Unified Namespace: So lassen sich industrielle Daten in Echtzeit vereinheitlichen

In modernen Industriearchitekturen stammen Produktionsdaten aus vielen verschiedenen Quellen: SPSen, SCADA-Systemen, IoT-Plattformen, MES-Datenbanken oder ERP-Anwendungen. Häufig bleiben diese Informationen auf mehrere Systeme und Dateien verteilt, wodurch das Management, die Analyse und die gemeinsame Nutzung erschwert werden.

Der Unified Namespace (UNS) wurde genau entwickelt, um dieses Problem zu lösen. Es handelt sich um ein Architekturmodell, das es ermöglicht, Industriedaten auf strukturierte Weise zu organisieren und zu verteilen und dabei eine gemeinsame Basis zu schaffen, die für alle Unternehmenssysteme zugänglich ist.

Durch eine Unified Namespace Architektur können die aus der Produktion stammenden Daten in Echtzeit veröffentlicht, mit Cloud-Anwendungen oder Analysewerkzeugen geteilt und zur Entwicklung neuer digitaler Lösungen genutzt werden.

Wichtige Punkte, die man beachten sollte:

• Der Unified Namespace (UNS) ist eine Datenarchitektur, die den Zugriff auf industrielle Informationen in Echtzeit standardisiert.
• Er ermöglicht die Schaffung einer Single Source of Truth, also einer einzigen zuverlässigen Datenquelle.
• Die Unified Namespace Architektur reduziert die Komplexität der Integrationen zwischen Industriesystemen.
• Technologien wie MQTT, Sparkplug und OPC UA werden häufig eingesetzt, um ein MQTT Unified Namespace zu implementieren.
• Der UNS erleichtert die Integration zwischen Produktionssystemen, IoT-Anwendungen und Cloud-Plattformen.
• Er ermöglicht die schnellere Entwicklung von Anwendungsfällen für Datenanalysen, Betriebsmanagement-Dashboards und digitale Anwendungen.

Unified Namespace: Definition und Schlüsselprinzipien

Was ist ein Unified Namespace?

Ein Unified Namespace ist ein Architekturmodell, das verwendet wird, um industrielle Daten in einem gemeinsamen und strukturierten Raum zu organisieren.

In einer Unified Namespace Architektur veröffentlichen alle Systeme ihre Daten innerhalb einer gemeinsamen hierarchischen Struktur. Jede Anwendung, die diese benötigt, kann anschließend über einen Publish-/Subscribe-Mechanismus auf die Informationen zugreifen.

Dieser Ansatz eliminiert die Notwendigkeit, zahlreiche Punkt-zu-Punkt-Integrationen zwischen Systemen zu erstellen. 

Beispielsweise kann ein SCADA-System Produktionsdaten im Namespace veröffentlichen, während eine Analyseanwendung in der Cloud dieselben Daten abonnieren kann, ohne dass dedizierte Integrationen erforderlich sind.

Dadurch wird es möglich, eine wesentlich flexiblere digitale Infrastruktur aufzubauen.

Warum spricht man von einer „Single Source of Truth“? 

In traditionellen Architekturen können dieselben Daten gleichzeitig in mehreren Systemen vorhanden sein. 

Ein gängiges Beispiel sind:

• MES Systeme
• Produktionsdatenbanken
• Analysewerkzeuge
• Betriebsmanagement-Dashboards

Wenn diese Informationen nicht synchronisiert sind, entstehen leicht Inkonsistenzen.

Der Unified Namespace führt dagegen das Konzept der Single Source of Truth ein: Jede Information hat nur eine einzige Quelle und wird nur einmal im Namespace veröffentlicht.

Die Systeme, die diese Daten benötigen, erhalten sie direkt aus dem Namespace.

Dieser Ansatz verbessert die Qualität der Informationen und erleichtert das Management industrieller Daten.

Welche Komponenten hat ein UNS?

Ein UNS (Unified Namespace) besteht aus verschiedenen technologischen Elementen, die zusammenarbeiten, um die Verteilung der Daten zu verwalten.

Message Broker

Der Broker ist das Herzstück der Architektur. Er empfängt die von den Ursprungssystemen veröffentlichten Daten und verteilt sie an die entsprechenden Benutzer oder Anwendungen.

In den gängigsten Implementierungen wird MQTT verwendet, wodurch ein MQTT Unified Namespace entsteht.

Struktur des Namespace

Die Daten werden in einer hierarchischen Struktur organisiert, die typischerweise die Organisation der Produktion abbildet: Werk, Linie, Maschine oder Sensor. Häufig basiert dies auf dem Standard ISA-95.

Publisher

Dies sind die Systeme, die Daten im Namespace veröffentlichen, wie SPSen, IoT-Gateways oder SCADA-Plattformen.

Subscriber

Dies sind die Anwendungen, die die Daten nutzen: MES-Systeme, Analysewerkzeuge, Cloud-Anwendungen oder Betriebsmanagement-Dashboards für den Benutzer.

