissenstransfer:
Schulungen, Workshops und technische Unterstützung zur Implementierung und Optimierung von Schnittstellen
4 Stufen der Interoperabilität
Es gibt vier Stufen der Interoperabilität, die sich auf die Verbindung und Zusammenarbeit von Systemen beziehen:
- Strukturelle Interoperabilität:
Ermöglicht die physische Übertragung von Daten zwischen verschiedenen Systemen (z. B. durch Netzwerke oder Schnittstellen). - Syntaktische Interoperabilität:
Stellt sicher, dass die Daten standardisierten Datenformaten (z. B. XML, JSON) folgen, damit sie erkannt und strukturiert verarbeitet werden können. - Semantische Interoperabilität:
Sorgt dafür, dass die Daten inhaltlich einheitlich interpretiert werden (z. B. durch einheitliche Bedeutungen). - Organisatorische Interoperabilität:
Unterstützt die Zusammenarbeit auf Prozessebene und schafft gemeinsame Rollen, Workflows sowie Geschäftsstrategien.
Beispielsweise gehört die VDA 5050 zur semantischen Interoperabilität. Sie definiert standardisierte Kommunikationsprotokolle und Datenformate (z. B. MQTT/JSON) zur einheitlichen Interpretation und Verarbeitung von Daten zwischen fahrerlosen Transportsystemen (FTS) und zentralen Leitsteuerungen.
Open Source für Interoperabilität
Gerade für die Automatisierung ist das mit der Entwicklung und Nutzung von Open Source Software (OSS) verbundene Potenzial enorm. Hier spielt die Interoperabilität zwischen unterschiedlichen Softwarelösungen eine zentrale Rolle, um einen reibungslosen Informationsfluss und optimierte Abläufe sicherzustellen. Open Source Software ist darauf ausgelegt, sich nahtlos mit anderen Systemen und Technologien zu verbinden und bietet dabei oft eine höhere Flexibilität bei der Integration im Vergleich zu proprietären Lösungen. Open Source bietet für die Automatisierung zahlreiche Vorteile, darunter:
Flexibilität und Anpassungsfähigkeit
Open Source Software ermöglicht es Unternehmen, Software an ihre spezifischen Anforderungen anzupassen, was besonders in der Automatisierung wichtig ist, um individuelle Prozesse zu optimieren.
Kosteneinsparungen
Durch den Verzicht auf Lizenzkosten und die Nutzung frei verfügbarer Software können Unternehmen Kosten reduzieren, was die Einführung von Automatisierungslösungen erleichtert.
Interoperabilität und Standardisierung
OSS fördert die Integration und Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Systemen und Technologien, was für die Automatisierung heterogener Produktionsumgebungen entscheidend ist.
Innovationsförderung
Open Source ermöglicht den Zugang zu neuen Technologien und Innovationen, die von einer breiten Community entwickelt werden. Dies beschleunigt die Entwicklung und Implementierung neuer Automatisierungslösungen.
Sicherheit und Stabilität
Regelmäßige Updates und die Transparenz des Codes sorgen für eine hohe IT-Sicherheit und Stabilität, was in der Automatisierung essenziell ist.
»Wir möchten eine öffentliche Schnittstellenspezifikation von standardisierten Datenmodellen und die Beschreibung von Interaktionsabläufen, Middleware-neutral mit breiter Anwendbarkeit erarbeiten, um die Nutzung von mobilen Robotern in diesen Umgebungen zu vereinfachen.«
Dennis Lünsch, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IML im Forschungsfeld Interoperabilität
VDA 5050: Richtlinie für Interoperabilität zwischen Leitsteuerung und Fahrzeugen
Die VDA 5050 ist eine herstellerneutrale Schnittstellenspezifikation, die eine standardisierte Kommunikation zwischen fahrerlosen Transportfahrzeugen oder Autonomen Mobilen Robotern (FTF/AMR) und einer zentralen Leitsteuerung (Fleetmanagement) ermöglicht. Der De-facto-Standard wurde entwickelt, um die Interoperabilität zwischen verschiedenen Fahrzeugtypen und Steuerungssystemen zu gewährleisten und ein modernes Flottenmanagement zu ermöglichen.
Eine Open Source-Umsetzung der VDA 5050-Richtilinie, genannt libVDA5050++, wurde vom Fraunhofer IML entwickelt. Sie ermöglicht es Herstellern, ihre proprietären FTF-Lösungen schnell und ohne großen Aufwand auf die VDA-5050-Richtlinie umzurüsten. Dies reduziert Komplexität und Verwaltungsaufwand und erleichtert die Integration heterogener Fahrzeugflotten in ein gemeinsames Leitsystem.
M2X: Interaktion mit der Peripherie
Die Kommunikation von Fahrerlosen Transportfahrzeugen mit der Peripherie ist entscheidend für die Automatisierung, da in nahezu jeder Automatisierungslösung eine Interkation mit zusätzlicher Peripherie notwendig ist.
Das Forschungsprojekt M2X (Maschine-to-x) zielt darauf ab, standardisierte Schnittstellen im Kontext von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) und ihrer Umgebung zu entwickeln. Es soll Interaktionen von FTS mit Umgebungen wie Lagerverwaltungs- oder ERP-Systemen, sowie mit Peripheriegeräten wie Türen, Aufzügen oder Lastwechselstationen vereinheitlichen. Das Hauptziel ist es, den Aufwand und die Kosten für die Integration heterogener Systeme zu reduzieren und die Automatisierung branchenweit zugänglicher zu machen.
