Unified Namespace mit SMARTUNIFIER

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Unified Namespace (UNS) ist ein leistungsstarkes Konzept, das sich als Grundlage für Plattformen zur Optimierung der Datenintegration und des Datenzugriffs in industriellen Umgebungen herauskristallisiert. Logisch betrachtet zentralisiert es Daten aus verschiedenen Quellen in einer einzigen, einheitlichen Struktur, wodurch sie leicht zugänglich und verwaltbar werden. Im Folgenden wird genauer beschrieben, was UNS ist und wie SMARTUNIFIER sich an diesem Ansatz ausrichten kann, um den operativen industriellen Betrieb zu verbessern.

Was ist Unified Namespace?

Wenn es um Industrial Data Connectivity geht, trifft man auf eine heterogene Umgebung von Software- und Hardwareprotokollen, Datentypen, Datenformaten und deren Implementierungen sowie vielen weitere Elementen. Trotz branchenübergreifender Standardisierungen, insbesondere bei Kommunikationsprotokollen, wird ein wichtiges Element in den meisten Fällen wie ein ungewolltes Kind behandelt: die Informationen selbst.

Das Konzept des Unified Namespace befasst sich mit genau dieser Herausforderung. Wie schaffen wir es, einen Standard zwischen allen Kommunikationspartnern innerhalb der Industrial Data Connectivity zu schaffen?

Historisch betrachtet,orientiert sich UNS einerseits an der ISA95-Automatisierungspyramide als Ideengeber. Weit darüber hinausgehend ist jedoch der eigentliche Fokus von UNS, eine logische, konsolidierte und konsistente Datenschicht aufzubauen, die Daten aus allen möglichen Quellen in einer zusammenhängenden und einheitlichen Ansicht aggregiert und organisiert. Somit werden die Grenzen zwischen den unterschiedlichen ISA95-Schichten (siehe folgende Abbildung) überwunden.

Historisch betrachtet, orientiert sich UNS einerseits an der ISA95-Automatisierungspyramide als Ideengeber. Weit darüber hinausgehend ist jedoch der eigentliche Fokus von UNS, eine logische, konsolidierte und konsistente Datenschicht aufzubauen, die Daten aus allen möglichen Quellen in einer zusammenhängenden und einheitlichen Ansicht aggregiert und organisiert. Somit werden die Grenzen zwischen den unterschiedlichen ISA95-Schichten (siehe folgende Abbildung) überwunden.

Die Herausforderung von ISA95 besteht im Verständnis, dass jede Schicht für sich selbst existiert und sich die Konnektivität dazwischen sich nicht über mehr als eine Schicht erstreckt. Viele Daten und Informationen sind jedoch im Kern unabhängig von diesen Schichten. Einige Daten, die in KPIs verwendet oder in einem Dashboard angezeigt werden (z.B. Energieverbräuche, Leistungsinformationen, Wartungsinformationen etc.), können sich über zwei, drei oder sogar alle Ebenen hinweg erstrecken.

Unabhängig von diesen Schichten schlägt UNS deshalb die Verwendung einer Reihe unterschiedlicher hierarchischer Ebenen vor, um eine Struktur für alle Daten und Informationen aufzubauen, erzwingt sie aber keineswegs. In den meisten Quellen und Artikeln rund um UNS ist folgende Struktur zu finden:

Unabhängig von diesen Schichten schlägt UNS deshalb die Verwendung einer Reihe unterschiedlicher hierarchischer Ebenen vor, um eine Struktur für alle Daten und Informationen aufzubauen, erzwingt sie aber keineswegs. In den meisten Quellen und Artikeln rund um UNS ist folgende Struktur zu finden:

Diese generische Struktur schafft eine Informationshierarchie, die letztendlich die Konsistenz und Konsolidierung der Informationen ermöglicht. Um UNS für bestimmte Anwendungsfälle zu realisieren, empfiehlt es sich, eine sechste Schicht für die Daten selbst hinzuzufügen. Wichtig ist jedoch immer, dass es nach dem derzeitigen Verständnis von UNS keine definierte Anzahl oder dedizierte Bedeutung von Schichten als Industriestandard geben sollte.

Diese generische Struktur schafft eine Informationshierarchie, die letztendlich die Konsistenz und Konsolidierung der Informationen ermöglicht. Um UNS für bestimmte Anwendungsfälle zu realisieren, empfiehlt es sich, eine sechste Schicht für die Daten selbst hinzuzufügen. Wichtig ist jedoch immer, dass es nach dem derzeitigen Verständnis von UNS keine definierte Anzahl oder dedizierte Bedeutung von Schichten als Industriestandard geben sollte.

Das Konzept des Unified Namespace schlägt auch eine zentralisierte Namenskonvention über alle Ebenen und Strukturen hinweg vor. Im Folgenden wird beispielhaft eine solche Namenskonvention anhand eines praktischen Beispiels unter Anwendung des SMARTUNIFIER beschrieben.

Ist Unified Namespace bereits Teil von SMARTUNIFIER?