Welche Vorteile bietet der Unified Namespace für die Industrie? 

Vereinfachung der IT-/OT-Architektur

Einer der wichtigsten Vorteile der Unified Namespace Architektur ist die Vereinfachung der IT- und OT-Infrastruktur.

Anstatt jedes System über dedizierte Integrationen zu verbinden, kommunizieren alle Systeme über den Namespace.

Dadurch wird die Anzahl der erforderlichen Verbindungen reduziert und die Architektur wesentlich einfacher zu verwalten.

Beschleunigung der Implementierung von Anwendungsfällen

Wenn die Daten bereits im Unified Namespace verfügbar sind, wird die Entwicklung neuer Anwendungen deutlich einfacher.

Beispielsweise können schnell implementiert werden:

• Betriebsmanagement-Dashboards
• Werkzeuge zur Produktionsanalyse
• IoT-Anwendungen
• Systeme für vorausschauende Wartung

Der UNS wird somit zu einer gemeinsamen Datenbasis, auf der neue digitale Lösungen aufgebaut werden können.

Förderung von Skalierbarkeit und Resilienz

Ein weiteres wichtiges Merkmal der Unified Namespace Architektur ist die Skalierbarkeit.

Wenn neue Systeme oder neue Werke hinzugefügt werden, können diese einfach mit dem Namespace verbunden werden, ohne die bestehende Architektur zu verändern.

Dadurch wird die Infrastruktur widerstandsfähiger und besser für zukünftiges Wachstum geeignet.

Reduzierung der Integrations- und Wartungskosten

Punkt-zu-Punkt-Integrationen zwischen Systemen sind häufig teuer und schwer zu warten.

Mit einem Unified Namespace verbindet sich jedes System nur ein einziges Mal mit dem Broker.

Ab diesem Zeitpunkt stehen die Daten allen Anwendungen zur Verfügung, die sie benötigen.

Dadurch werden die Integrations- und Wartungskosten im Laufe der Zeit erheblich reduziert

Erleichterung der Data Governance

Der Unified Namespace trägt außerdem dazu bei, die Governance industrieller Daten zu verbessern.

Es können klare Regeln definiert werden für:

• die Struktur des Namespace
• die Verwaltung der Benutzerzugriffe
• die Qualität und Nachverfolgbarkeit der Daten

Dadurch lässt sich die Herkunft der Informationen besser kontrollieren und ihre Zuverlässigkeit verbessern.

Welche konkreten Anwendungen gibt es für den Unified Namespace?

Verbindung von ERP, MES, SCADA und IoT 

Eine der wichtigsten Anwendungen des Unified Namespace ist die Integration verschiedener Industriesysteme.

Über den Namespace können verbunden werden:

• ERP
• MES
• SCADA Systeme
• IoT Geräte
• Cloud Plattform

All diese Systeme können Daten gemeinsam nutzen, ohne direkte Integrationen untereinander zu benötigen. 

Schaffung einer gemeinsamen Basis für die Analyse industrieller Daten 

Ein Unified Namespace stellt eine ideale Grundlage für Projekte zur Analyse industrieller Daten dar.

Die aus der Produktion gesammelten Daten können verwendet werden für:

• Leistungsanalysen
• Machine-Learning-Modelle
• Optimierung von Produktionsprozessen

Dank des Namespace sind die Daten bereits strukturiert und bereit, von Analysewerkzeugen genutzt zu werden.

Implementierung von Echtzeit-Dashboards

Ein weiteres sehr verbreitetes Beispiel betrifft die Erstellung von Betriebsmanagement-Dashboards.

Die Dashboards können Daten direkt aus dem Namespace empfangen und in Echtzeit visualisieren:

• Maschinenstatus
• Produktionskennzahlen
• Alarme oder Anomalien

Dies hilft Bedienern und Benutzern, schnellere datenbasierte Entscheidungen zu treffen.

Wie funktioniert die Architektur eines Unified Namespace?

Hierarchische ISA-95-Struktur: ein Referenzstandard

Viele Implementierungen einer Unified Namespace Architektur verwenden den Standard ISA-95 zur Organisation der Daten.

Dieser Standard definiert eine hierarchische Struktur, die die Organisation der Produktion abbildet. 

 Ein Beispiel für eine Struktur könnte Folgendes umfassen: 

• Unternehmen 
• Standort
• Bereich
• Linie
• Maschine
• Gerät

Diese Struktur macht den Namespace klarer und einfacher nutzbar

Verwendete Protokolle: MQTT, Sparkplug B, OPC UA

Zur Implementierung eines MQTT Unified Namespace werden häufig standardisierte Industrieprotokolle verwendet.

 Zu den gebräuchlichsten gehören: 

MQTT

Ein leichtgewichtiges Protokoll, das häufig in industriellen IoT-Projekten eingesetzt wird.

Sparkplug B

Eine Erweiterung von MQTT, die das Datenmodell für die Industrie standardisiert.

OPC UA

Ein weit verbreiteter Kommunikationsstandard für die Integration zwischen Industriesystemen.