Aulis: Open Source-Betriebssystem für FTF und AMR
Aulis ist ein agentenbasiertes, modulares Betriebssystem für die Intralogistik, das den innerbetrieblichen Transport von Gütern mit Fahrerlosen Transportfahrzeugen und autonomen mobilen Robotern effizient organisiert. Es basiert auf offenen De-facto-Standards wie VDA 5050 und ermöglicht Interoperabilität zwischen verschiedenen Herstellern und Technologien. Durch seine flexible Architektur können Unternehmen Module anpassen und erweitern, um spezifische Anforderungen zu erfüllen. Als Open-Source-Lösung senkt es Integrationskosten und bietet eine effiziente Steuerung komplexer Logistikabläufe.
Interoperabilität testen: Das PACE Lab
Das PACE Lab (Positioning Accuracy Communication Evaluation) ist eine weltweit einzigartige Forschungsinfrastruktur des Fraunhofer IML für die Entwicklung autonomer Systeme in der Logistik. Es bietet eine hochpräzise Echtzeit-Datenerfassung und ein digitalisiertes Abbild der Realität mit Submillimeter-Genauigkeit. Unternehmen können hier autonome Systeme wie mobile Roboter, Drohnen oder humanoide Roboter testen sowie Technologien zur Navigation, Mensch-Technik-Interaktion oder Kommunikation evaluieren. Mit innovativen Testmöglichkeiten wie 5G-Kommunikation und Motion-Capturing unterstützt das PACE Lab die Entwicklung effizienter, automatisierter Lösungen.
Was bedeutet Interoperabilität?
Interoperabilität bezeichnet die Fähigkeit von verschiedenen Systemen, Organisationen oder Komponenten, nahtlos miteinander zu kommunizieren, Daten auszutauschen und zusammenzuarbeiten. Sie setzt gemeinsame Standards und Schnittstellen voraus, sodass keine zusätzlichen Anpassungen notwendig sind. Beispiele finden sich in IT-Systemen, Gesundheitswesen und vernetzten Geräten.
Welche Beispiele gibt es für Interoperabilität?
Beispiele für Interoperabilität sind die Verwendung von zentralen Leisteuerungen, die verschiedene Geräte wie autonome mobile Roboter (AMRs) und Peripherie zentral steuern. Weitere Beispiele sind Mobilfunknetze, die trotz verschiedener Hersteller interoperabel sind, oder Cloud-Systeme, die Daten in standardisierten Formaten bereitstellen. Auch Online-Kommunikationsdienste wie E-Mail nutzen Interoperabilität, um plattformübergreifend Nachrichten auszutauschen.
Was bedeutet Interoperabilität von Daten?
Interoperabilität von Daten beschreibt den Zustand, in dem Daten aus unterschiedlichen Systemen und Quellen problemlos geteilt, verarbeitet und korrekt interpretiert werden können. Diese Daten müssen in Formaten vorliegen, die eine nahtlose Zusammenarbeit und ein einheitliches Verständnis ermöglichen. Dabei sind semantische und syntaktische Kompatibilität entscheidend.
Warum ist Interoperabilität wichtig?
Interoperabilität optimiert den Informationsaustausch, fördert Effizienz und reduziert Kosten, da bisher isolierte Systeme ohne zusätzliche Aufwände integriert werden können. Sie ist entscheidend für Innovation, Skalierbarkeit und die digitale Transformation, insbesondere in vernetzten Industrien wie der Logistik oder im Gesundheitswesen. Zudem hilft sie, Marktbarrieren abzubauen, Nutzerfreundlichkeit und Zukunftssicherheit zu gewährleisten.
Was ist eine Kommunikationsschnittstelle?
Eine Kommunikationsschnittstelle ist der Teil eines Systems, der den Datenaustausch und die Interaktion zwischen zwei Geräten, Programmen oder Systemen ermöglicht. Sie besteht aus standardisierten Protokollen, Datenformaten und Verbindungen, die die Grundlage für die technische Interoperabilität schaffen.
Was ist VDA 5050?
VDA 5050 ist eine Kommunikationsrichtlinie für mobile Roboter. Die Richtlinie gewährleistet die Interoperabilität zwischen mobilen Robotern unterschiedlicher Hersteller und einem zentralen Leitsystem, um einen effizienteren Arbeitsablauf zu ermöglichen.
Was ist M2X?
Das Projekt M2X (Machine-to-X) wurde von der Technischen Universität Dortmund und dem Fraunhofer IML initiiert und zielt darauf ab, eine Richtlinie für Schnittstellen zwischen fahrerlosen Transportsystemen (FTS) und ihrer Umgebung zu entwickeln. Ziel ist es, offene Schnittstellenspezifikationen für eine herstellerunabhängige Automatisierung bereitzustellen, um Interaktionen mit Peripherie wie Lastwechselstationen, Aufzügen, Toren und Türen effizienter und standardisiert zu gestalten. Diese Open-Source-Initiative erleichtert die Automatisierung durch reduzierte Implementierungskosten und agile Anpassungen in der Industrie.