Evaluation and integration of an OPC UA service into a container-based cloud platform

Abstract

In the context of Industry 4.0, services are brought to the forefront along with a higher degree of networking. The vision of self-governing systems that exchange information and make decisions without human intervention is a primary goal, but not necessarily the focus of many projects. The research project "Rent'n'Produce: Secure Cloud Service for the Commissioning and Control of Production Systems" which is currently being processed at the Institute for Control Engineering of Machine Tools and Manufacturing Units of the University of Stuttgart, has the vision of advancing self-directed manufacturing systems. Companies from different industries should be provided with a cloud-based platform that enables a highly flexible production order. This bachelor thesis will focus on the integration of a real machine tool into the Rent'n'Produce Cloud Platform by using the Open Platform Communications Unified Architecture. The required functionality of the integrated service should be encapsulated in a virtualization container. This middleware is intended to provide access to configuration and status data of the production resource, to transfer numerical control programs to the machine tool, and to start or stop the part production.

In heutigen Unternehmen werden zunehmend Konzepte und Technologien des Cloud Computing implementiert. Hierbei können Speicher- und Rechenkapazitäten von Drittanbietern in die eigenen Unternehmensprozesse eingebunden und nach Belieben skaliert werden. Im Rahmen der Industrie 4.0 finden Cloud Computing Paradigmen zunehmend auch im Automatisierungs- und Steuerungsumfeld ihre Verwendung. Steuerungssysteme, die ganz ohne menschliches Zutun Produktionsprozesse abbilden und durchführen können, stehen jedoch nicht im Fokus aktueller Forschungsprojekte. Das Forschungsprojekt "Rent'n'Produce: Sicherer Cloudservice zur Beauftragung und Steuerung von Fertigungssystemen" das aktuell am Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen der Universität Stuttgart bearbeitet wird, will genau diese Lücke schließen. Konsumenten und Produzenten unterschiedlicher Wirtschaftszweige soll eine cloudbasierte Plattform zu Verfügung gestellt werden, mit der Automatisierungsprozesse bis hin zu administrativen Operationen auf Produktionsressourcen realisiert werden können. Ziel dieser Arbeit ist die Anbindung einer realen Werkzeugmaschine basierend auf der Open Platform Communications Unified Architecture an Rent'n'Produce umzusetzen. Die benötigte Funktionalität der Anbindung soll dabei in einem Virtualisierungscontainer gekapselt und über eine standardisierte Webschnittstelle zur Verfügung gestellt werden. Diese Middleware soll den Zugriff auf Konfigurations- und Zustandsdaten der Produktionsressource, die Übertragung von Programmen für numerische Steuerungen auf die Maschine sowie das Starten wie Stoppen Fertigungsschritten ermöglichen.