Um diese Frage kurz zu beantworten: Ja.

Nehmen wir als Beispiel eine Struktur für den SMARTUNIFIER-Demonstrator wie er z. B. auf der HANNOVER MESSE gezeigt wurde. Dieser Demonstrator verwendet unter Anderem zwei Sensoren für Gerätetemperatur und -druck, die auf einer Siemens S7-SPS abgebildet sind.

Die beiden Informationswerte, einer für die Temperatur, einer für den Druck, können wie folgt modelliert werden:

Es ist nun offensichtlich, woher die Informationen stammen und dass diese Informationen nun die Grundlage für die Standardisierung innerhalb des Unternehmens und innerhalb aller innerhalb des Systems abgebildeten Informationsflüsse sind. In diesem Beispiel stammt der Temperaturwert, der in einem Dashboard angezeigt wird, eindeutig von der Siemens S7 SPS des Industrieunternehmensbereichs in Site 1 von Amorph Systems. Wenn Sie diesen spezifischen Wert adressieren möchten, können Sie den vollständigen Pfad dieser Informationen als AmorphSystems.Site1.Industrial.SiemensS7PLC.TemperaturSimulator.Temperature benennen.

Es ist nun offensichtlich, woher die Informationen stammen und dass diese Informationen nun die Grundlage für die Standardisierung innerhalb des Unternehmens und innerhalb aller innerhalb des Systems abgebildeten Informationsflüsse sind. In diesem Beispiel stammt der Temperaturwert, der in einem Dashboard angezeigt wird, eindeutig von der Siemens S7 SPS des Industrieunternehmensbereichs in Site 1 von Amorph Systems. Wenn Sie diesen spezifischen Wert adressieren möchten, können Sie den vollständigen Pfad dieser Informationen als AmorphSystems.Site1.Industrial.SiemensS7PLC.TemperaturSimulator.Temperature benennen.

Generell ist es ratsam, sich innerhalb des Unternehmens auf ein einheitliches Namensschema zu einigen, das wie folgendes Beispiel aussehen könnte:

Nach diesem Namensschema ist die Adresse des Temperaturwerts AMS.ST1.IND.S71.TMPS.dblTemp. Das mag auf den ersten Blick kompliziert und nicht leicht lesbar aussehen, aber bei Verwendung von SMARTUNIFIER kann diese Hierarchie mit praktisch unbegrenzten Ebenen und Merkmalen modelliert werden. Im SMARTUNIFIER Manager kann dieser Strukturbaum folgendermaßen aussehen und wird intuitiv lesbar dargestellt.

Nach diesem Namensschema ist die Adresse des Temperaturwerts AMS.ST1.IND.S71.TMPS.dblTemp. Das mag auf den ersten Blick kompliziert und nicht leicht lesbar aussehen, aber bei Verwendung von SMARTUNIFIER kann diese Hierarchie mit praktisch unbegrenzten Ebenen und Merkmalen modelliert werden. Im SMARTUNIFIER Manager kann dieser Strukturbaum folgendermaßen aussehen und wird intuitiv lesbar dargestellt.

Information models- Smartunifier
Edit Information models Smartunifier

Das Konzept des Unified Namespace in SMARTUNIFIER ist hierbei einfach zu implementieren und zu modellieren und kann universell in einer Vielzahl von Schnittstellen eingesetzt werden.

Die Basis dahinter ist, dass SMARTUNIFIER zur Modellierung und Strukturierung von Daten sogenannte Informationsmodelle verwendet, um eine standardisierte Benennung und Verwendung von Daten und Informationen zu ermöglichen. Doch SMARTUNIFIER geht noch einen Schritt weiter.

Es ist nicht nur möglich den Unified Namespace für Anlagen und Devices – oder „Südseite“, wie wir es nennen, abzubilden – sondern auch den Unified Namespace für – „nordseitig“ – übergeordnete Produktions-IT oder Geschäftsanwendungen wie MES, ERP, Data Lakes oder andere Systeme. Letztere benötigen möglicherweise einen anderen hierarchischen Ansatz und können innerhalb der Informationsmodelle von SMARTUNIFIER natürlich anders konfiguriert werden. Nach dem obigen Schema kann diese Hierarchie und Modellierung wie folgt aussehen:

Diese beiden unterschiedlichen, aber konzeptionell miteinander verbundenen Unified Namespaces für süd- und nordseitigen Anlagen und Systeme können nun mit der Low-Code-Mapping-Funktion von SMARTUNIFIER logisch miteinander verbunden werden und somit einen perfekten übergeordneten Unified-Namespace bilden.

Aber wofür ist Unified Namespace in SMARTUNIFIER überhaupt gut?

