OPC UA in der Batterieproduktion: Die Relevanz digitaler Interoperabilität

Die Batteriezellfertigung ist ein hochkomplexer, digital vernetzter Prozess, an dem Maschinen und IT-Systeme verschiedenster Hersteller beteiligt sind. Neben dem Produkt entstehen im Herstellungsprozess auch eine Vielzahl an Prozessdaten, die neue Möglichkeiten der Optimierung von Betrieb, Wartung und Produktqualität eröffnen. Um diese Potenziale gebührend ausschöpfen und eine hohe Effizienz gewährleisten zu können, müssen die am Herstellungsprozess beteiligten Maschinen und IT-Systeme nahtlos zusammenarbeiten. Ansonsten kann es zu ineffizienten Produktionsprozessen oder in schwerwiegenden Fällen sogar zu Fehlern in der Zellqualität kommen.

OPC UA ermöglicht als plattformunabhängige Architektur und Modellierungssprache diesen reibungslosen Datenprozess in der Batteriefertigung. 

Dieser Blogartikel gibt Aufschluss darüber, was OPC UA ist und welche Vorteile OPC UA sowie die Companion Specifications bieten. Zudem wird beleuchtet, wie OPC UA zur Einhaltung verpflichtender Regularien betragen kan und welche Vorteile es für Batteriehersteller hat. 

OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) ist ein herstellerunabhängiges Kommunikationsframework für die Industrie. Damit der Prozess so effizient wie möglich von statten gehen kann, müssen alle Maschinen in der Produktionskette eine »gemeinsame Sprache sprechen«, d.h. gesendete Daten lesen und auswerten können.
Diese »gemeinsame Sprache« stellt OPC UA dar. Sie bestimmt nicht nur, wie die Daten übertragen werden, sondern auch, was diese Daten bedeuten. Übermittelt eine Maschine beispielsweise den Wert »90«, weiß das empfangende System dank OPC UA, dass es sich einerseits um eine Zahl handelt und andererseits, dass diese Zahl sich auf die Temperatur in Grad Celsius bezieht.

Die Anwendung von OPC UA ist zudem plattformunabhängig und ermöglicht so eine herstellerübergreifende Zusammenarbeit verschiedener Maschinen in der Produktion, was vor allem der Integration und Konfiguration neuer Maschinen zugutekommt. Die initiale Integration neuer Maschinen, die OPC UA unterstützen, ist schneller und effizienter.

Durch die bereits integrierten Sicherheitsmechanismen in OPC UA (z.B. Verschlüsselung, Authentifizierung) ist ein sicherer Datenaustausch vom Sensor bis in die Cloud möglich.

Als plattformunabhängige Architektur und Modellierungssprache ermöglicht OPC UA  den Wandel und die Weiterentwicklung der Branche hin zur Industrie 4.0 in der Produktion und ist zudem Grundlage für eine umfassende Qualitätssicherung. 

Um möglichst präzise und detailliert arbeiten zu können, werden branchenspezifische OPC UA Companion Specifications des VDMA benötigt. Bezogen auf das vorangegangene Beispiel kann ein Temperatursensor zwar seinen Wert übertragen, doch die Einordnung des Sensors in das große Bild der Maschine fehlt. OPC UA Companion Specifications erlauben die Zuordnung von Werten zu Prozessen und größeren Strukturen im OPC UA Framework. Das empfangende IT-System weiß dann, dass es sich beispielsweise um die Oberflächentemperatur einer Elektrode im Vakuumofen handelt. Diese branchenspezifischen Informationsmodelle werden in Konsortien mit vielen Unternehmen und Verbänden definiert.

Der VDMA ist die größte Netzwerkorganisation des Maschinen- und Anlagenbaus in Europa und vertritt die gemeinsamen wirtschaftlichen, technischen und wissenschaftlichen Interessen der Industrie. Gemeinsam mit Unternehmen erarbeitet der Verband OPC UA Companion Specifications, um den Produktionsprozess so präzise und interoperabel wie möglich zu gestalten. Mit OPC UA Companion Specifications muss nicht mehr für jede Maschine eine individuelle Schnittstelle programmiert werden, damit sie mit dem Leitsystem kommunizieren können. Stattdessen können Maschinen herstellerübergreifend und effizient zusammenarbeiten. 

Mit der Verwendung von OPC UA kommen Hersteller zudem ihren regulatorischen Verpflichtungen nach, wie der am 11.01.2024 in Kraft getretenen EU-Datenverordnung. Diese hat das Ziel eines fairen Datenzugangs und einer fairen Datennutzung seitens der Hersteller und Händler. Und auch im Hinblick auf den im Februar nächsten Jahres verpflichtenden Batteriepass erscheint die Verwendung von OPC UA eine sinnvolle Investition. Denn die sich aus den Gesetzen ergebenen Rechte und Pflichten für Anbieter und Nutzende stellen diese noch immer vor eine große Hürde: der Interoperabilität. Es werden standardisierte Lösungen benötigt, um die Interoperabilität der Maschinen und IT-Systeme zu gewährleisten sowie die Effizienz steigern zu können. Interoperabilität gilt als eine der wichtigsten Säulen der digitalen Transformation und ist Teil der Vision 2030 der Plattform Industrie 4.0.

Eine weitere regulatorische Verpflichtung birgt die EU-Batterieverordnung und der Batteriepass, welcher als Teil der Verordnung am 18.02.2027 in Kraft treten wird. Er fordert eine lückenlose und detaillierte Rückverfolgbarkeit von Herkunft, Rohmaterialien und CO₂-Fußabdruckt jeder Batterie über 2 kWh Kapazität, die auf den europäischen Markt kommt. Zudem müssen nicht nur Informationen aus der Produktion der Batterie, sondern auch solche, wie während ihrer Nutzung über den gesamten Lebenszyklus hinweg entstehen in den Batteriepass fließen.

Bei Nicht-Erfüllung der Datentransparenz im Batteriepass drohen den Herstellern hohe Geldbußen.

Diese regulatorischen Anforderungen stellen Hersteller noch vor eine Herausforderung. Zwar existiert mittlerweile die DIN EN 18223:2026-09, welche die Interoperabilität für Systeme im Digitalen Produktpass definiert, jedoch ist die exakte Datenstruktur somit noch nicht festgelegt. An dieser Aufgabe arbeitet die JWG Battery Solutions mit Rückbezug auf bereits existierende Standards wie der DIN EN 18223:2026-09 oder der DIN DKE 99100.

OPC UA als Branchenstandard bietet eine übergreifende Lösung, um Traceability und Produktqualität über den gesamten Lebenszyklus einer Batterie hinweg zu gewährleisten.

Dies bedeutet konkret auf den Herstellungsprozess bezogen, dass Maschinen in der Fertigung Daten über OPC UA an IIoT-Systeme übertragen, welche die Daten an den Cloud Speicher zur Sicherung relevanter Daten, sowie an Systeme auf Unternehmensebene und an Analysesoftware weiterleiten kann.