Der Einsatz von OPC, MQTT und anderen Protokollen ermöglicht die Verbindung unterschiedlicher Systeme innerhalb desselben Namespace.

Beispiele für die Strukturierung von Topics in der Praxis 

Innerhalb eines Unified Namespace werden die Daten in hierarchischen Topics organisiert.

Ein einfaches Beispiel könnte sein:

unternehmen/werk/linie/maschine/parameter

Zum Beispiel:

factory/stuttgart/linie1/maschine01/temperatur

In diesem Beispiel repräsentiert der Pfad die Herkunft der Daten innerhalb der Produktion.

Diese Struktur erleichtert das Datenmanagement und macht es für Systeme oder Benutzer einfacher, die Informationen zu finden.

Wie implementiert man einen Unified Namespace?

Vorbereitende Schritte für die Implementierung

Bevor eine Unified Namespace Architektur implementiert wird, ist es wichtig, die bestehende Infrastruktur zu analysieren.

 Zu den wichtigsten Aktivitäten gehören: 

• Identifizierung der Produktionsdatenquellen
• Analyse der bestehenden Systeme
• Definition der Struktur des Namespace
• Festlegung von Namensregeln für die Topics

Eine gute anfängliche Planung macht die spätere Verwaltung des Systems deutlich einfacher.

Werkzeuge und Lösungen, die berücksichtigt werden sollten

Zum Aufbau eines Unified Namespace können verschiedene Technologien eingesetzt werden.
Zu den gebräuchlichsten gehören:

• industrielle MQTT-Broker
• IoT-Gateways
• Plattformen zur Datenintegration
• Cloud-Lösungen für Analysen

Die Auswahl hängt von der bestehenden Architektur und den Zielen des digitalen Projekts ab.

Zu beachtende Best Practices

Während der Implementierung eines UNS ist es wichtig, einige Best Practices zu befolgen.

Zum Beispiel:

• Verwendung einer konsistenten hierarchischen Struktur
• Standardisierung der Topic-Namen
• Dokumentation der Struktur des Namespace
• Kontrolle des Benutzerzugriffs auf die Daten
• Überwachung der Leistung des Brokers

Diese Praktiken helfen dabei, das System langfristig einfach verwaltbar zu halten.

Häufige Fehler, die vermieden werden sollten

Während der Planung eines Unified Namespace können einige typische Fehler auftreten.

Zu den häufigsten gehören:

• zu komplexe Namespace-Strukturen
• fehlende Standards im Datenmanagement
• unzureichende Dokumentation der Architektur
• Unterschätzung der Sicherheit

Das Vermeiden dieser Fehler ermöglicht den Aufbau einer robusteren und nachhaltigeren Architektur.

Unified Namespace und Industrie 4.0: Welche strategischen Herausforderungen gibt es? 

Auf dem Weg zu einer agilen digitalen Anlage

Der Unified Namespace stellt einen der Grundpfeiler von Industrie-4.0-Strategien dar.

Dank dieser Architektur können Unternehmen flexiblere digitale Infrastrukturen aufbauen, die sich besser an Veränderungen in der Produktion anpassen lassen.

Auf dem Weg zur Demokratisierung industrieller Daten

Traditionell waren industrielle Daten nur für wenige Systeme oder Abteilungen zugänglich.

Mit einem Unified Namespace werden die Daten der gesamten Organisation verfügbar gemacht und fördern dadurch eine daten- und analysebasierte Unternehmenskultur.

Dies ermöglicht es den Benutzern, Informationen zur Verbesserung der Produktionsprozesse zu nutzen.

Auf dem Weg zu standortübergreifenden kollaborativen Modellen

Unternehmen mit mehreren Werken können einen Unified Namespace nutzen, um Daten zwischen verschiedenen Standorten auszutauschen.

Dadurch wird es möglich, die Leistung der Anlagen zu vergleichen und Strategien zur globalen Optimierung der Produktion zu entwickeln.

Entdecken Sie, wie Factory Software die Implementierung eines UNS unterstützt

Technische Kompetenz und Unterstützung vor Ort

Factory Software GmbH unterstützt produzierende Unternehmen bei der Implementierung von Unified Namespace Architekturen und Projekten zur Integration industrieller Daten.

Dank der Erfahrung in der Integration zwischen OT-Systemen, IoT und Cloud-Plattformen unterstützt das Team Unternehmen bei der Planung skalierbarer und nachhaltiger UNS-Architekturen.

Beispiele erfolgreich implementierter UNS-Projekte

Die umgesetzten Projekte ermöglichen es Unternehmen:

• Produktionsdaten zu zentralisieren
• SCADA-, MES- und ERP-Systeme zu integrieren
• Plattformen für die Analyse industrieller Daten zu schaffen
• neue datenbasierte digitale Anwendungen zu entwickeln

Durch einen Unified Namespace können Unternehmen eine moderne Dateninfrastruktur aufbauen, die die Entwicklung hin zu einer immer stärker vernetzten und digitalen Fabrik unterstützt.