Stellen Sie sich vor, Sie erstellen einen Unified Namespace für einen Use Case zum Condition Monitoring, der auf Ihre ausgewählte Produktionslinie angewendet wird. Dies wird durch das UNS-Konzept bereits hervorragend unterstützt. Stellen Sie sich weiterhin vor, Sie rollen dieses Information Modell auf andere Produktionslinien oder sogar Produktionsstandorte aus. Dies ist eine Erweiterung des UNS-Verständnisses und wird von SMARTUNIFIER ebenfalls standardmäßig mit Hilfe von SMARTUNIFIER Templates unterstützt. Diese sind in der Lage Teile des UNS für unterschiedliche Anlagen, Geräte und IT-Systeme wiederzuverwenden und zwar unabhängig von deren jeweiligen Kommunikationsprotokollen und der anschließenden Verwendung.

Die wichtigsten Merkmale von UNS innerhalb von SMARTUNIFIER sind daher:

  • Zentralisierter Datenzugriff: Alle Daten, unabhängig von ihrer Herkunft, sind von einem einzigen Punkt aus zugänglich.
  • Echtzeit-Datenintegration: Daten aus verschiedenen Quellen werden in Echtzeit integriert, um aktuelle Informationen zu gewährleisten.
  • Interoperabilität: Es wird eine Vielzahl an industriellen Protokollen und Systemen unterstützt und somit ein nahtloser Datenfluss im gesamten Unternehmen erleichtert.
  • Verbesserte Datenqualität: Durch die Bereitstellung einer einheitlichen Struktur wird die Datenkonsistenz und -genauigkeit verbessert.

Vorteile von Unified Namespace mit SMARTUNIFIER

  • Vereinfachtes Datenmanagement: Reduziert die Komplexität durch Bereitstellung einer einzigen Schnittstelle für Datenzugriff und -verwaltung.
  • Verbesserte Entscheidungsfindung: Genaue Echtzeitdaten unterstützen bessere operative und strategische Entscheidungen.
  • Skalierbarkeit: Einfache Skalierung für wachsende Datenmengen und neue Datenquellen.
  • • Kosteneffizienz: Reduziert den Bedarf an mehreren Datenmanagement-Tools sowie Integrationsaufwänden und senkt die Kosten.

Geräteintegration mit SMARTUNIFIER und Unified Namespace

SMARTUNIFIER ist hervorragend geeignet, um die Vorteile eines Unified Namespace zu nutzen. Und es gibt noch weitere Vorteile: UNS impliziert einen aus logischer Sicht stark zentralisierten Ansatz. Dieser wird in vielen Fällen als Message Broker wie z.B. MQTT Broker oder ähnliches betrachtet. Während SMARTUNIFIER seine Informationsmodelle zentral über den SMARTUNIFIER Manager konfiguriert, ist das Deployment jeder Kommunikationsinstanz hingegen dezentralisiert über voneinander unabhängige Kommunikationsinstanzen. Jede Kommunikationsinstanz verwendet hierbei einen geeigneten Ausschnitt des im SMARTUNIFIER Manager zentral verwalteten Unified Namespace. Dieses Konzept funktioniert sowohl südseitig zu Anlagen und Geräten beispielsweise über OPC-UA oder SPS-spezifische Protokolle. Es wird aber auch konsequent für nordseitige Verbindungen, beispielsweise über MQTT, AMQP, DDS, SQL und viele andere Protokolle eingesetzt. Dieser Ansatz gewährleistet unbegrenzte Skalierbarkeit und Leistung.

Kurz gesagt:

  1. Dezentrale Architektur mit zentralem Zugriff:
    • Durch die Sicherstellung einer qualitativ hochwertigen, zuverlässigen Datenintegration ergänzt SMARTUNIFIER das Ziel von UNS, konsistente und genaue Daten im gesamten Unternehmen bereitzustellen.
  2. Interoperabilität und Kompatibilität:
    • Die Fähigkeit von SMARTUNIFIER, sich mit verschiedenen Industrieprotokollen, MES-, ERP- und Cloud-Plattformen zu verbinden, macht SMARTUNIFIER zu einem idealen Kandidaten für die Erstellung eines umfassenden UNS.
  3. Skalierbarkeit:
    • SMARTUNIFIER wurde für die praktisch unbegrenzte Skalierbarkeit entwickelt und kann mit den Anforderungen eines Unified Namespace wachsen und steigende Datenmengen und Komplexität bewältigen, ohne die Leistung (Performance, Latenz, etc.) zu beeinträchtigen.
  4. Verbesserte Datenqualität:
    • Durch die Sicherstellung einer qualitativ hochwertigen, zuverlässigen Datenintegration ergänzt SMARTUNIFIER das Ziel von UNS, konsistente und genaue Daten im gesamten Unternehmen bereitzustellen.

Schlussfolgerung

Der Einsatz von SMARTUNIFIER mit Unified Namespace kann das industrielle Datenmanagement revolutionieren. Die Kombination des dezentralen, skalierbaren und benutzerfreundlichen Ansatzes von SMARTUNIFIER mit der zentralisierten, Echtzeit- und Interoperabilität von UNS schafft eine robuste und hoch-skalierbare Lösung für moderne Industriebetriebe. Diese Synergie vereinfacht nicht nur das Datenmanagement, sondern verbessert auch die Entscheidungsfindung, die Prozess- und Kosteneffizienz.

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